一、電器控制系統與PLC控制系統

    1.電器控制系統的組成

    通過第一章的學習可知，任何一個電器控制系統，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備，如按鈕、位置開關及傳感器等組成；控制部分是按照控制要求設計的，由若干繼電器及觸點構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備，如接觸器、電磁閥、指示燈等執行元件組成。電器控制系統是根據操作指令及被控對象發出的信號，由控制電路按規定的動作要求決定執行什么動作或動作的順序，然后驅動輸出設備去實現各種操作。由于控制電路是采用硬接線將各種繼電器及觸點按一定的要求連接而成，所以接線復雜且故障點多，同時不易靈活改變。

    2.PLC控制系統的組成

    由PLC構成的控制系統也是由輸入、輸出和控制三部分組成，如圖2所示。

    從圖中可以看出，PLC控制系統的輸入、輸出部分和電器控制系統的輸入、輸出部分基本相同，但控制部分是采用“可編程”的PLC，而不是實際的繼電器線路。因此，PLC控制系統可以方便地通過改變用戶程序，以實現各種控制功能，從根本上解決了電器控制系統控制電路難以改變的問題。同時，PLC控制系統不僅能實現邏輯運算，還具有數值運算及過程控制等復雜的控制功能。

    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”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系，下面通過一個例子來說明。如圖3所示為三相異步電動機單向起動運行的電器控制系統。其中，由輸入設備SB1、SB2、FR的觸點構成系統的輸入部分，由輸出設備KM構成系統的輸出部分。

    如果用PLC來控制這臺三相異步電動機，組成一個PLC控制系統，根據上述分析可知，系統主電路不變，只要將輸入設備SB1、SB2、FR的觸點與PLC的輸入端連接，輸出設備KM線圈與PLC的輸出端連接，就構成PLC控制系統的輸入、輸出硬件線路。而控制部分的功能則由PLC的用戶程序來實現，其等效電路如圖4所示。

    圖中，輸入設備SB1、SB2、FR與PLC內部的“軟繼電器”X0、X1、X2的“線圈”對應，由輸入設備控制相對應的“軟繼電器”的狀態，即通過這些“軟繼電器”將外部輸入設備狀態變成PLC內部的狀態，這類“軟繼電器”稱為輸入繼電器；同理，輸出設備KM與PLC內部的“軟繼電器”Y0對應，由“軟繼電器”Y0狀態控制對應的輸出設備KM的狀態，即通過這些“軟繼電器”將PLC內部狀態輸出，以控制外部輸出設備，這類“軟繼電器”稱為輸出繼電器。

    因此，PLC用戶程序要實現的是：如何用輸入繼電器X0、X1、X2來控制輸出繼電器Y0。當控制要求復雜時，程序中還要采用PLC內部的其它類型的“軟繼電器”，如輔助繼電器、定時器、計數器等，以達到控制要求。

    要注意的是，PLC等效電路中的繼電器并不是實際的物理繼電器，它實質上是存儲器單元的狀態。單元狀態為“１”，相當于繼電器接通；單元狀態為“０”，則相當于繼電器斷開。因此，我們稱這些繼電器為“軟繼電器”。

    三、PLC控制系統與電器控制系統的區別

    PLC控制系統與電器控制系統相比，有許多相似之處，也有許多不同。不同之處主要在以下幾個方面：

    1）從控制方法上看，電器控制系統控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯或并聯等組合成控制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統構成后，想再改變或增加功能較為困難。另外，繼電器的觸點數量有限，所以電器控制系統的靈活性和可擴展性受到很大限制。而PLC采用了計算機技術，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功能。系統連線少、體積小、功耗小，而且PLC所謂“軟繼電器”實質上是存儲器單元的狀態，所以“軟繼電器”的觸點數量是無限的，PLC系統的靈活性和可擴展性好。

    2）從工作方式上看，在繼電器控制電路中，當電源接通時，電路中所有繼電器都處于受制約狀態，即該吸合的繼電器都同時吸合，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執行，所以各軟繼電器都處于周期性循環掃描接通中，受同一條件制約的各個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，繼電器控制系統依靠機械觸點的動作以實現控制，工作頻率低，機械觸點還會出現抖動問題。而PLC通過程序指令控制半導體電路來實現控制的，速度快，程序指令執行時間在微秒級，且不會出現觸點抖動問題。

    4）從定時和計數控制上看，電器控制系統采用時間繼電器的延時動作進行時間控制，時間繼電器的延時時間易受環境溫度和溫度變化的影響，定時精度不高。而PLC采用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度高，定時范圍寬，用戶可根據需要在程序中設定定時值，修改方便，不受環境的影響，且PLC具有計數功能，而電器控制系統一般不具備計數功能。

    5）從可靠性和可維護性上看，由于電器控制系統使用了大量的機械觸點，其存在機械磨損、電弧燒傷等，壽命短，系統的連線多，所以可靠性和可維護性較差。而PLC大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，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，隨時顯示給操作人員，并能動態地監視控制程序的執行情況，為現場調試和維護提供了方便。