PLC并不難學

　　首先，PLC編程語言要符合IEC 61131標準，其中比較主流的語言是模塊化的編程語言，也即IEC 61131-3語言。由于所有的PLC生產廠家都必須遵循IEC 61131標準，因此深入學習某一款PLC后，其它的PLC大體上是類似的。

　　學校PLC課本在講解時一般都用梯形圖。這是很落后的一種編程方式。走上工作崗位后，務必改用模塊化編程方式。

　　之所以要摒棄梯形圖的編程方法，主要是因為它有很多局限。舉一個最簡單的例子：當三個開關量在梯形圖上構成三角形時，這個梯形圖是無法執行的，必須用三角-星轉換為星形結構才行。這種問題在模塊化編程語言中根本就不會出現。由于梯形圖的局限性，純梯形圖程序中也開始配套模塊圖了。

　　下圖是我為北京地鐵某車站的環控配電室雙路電源自動投退系統編寫的程序局部：

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　　此程序用模塊化的編程語言IEC 61131-3寫成。可見模塊化的PLC程序有點類似集成電路的形式，甚至連PID測控都有相應的模塊。

　　我們再來看看同一個程序的通信管理部分：

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　　這里有通信接口初始化程序，有MODBUS-RTU的主站定義程序，有MODBUS-RTU的從站數據采集和交換的循環程序。

　　可見，模塊化的PLC編程語言與學校里學到的梯形圖編程語言有天壤之別。

　　由于PLC編程語言都支持軟件層面的程序調試，所以仿真沒有太大的問題。

　　第二，除了要有編程環境外，還有就是需要有工程范例。其實工程范例很容易獲得，我們可以找任意一本描述電動機控制的書籍，把其中所有的各種控制電動機的方式，當然是用繼電器和接觸器構成的，我們把這些機電控制方式全部編寫成PLC控制方式。幾個范例編完，基本上就明白了。范例編完后，給自己增加難度。例如我們設想有四臺電機，分別作為中央空調的冷水機組、熱水機組、冷卻塔電機，再配上末端空調裝置的風機，就構成了完整的中央空調系統。中央空調采用熱焓控制方式，并采用PID調節。試著用PLC作為中央控制系統，來編寫一個程序。

　　這個范例完成后，最后再學習PLC的通信技術。特別關注PLC模塊化編程語言中的MODBUS-RTU模塊，理解它的內容和要領。然后編寫一個數據采集和轉發系統。數據來源為上一個例子中所有電動機的外圍開關量、溫度量、焓值、電流電壓參量、電機運行狀態等等。把這些參量編寫成通信協議，也即數據點表，然后發送給計算機上的ACCESS數據庫。利用ACCESS的VBA，編寫若干控制界面，然后實現軟件上的信息交換和控制。

　　這些都完成后，就可以畢業了。我們從此可以勝任任何PLC的編程工作。

　　PLC的應用十分廣泛。在工業環境下，PLC幾乎無所不能。知道為什么嗎？

　　第一是PLC的高可靠性：因為它的程序是順序執行的，因此不會進入死循環，幾乎不會死機。

　　PLC不會死機，這一點十分重要。

　　我們原先采用工控機作為測控和配電系統的通信管理機。結果發現，工控機的硬盤在高溫下會出現故障、工控機的電源一旦風機停轉，電源很快就因為過熱而停機（死機），造成通信阻斷。工控機通過各種卡件來實現數據采集和控制功能，這些卡件故障率很高。工控機實現硬件冗余很困難，而PLC的CPU硬件冗余十分便利。我們在測控工程中將通信管理機換成PLC后，上述這些問題徹底地一勞永逸地完美解決。

　　第二是PLC具有很高的EMC（電磁騷擾）水平，也即抗干擾能力。所謂EMC指的是電器元件在運行時抵御環境電磁干擾的能力，以及自身對環境產生電磁干擾的程度。IEC和國家標準對電器元件和控制柜都提出了強制性EMC試驗要求。高檔PLC一般需要通過2級到3級EMC群脈沖試驗，以及接地電流沖擊試驗。

　　我測試過，一塊多功能電力儀表的電路板，只因為電源濾波電容焊的略微高一些，整塊電路板就在接地電流沖擊試驗中被擊毀。可見EMC測試對于電子儀表來說十分殘酷，通過試驗十分不易。

