0.5 PLC的特點

關鍵詞：有用、好用、耐用、省用

從討論PLC的工作原理可知，PLC的輸入與輸出在物理上是彼此隔開的，其間的聯系主要不是靠物理過程，不是用線路，而主要靠變換信息的程序實現。輸入輸出主要為軟聯系，而不是硬聯系。它的工作基礎是信息流，而不是物流、能量流。

信息不同于物質與能量，有自身的規律。信息便于處理，便于傳遞，便于存儲；信息可反復重用，重用后自身還不消失等。正是由于信息的這些特點，決定了PLC的基本特點。歸納起來，PLC主要有4個特點。

0.5.1 功能豐富

與常規的控制電器相比，功能豐富是PLC的第一大特點。

PLC有豐富的指令系統，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內存，有可靠的自身監控系統，因而具有以下基本功能：

邏輯處理，也即基本繼電器的功能；

數據運算，也即簡易的計算機功能；

準確定時（高檔PLC可進行毫秒級計時），也即定時器功能；

普通計數及高速計數（高檔PLC計數頻率可高達幾百kHz），也即計數器功能；

中斷處理（可實現種種內外中斷、高檔PLC可實現毫秒級響應），也即事件或應急響應功能；

程序與數據存儲功能；

聯網通信功能；

自檢測、自診斷功能。

可以這么說，凡普通小型計算機能做到的，它幾乎也都可做到。

像PLC這樣，集成這樣豐富的功能于一身，是別的電控制器所沒有的；更是傳統的繼電控制電路所無法比擬的。

豐富的功能為PLC的廣泛應用提供了可能；同時，也為工業系統的控制的自動化、網絡化、信息化及智能化創造了條件。

0.5.2 使用方便

使用方便是PLC的第二大特點。

用PLC實現對系統的控制是非常方便的。這是因為：

首先，PLC控制邏輯的建立是程序，用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程序比更改接線，當然要方便得多！

其次，PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的箱體或模塊。而且，這些箱體或模塊是配套的，已實現了系列化與規格化。種種控制系統所需的箱體或模塊，PLC廠商多有現貨供應，市場上可方便購得。所以，硬件系統配置與建造也非常方便。

正因如此，用可編程序控制器才有這個“可”字。對軟件講，它的程序可編，也有辦法編。對硬件講，它的配置可變，而且也易于變。

具體地講，PLC有六個方面的方便：

（1）配置方便：可按控制系統的需要確定要使用哪家的，哪種類型的PLC，以及用什么箱體或模塊，要多少箱體或模塊。確定后，到市場上訂購即可。

（2）安裝方便：PLC硬件安裝簡單，組裝容易。外部接線有接線器，接線簡單，而且一次接好后，更換模塊時，把接線器安裝到新模塊上即可，可不必再接線。內部什么線都不要接，只要做些必要的DIP開關設定或軟件設定就可工作。

（3）編程方便：發揮PLC功能，主要通過運行用戶程序實現。用戶程序要求用戶編寫。但編寫這個程序是較方便的。編程工具可以是用編程器，也可以是計算機。編程語言已有國際標準IEC61131-3規定的標準。而用梯形圖語言編程類似于繼電電路設計，很受電氣工程人員歡迎。用計算機編程時有的還可用高級語言，如BASIC語言、C語言。而且，幾乎所有廠商都提供有專門的計算機編程軟件，界面都很友好，為PLC編程提供了方便。

在調試程序方面，有些廠商的PLC還有計算機仿真軟件，在PLC沒到貨時就可進行程序調試，為程序設計提供了很大的方便。

PLC的程序便于存儲、移植及再使用。某定型產品用的PLC的程序完善之后，凡這種產品都可使用。生產一臺，復制一份即可。這比起繼電器電路臺臺設備都要接線、調試，要省事及簡單得多。

由于有以上3點的方便，用PLC作控制系統集成，其開發過程比過去用繼電器要快得多。小系統所用的時間的幾天就夠。大系統要多用一些時間，但與PLC有關的也不多，主要用于其他相關的配置上。

