你真的了解PLC嗎？你知道PLC與計(jì)算機(jī)的本質(zhì)區(qū)別嗎？張白帆從抗電磁干擾能力、程序順序執(zhí)行、冗余配置、程序特點(diǎn)和工作范圍五個(gè)方面來簡(jiǎn)單解釋PLC與計(jì)算機(jī)的區(qū)別。

1、PLC可以工作在極其惡劣的電磁環(huán)境中
如果把計(jì)算機(jī)直接放到PLC工作的環(huán)境中，無需太久，這些計(jì)算機(jī)將死機(jī)甚至燒毀。
在ABB的早期工程中，工程師就是把工業(yè)控制計(jì)算機(jī)直接放在變電站開關(guān)柜中，用來實(shí)施測(cè)控和數(shù)據(jù)處理。然而，用不了多久，電源故障和硬盤故障，還有輸入輸出接口的故障就接踵而來。直到工程師用PLC替換下這些工控機(jī)，事情才算完。
這叫做抵御電磁干擾EMC的能力，PLC可達(dá)三級(jí)甚至四級(jí)，而計(jì)算機(jī)能達(dá)到二級(jí)就算很不錯(cuò)了。抵御EMC電磁干擾，會(huì)有許多措施。例如隔離技術(shù)、接地技術(shù)等等都是。

2、PLC的程序是一行行順序執(zhí)行的，不會(huì)陷入死循環(huán)
程序員在編寫計(jì)算機(jī)程序時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇見循環(huán)。如果一個(gè)循環(huán)子程序設(shè)計(jì)不恰當(dāng)，或者條件引起了程序返回，有可能進(jìn)入到死循環(huán)中，系統(tǒng)當(dāng)然就死機(jī)了。
然而，PLC的程序是一條接一條順序執(zhí)行的，只有到了程序末尾才會(huì)回頭。在程序中任何部位，若條件滿足，可以實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)，但程序還是一條接一條順序執(zhí)行。如此一來，PLC幾乎不會(huì)死機(jī)。這也是PLC區(qū)別于普通計(jì)算機(jī)的根本特性。
因此，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)PLC的可靠性極高，這是普通計(jì)算機(jī)完全不能比擬的。

3、冗余配置
所謂冗余配置，就是在控制過程中存在主機(jī)和從機(jī)，它們依靠握手線關(guān)聯(lián)，并共享資源和信息。
如果是計(jì)算機(jī)，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)，切換到從機(jī)的時(shí)間較長(zhǎng)。但對(duì)于PLC，工程師可以在機(jī)架上安排2套CPU作為主從控制，它們之間的轉(zhuǎn)換僅幾個(gè)時(shí)鐘周期即可完成。
例如現(xiàn)在的控制對(duì)象是汽輪機(jī)，它的轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)。我們不妨假定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就是工頻周期，也即每分鐘3000轉(zhuǎn)。如果我們對(duì)汽輪機(jī)實(shí)施DCS監(jiān)控，在現(xiàn)場(chǎng)層面我們只能選用帶冗余配套的PLC，絕不可能使用計(jì)算機(jī)。一旦PLC的主機(jī)發(fā)生故障，它立刻就轉(zhuǎn)入從機(jī)控制，對(duì)于受控對(duì)象來說幾乎感覺不到，但計(jì)算機(jī)就未必可以實(shí)現(xiàn)類似功能了。
事實(shí)上，帶冗余配套的PLC系統(tǒng)就屬于規(guī)模較大的PLC了。

4、PLC的程序特點(diǎn)
PLC的程序規(guī)模都不大，一般才幾千字節(jié)，能上萬字節(jié)就算很大的程序了。PLC有許多輸入輸出接口，以及各種類型的變量，這些都需要專門設(shè)置地址，以便在程序中使用。
我們看下圖，此圖是用PLC國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3模塊化編程語言寫成的：

圖1  某地鐵配電控制系統(tǒng)PLC的輸入接口參數(shù)定義程序和延遲判誤程序

在圖1中，大家在左側(cè)看到了許多輸入?yún)⒘浚鼈兊哪┪捕加衉s的標(biāo)識(shí)，這些就是開關(guān)量輸入?yún)?shù)，它們不但有地址，還有名稱。這是必須的，否則程序無法辨識(shí)和使用它們。

由圖1的程序看到，這種編程方法比所謂的C語言方便得多。事實(shí)上，每一個(gè)功能塊就相當(dāng)于一段C語言。例如TON模塊，它是延遲模塊，如果用C語言，怎么也要若干語句行，但這里僅僅只是一個(gè)程序模塊而已。何者更方便一看便知。

再看下圖：

圖2  PLC的16位字解析為單個(gè)開關(guān)量的程序段

圖2中，程序開頭的AND（與邏輯模塊）實(shí)施程序轉(zhuǎn)移。當(dāng)條件滿足時(shí)，AND啟動(dòng)子程序入口。在圖2中，我們看到了UNPACK16模塊，它的任務(wù)是把一個(gè)16位的字解析為16個(gè)開關(guān)量，供下一步程序使用。
我們很容易想到，這個(gè)UNPACK16模塊若用C語言來寫，又會(huì)有何種形式？何者更方便？

我們看下圖：

圖3   數(shù)據(jù)交換的RS485接口定義和MODBUS通信管理

圖3是PLC對(duì)系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)交換的定義、數(shù)據(jù)采集和管理。圖中的一個(gè)個(gè)模塊就是處理MODBUS通信協(xié)議數(shù)據(jù)的，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集輪巡操作。 這些模塊用C語言該如何寫？是不是會(huì)麻煩很多？我們看到，PLC程序的便捷性是C語言無法比擬的。

5、PLC的工作范圍
PLC的內(nèi)存不大，盡管它的可靠性很高，但PLC不能用于較大的計(jì)算。我曾經(jīng)設(shè)計(jì)過一個(gè)PLC程序，用于浮點(diǎn)數(shù)的乘法，麻煩得很，最后不得不使用模塊配合查表來解決問題。
PLC的內(nèi)部其實(shí)就是單片機(jī)，只不過整個(gè)PLC的單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過了嚴(yán)格的EMC測(cè)試，而操作系統(tǒng)和編程系統(tǒng)也進(jìn)行了優(yōu)化，方便我們這些編程者使用。
既然PLC只是一臺(tái)單片機(jī)系統(tǒng)，可想而知它與計(jì)算機(jī)不在同一個(gè)技術(shù)水平上。計(jì)算機(jī)能夠完成的工作，哪怕只是一篇WORD文檔的寫作，用PLC絕不可能完成。但PLC能夠輕松實(shí)現(xiàn)的控制功能，用計(jì)算機(jī)雖然也能勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)，但效果極差，且可靠性極低，尺寸也巨大。
如此看來，PLC與計(jì)算機(jī)的工作特性不一樣，適用的工作對(duì)象當(dāng)然也不一樣。

作者：張白帆(Patrick Zhang)，ABB公司的資深電氣工程師，在知乎網(wǎng)擁有超過18萬粉絲的電氣領(lǐng)域大神。北京地鐵、首都機(jī)場(chǎng)T3航站樓、長(zhǎng)江三峽永久船閘、上海磁懸浮列車、大亞灣核電站等數(shù)百項(xiàng)目中均留下他的足跡！已出版《低壓成套開關(guān)設(shè)備的原理及其控制技術(shù)(第3版)》、《老帕講低壓電器技術(shù)》等圖書。