一、電器控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)
1.電器控制系統(tǒng)的組成
通過第一章的學(xué)習(xí)可知，任何一個(gè)電器控制系統(tǒng)，都是由輸入部分、輸出部分和控制部分組成，如圖1所示。
其中輸入部分是由各種輸入設(shè)備，如按鈕、位置開關(guān)及傳感器等組成；控制部分是按照控制要求設(shè)計(jì)的，由若干繼電器及觸點(diǎn)構(gòu)成的具有一定邏輯功能的控制電路；輸出部分是由各種輸出設(shè)備，如接觸器、電磁閥、指示燈等執(zhí)行元件組成。電器控制系統(tǒng)是根據(jù)操作指令及被控對象發(fā)出的信號，由控制電路按規(guī)定的動作要求決定執(zhí)行什么動作或動作的順序，然后驅(qū)動輸出設(shè)備去實(shí)現(xiàn)各種操作。由于控制電路是采用硬接線將各種繼電器及觸點(diǎn)按一定的要求連接而成，所以接線復(fù)雜且故障點(diǎn)多，同時(shí)不易靈活改變。
2.PLC控制系統(tǒng)的組成
由PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)也是由輸入、輸出和控制三部分組成，如圖2所示。
從圖中可以看出，PLC控制系統(tǒng)的輸入、輸出部分和電器控制系統(tǒng)的輸入、輸出部分基本相同，但控制部分是采用“可編程”的PLC，而不是實(shí)際的繼電器線路。因此，PLC控制系統(tǒng)可以方便地通過改變用戶程序，以實(shí)現(xiàn)各種控制功能，從根本上解決了電器控制系統(tǒng)控制電路難以改變的問題。同時(shí)，PLC控制系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，還具有數(shù)值運(yùn)算及過程控制等復(fù)雜的控制功能。
二、PLC的等效電路
從上述比較可知，PLC的用戶程序（軟件）代替了繼電器控制電路（硬件）。因此，對于使用者來說，可以將PLC等效成是許許多多各種各樣的“軟繼電器”和“軟接線”的集合，而用戶程序就是用“軟接線”將“軟繼電器”及其“觸點(diǎn)”按一定要求連接起來的“控制電路”。
為了更好的理解這種等效關(guān)系，下面通過一個(gè)例子來說明。如圖3所示為三相異步電動機(jī)單向起動運(yùn)行的電器控制系統(tǒng)。其中，由輸入設(shè)備SB1、SB2、FR的觸點(diǎn)構(gòu)成系統(tǒng)的輸入部分，由輸出設(shè)備KM構(gòu)成系統(tǒng)的輸出部分。
如果用PLC來控制這臺三相異步電動機(jī)，組成一個(gè)PLC控制系統(tǒng)，根據(jù)上述分析可知，系統(tǒng)主電路不變，只要將輸入設(shè)備SB1、SB2、FR的觸點(diǎn)與PLC的輸入端連接，輸出設(shè)備KM線圈與PLC的輸出端連接，就構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)的輸入、輸出硬件線路。而控制部分的功能則由PLC的用戶程序來實(shí)現(xiàn)，其等效電路如圖4所示。
圖中，輸入設(shè)備SB1、SB2、FR與PLC內(nèi)部的“軟繼電器”X0、X1、X2的“線圈”對應(yīng)，由輸入設(shè)備控制相對應(yīng)的“軟繼電器”的狀態(tài)，即通過這些“軟繼電器”將外部輸入設(shè)備狀態(tài)變成PLC內(nèi)部的狀態(tài)，這類“軟繼電器”稱為輸入繼電器；同理，輸出設(shè)備KM與PLC內(nèi)部的“軟繼電器”Y0對應(yīng)，由“軟繼電器”Y0狀態(tài)控制對應(yīng)的輸出設(shè)備KM的狀態(tài)，即通過這些“軟繼電器”將PLC內(nèi)部狀態(tài)輸出，以控制外部輸出設(shè)備，這類“軟繼電器”稱為輸出繼電器。
因此，PLC用戶程序要實(shí)現(xiàn)的是：如何用輸入繼電器X0、X1、X2來控制輸出繼電器Y0。當(dāng)控制要求復(fù)雜時(shí)，程序中還要采用PLC內(nèi)部的其它類型的“軟繼電器”，如輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等，以達(dá)到控制要求。
要注意的是，PLC等效電路中的繼電器并不是實(shí)際的物理繼電器，它實(shí)質(zhì)上是存儲器單元的狀態(tài)。單元狀態(tài)為“１”，相當(dāng)于繼電器接通；單元狀態(tài)為“０”，則相當(dāng)于繼電器斷開。因此，我們稱這些繼電器為“軟繼電器”。
三、PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的區(qū)別
PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)相比，有許多相似之處，也有許多不同。不同之處主要在以下幾個(gè)方面：
1）從控制方法上看，電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能較為困難。另外，繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，所以電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性受到很大限制。而PLC采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲器中，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，而且PLC所謂“軟繼電器”實(shí)質(zhì)上是存儲器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點(diǎn)數(shù)量是無限的，PLC系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性好。
2）從工作方式上看，在繼電器控制電路中，當(dāng)電源接通時(shí)，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器都同時(shí)吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作方式稱為并行工作方式。而PLC的用戶程序是按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個(gè)繼電器的動作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作方式。
3）從控制速度上看，繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動作以實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問題。而PLC通過程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度快，程序指令執(zhí)行時(shí)間在微秒級，且不會出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動問題。
4）從定時(shí)和計(jì)數(shù)控制上看，電器控制系統(tǒng)采用時(shí)間繼電器的延時(shí)動作進(jìn)行時(shí)間控制，時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時(shí)精度不高。而PLC采用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且PLC具有計(jì)數(shù)功能，而電器控制系統(tǒng)一般不具備計(jì)數(shù)功能。
5）從可靠性和可維護(hù)性上看，由于電器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，其存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護(hù)性較差。而PLC大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，其壽命長、可靠性高，PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時(shí)顯示給操作人員，并能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。
