一文告诉你PLC与计算机的本质区别在哪里，小白都能明白

你真的了解PLC吗？你知道PLC与计算机的本质区别吗？张白帆从抗电磁干扰能力、程序顺序执行、冗余配置、程序特点和工作范围五个方面来简单解释PLC与计算机的区别。

1、PLC可以工作在极其恶劣的电磁环境中

如果把计算机直接放到PLC工作的环境中，无需太久，这些计算机将死机甚至烧毁。

在ABB的早期工程中，工程师就是把工业控制计算机直接放在变电站开关柜中，用来实施测控和数据处理。然而，用不了多久，电源故障和硬盘故障，还有输入输出接口的故障就接踵而来。直到工程师用PLC替换下这些工控机，事情才算完。

这叫做抵御电磁干扰EMC的能力，PLC可达三级甚至四级，而计算机能达到二级就算很不错了。抵御EMC电磁干扰，会有许多措施。例如隔离技术、接地技术等等都是。

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2、PLC的程序是一行行顺序执行的，不会陷入死循环

程序员在编写计算机程序时，经常会遇见循环。如果一个循环子程序设计不恰当，或者条件引起了程序返回，有可能进入到死循环中，系统当然就死机了。

然而，PLC的程序是一条接一条顺序执行的，只有到了程序末尾才会回头。在程序中任何部位，若条件满足，可以实现跳转，但程序还是一条接一条顺序执行。如此一来，PLC几乎不会死机。这也是PLC区别于普通计算机的根本特性。

因此，我们会发现PLC的可靠性极高，这是普通计算机完全不能比拟的。

3、冗余配置

所谓冗余配置，就是在控制过程中存在主机和从机，它们依靠握手线关联，并共享资源和信息。

如果是计算机，当主机出现问题时，切换到从机的时间较长。但对于PLC，工程师可以在机架上安排2套CPU作为主从控制，它们之间的转换仅几个时钟周期即可完成。

例如现在的控制对象是汽轮机，它的转子在高速旋转。我们不妨假定转子的转速就是工频周期，也即每分钟3000转。如果我们对汽轮机实施DCS监控，在现场层面我们只能选用带冗余配套的PLC，绝不可能使用计算机。一旦PLC的主机发生故障，它立刻就转入从机控制，对于受控对象来说几乎感觉不到，但计算机就未必可以实现类似功能了。

事实上，带冗余配套的PLC系统就属于规模较大的PLC了。

4、PLC的程序特点

PLC的程序规模都不大，一般才几千字节，能上万字节就算很大的程序了。PLC有许多输入输出接口，以及各种类型的变量，这些都需要专门设置地址，以便在程序中使用。

我们看下图，此图是用PLC国际通用标准IEC61131-3模块化编程语言写成的：

图1  某地铁配电控制系统PLC的输入接口参数定义程序和延迟判误程序

在图1中，大家在左侧看到了许多输入参量，它们的末尾都有_s的标识，这些就是开关量输入参数，它们不但有地址，还有名称。这是必须的，否则程序无法辨识和使用它们。

由图1的程序看到，这种编程方法比所谓的C语言方便得多。事实上，每一个功能块就相当于一段C语言。例如TON模块，它是延迟模块，如果用C语言，怎么也要若干语句行，但这里仅仅只是一个程序模块而已。何者更方便一看便知。

再看下图：

图2  PLC的16位字解析为单个开关量的程序段

图2中，程序开头的AND（与逻辑模块）实施程序转移。当条件满足时，AND启动子程序入口。在图2中，我们看到了UNPACK16模块，它的任务是把一个16位的字解析为16个开关量，供下一步程序使用。

我们很容易想到，这个UNPACK16模块若用C语言来写，又会有何种形式？何者更方便？

我们看下图：

图3   数据交换的RS485接口定义和MODBUS通信管理

图3是PLC对系统中各种数据交换的定义、数据采集和管理。图中的一个个模块就是处理MODBUS通信协议数据的，同时还实现数据采集轮巡操作。 这些模块用C语言该如何写？是不是会麻烦很多？我们看到，PLC程序的便捷性是C语言无法比拟的。

5、PLC的工作范围

PLC的内存不大，尽管它的可靠性很高，但PLC不能用于较大的计算。我曾经设计过一个PLC程序，用于浮点数的乘法，麻烦得很，最后不得不使用模块配合查表来解决问题。

PLC的内部其实就是单片机，只不过整个PLC的单片机系统经过了严格的EMC测试，而操作系统和编程系统也进行了优化，方便我们这些编程者使用。

既然PLC只是一台单片机系统，可想而知它与计算机不在同一个技术水平上。计算机能够完成的工作，哪怕只是一篇WORD文档的写作，用PLC绝不可能完成。但PLC能够轻松实现的控制功能，用计算机虽然也能勉强实现，但效果极差，且可靠性极低，尺寸也巨大。

如此看来，PLC与计算机的工作特性不一样，适用的工作对象当然也不一样。

作者：张白帆(Patrick Zhang)，ABB公司的资深电气工程师，在知乎网拥有超过18万粉丝的电气领域大神。北京地铁、首都机场T3航站楼、长江三峡永久船闸、上海磁悬浮列车、大亚湾核电站等数百项目中均留下他的足迹！已出版《低压成套开关设备的原理及其控制技术(第3版)》、《老帕讲低压电器技术》等图书。