（4）維修方便：這是因為

1）PLC工作可靠，出現故障的情況不多，這大大減輕了維修的工作量。這在講述PLC的第三個特點時，還將進一步介紹。

2）即使PLC出現故障，維修也很方便。這是因為PLC都設有很多故障提示信號，如PLC支持內存保持數據的電池電壓不足，相應的就有電壓低信號指示。而且PLC可做故障情況記錄。所以，PLC出了故障，很容易查找與診斷。同時，診斷出故障后排故也很簡單。可按箱體或模塊排故，而箱體或模塊的備件市場可以買到，進行簡單的更換就可以。至于軟件，調試好后是不會出故障的。至多也只是依據使用經驗進行調整，使之完善就是了。

（5）升級方便：由于網絡技術的發展及遠程通信的進步，很多PLC還可進行遠程診斷及維護；同時，還可遠程升級PLC的操作系統。有了這個技術，可使用戶已擁有PLC也能隨著廠商技術的進步，適時地得以相應提升。其技術壽命也可以得到延長。

（6）改用方便：PLC用于某設備，若這個設備不再使用了，其所用的PLC還可給別的設備使用，只要改編一下程序就可辦到。如果原設備與新設備差別較大，它的一些箱體或模塊也還可重用。

0.5.3 工作可靠

工作可靠是PLC的第三大特點。

用PLC實現對系統的控制是非常可靠的。這是因為PLC在硬件與軟件兩個方面都采取了很多非常有效的根本性措施：

1）在硬件方面：

對輸入信號多做了濾波。而且輸入輸出電路與內部CPU是電隔離。其信號靠光耦器件或電磁器件傳遞。同時，CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施，可確保PLC程序的運行不受外界的電與磁干擾。

有很多這樣的實例，原來是用計算機的采集卡采集數據，因干擾大而無法正常工作，而改換用PLC后，則即可正常工作。

PLC使用的元器件多為無觸點的，而且為高度集成的，數量并不太多，也為其可靠工作提供了物質基礎。而且，所用的元器件都經嚴格監測、老化與篩選，質量是有可靠保證的。其輸出用的繼電器雖為觸點的，但它的觸點是在密封的真空條件下，故其壽命也可達幾十萬次。

在機械結構設計與制造工藝上，為使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可確保PLC耐振動、耐沖擊。使用環境溫度可高達50℃以上，有的PLC可高達100℃。有的在低溫，低到零下40～50℃，還可正常工作。

有的PLC的模塊可熱備，一個模塊工作，另一個模塊也運轉，但不參與控制，僅做備份。一旦工作模塊出現故障，熱備份的可自動接替其工作。

還有更進一步冗余的，采用三取一的設計，CPU、I/O模塊、電源模塊都冗余或其中的部分冗余。三套同時工作，最終輸出取決于三者中的多數決定的結果。這可使系統出故障的幾率幾乎為零，做到萬無一失。當然，這樣的系統成本是很高的，只用于特別重要的場合，如鐵路車站的道岔控制系統。

2）在軟件方面：

PLC的工作方式一般為掃描加中斷，這既可保證它能有序地工作，避免繼電控制系統常出現的“冒險競爭”，其控制結果總是確定的；而且又能應急處理急于處理的控制，保證了PLC對應急情況的及時響應，使PLC能可靠地工作。

為監控PLC運行程序是否正常，PLC系統都設置了“看門狗”（Watching dog）監控程序。運行用戶程序開始時，先清“看門狗”定時器，并開始計時。當用戶程序一個循環運行完了，則查看定時器的計時值。若超時（一般不超過100ms），則報警。嚴重超時，還可使PLC停止工作。用戶可依報警信號采取相應的應急措施。若定時器的計時值不超時，則重復起始的過程，PLC將正常工作。顯然，有了這個“看門狗”監控程序，可保證PLC用戶程序的正常運行，避免出現“死循環”而影響其工作的可靠性。

PLC還有很多防止及檢測故障的指令，以產生各重要模塊工作正常與否的提示信號。可通過編制相應的用戶程序，對PLC的工作狀況，以及PLC所控制的系統進行監控，以確保其可靠工作。

PLC每次上電后，還都要運行自檢程序及對系統進行初始化。這是系統程序（操作系統）配置了的，用戶可不干預。出現故障時有相應的出錯信號提示。

正是PLC在軟、硬件諸方面有強有力的可靠性措施，才確保了PLC具有可靠工作的特點。它的平均無故障時間可達幾萬小時以上；出了故障平均修復時間也很短，幾小時，甚至幾分鐘即可。

曾有人做過為什么要使用PLC的問卷調查。在回答中，多數用戶把PLC工作可靠作為選用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作為它的首選指標。

多年使用PLC的經驗也說明，PLC工作是非常可靠的。正使用的PLC往往不是由于用壞而被淘汰，而是由于PLC技術發展太快，由于技術落后而被淘汰。

0.5.4 經濟合算

經濟合算是PLC又一基本特點。

經濟是基礎，效益是關鍵。高新技術的生命力就在于，它能給社會帶來巨大的社會效益與經濟效益。說科技是第一生產力，其根本原因也就在于它能給社會帶來巨大的效益。PLC的產生、發展以至于今天的紅火和未來的輝煌也在于此。

實際經驗不斷證明，盡管使用PLC比起常規電器，首次投資要大些，但從全面及長遠看，使用PLC還是合算的。這是因為：使用PLC的投資雖大，但它的體積小、所占空間小，輔助設施的投入少；系統集成方便，建造的周期短；使用時省電，運行費用少；工作可靠，停工損失少；維修簡單，維修費用少；還可再次使用以及能帶來附加價值等，從中可得更大的回報。所以，在多數情況下，它的效益是可觀的。使用PLC與使用傳統的繼電控制裝置相比，其效益計算見下式：

V=C-T

式中 V——使用PLC可能帶來的效益；

C——使用PLC所能帶來的產出；

T——使用PLC所需增加的投入。

這里的T由兩項組成，即

T=T₁+T₂

式中 T₁——使用PLC時一次性多投入的資金（注意這里的多字，它突出了相對數）；

T₂——多投入資金的占用費。

T₂可由下式計算：

T₂=T₁·k·n

式中 T₁——含義同上；

k——占用資金的年利率；

n——PLC使用壽命，以年為單位。

而C可由下式計算：

C=C₁+C₂+C₃+C₄+C₅+C₆

式中 C₁——使用PLC后控制系統安裝費的節省（包括材料費、占地費及工程周期與工時的節省）；

C₂——使用PLC后維修費的節省（包括備件費及維修工時的節省）；

C₃——使用PLC后運行費的節省；

C₄——使用PLC后系統停工損失的減少（由停工工時的減少與單位時間系統所能創造的效益的乘積確定）；

C₅——使用PLC后所能帶來的附加值；

C₆——PLC到壽命后可回收的殘值。

顯然，經計算或估算后，若V為正值，則使用PLC是合算的。

圖0-19 T與C隨系統復雜程度變化關系

V為正值的關鍵在于C₄、C₅。特別是隨著控制系統的復雜程度的增加，使用PLC不僅出于方便與可靠的需要，而且帶來的經濟效益也是明顯的。

圖0-19所示指令、函數塊、功能塊及為T與C隨系統復雜程度（以控制點數計）變化的情況。由圖可知，在相當的控制點數之后，由于C增加要比T增加快得多，所以V將出現正值。

使用PLC與使用其他高新控制系統在經濟效益上也具有優勢。有人做過分析，一個相當規模控制系統，同樣用GE_FANAC的產品，一個為PLC，一個為DCS（集散系統），前者可比后者節省1/3的投入。

總之，PLC具有功能豐富、使用方便、工作可靠及經濟合算的特點，使得它既非常有用，又非常好用、耐用、省用，有無限的發展生命力和非常廣泛的應用前景。短短幾十年，它從誕生、生長、成熟及不斷完善與一代又一代的發展，已成為工業自動化的支柱產品；并發展成為強大的高科技產業。可以這么說，在當代，一個工業控制系統，或較先進的工業產品，其控制裝置若不使用PLC，那是不可想象的。