　　一句話：凡單片機能做的事，PLC一定能做；反過來，PLC能做的事，單片機不一定能做，甚至連邊都沾不上。

　　對比：一般的家用電器要通過一級EMC試驗都有點困難。

　　由于PLC應用是如此之廣，因此，一位PLC的資深優秀編程者，也一定是一位工業系統的多面手。他熟悉各種工業條件下的元器件和傳感器性能參數，熟悉各種工業條件下的測控原理和自動控制原理，明確機械原理和各種工業工藝過程，明確強電磁環境下的如何選配元器件及開關電器。當然，此人對于PLC的模塊也應當十分熟悉。

　　總之，優秀的PLC編程者，一定同時也是技術上的佼佼者。

　　學習伊始，不要總想著賺錢，要沉下心來學會真本事。天下之大，何處無芳草？何愁無處供職？PLC推銷商掙的錢，遠遠少于PLC的編程者掙的錢；施工結束后，用戶惦記的是編程者，不是PLC的推銷商；在后續工程中，還會請編程者繼續參與，而PLC推銷商呢？最多也只是供幾個PLC而已。

　　結論：關鍵還是在于自己的編程本領和技術水平。

　　

網友：PLC的CPU也是一塊微處理器吧？

　　答：當然是，但PLC的結構設計和電路設計是在EMC抗騷擾狀態下研發的，所以它具有極強的抗干擾能力。

　　在研發中心，電路板設計完成后，將所有元件包括CPU都焊接上去，元件的管腳長度和元件高度都必須符合規定。接著將電路板安裝到專門設計的外殼中，接入外圍電路，模仿實際工作場景。打開EMC測試儀，按規定從電源端輸入相應的EMC干擾群脈沖，或者從接地點輸入EMC地電流。這時，若元件有問題，則電路板立即損毀。

　　在測試中，能明確地看出工業級和民用級元件的區別，還有電路板設計的是否合理，元件搭配和安裝高度是否符合電磁場的分布要求，以及前向通道的電磁隔離是否完善等等。

　　一般EMC測試會進行多次。電路板從第一次EMC測試開始，到最后通過，已經被修改得面目全非，而且電路工作原理也會隨之修改和調整。

　　實驗室EMC測試完成后，再進行功能測試和調整。全部完成后，就把完整的PLC到國家指定的測試中心去做型式試驗。這個過程又需要多次反復。最后型式試驗一旦通過，此產品就具有了在市場上銷售的資格，隨即開始進行小批量生產。

　　生產過程往往又伴隨著元件調整。好的設計其生產工藝符合要求，結構合理，重復性良好。如果發現產品的工藝性和元件參數不滿足生產要求，則要調整產品的相應部分。一旦涉及到元件更換，則又需要再次進行EMC測試和性能測試。

　　可見，PLC從提出設計理念開始，到制作出產品提供給市場，這里面還有許多路要走。這與學校里做一塊電路板就可以進行功能展示，兩者具有本質的不同。

　　當產品上市后，根據產品的在各種工況下的表現，需要再次做調整各項參數，形成產品的不同規格檔次。

　　這里面的的甜酸苦辣，只有設計人員自己知道。

　　總之，對于應用于工業條件下的電器產品來說，EMC試驗是最重要的。EMC極大地提高產品的抗干擾能力水平，提高了產品的功能性和應用范圍，起到關鍵作用。

　　對于EMC，IEC有許多標準進行規范，我國國家標準也有對應的規定。具體可查閱相關標準。

　　

網友：文中說“PLC做的了的工控機，單片機不一定能做的了”，這句是不是有失偏頗？

本來其底層原理是完全一樣的，只是EMC的問題罷了，就像LABVIEW推出了其適用于工控的一堆硬件，其實這樣看來PLC就并沒有太多優勢了。例子的話，航空器航天器也多用工控機或者各種嵌入式系統，只是硬件要求更可靠，更皮實。本人以為PLC最大的優勢在于其開發的高效可靠，任何人遵照嚴格的標準都可以做到盡量高可靠的系統。

　　答：是這樣：要看工作條件。我們的通信管理機都安裝在高壓、中壓和低壓開關柜現場。特別是低壓開關柜和中壓開關柜，直接就安裝在柜內。

　　柜內的溫度很高，大約是40度。柜內的電磁場強度就不用說了。再加上灰塵。工控機的電源風扇、CPU的風扇以及整個電路板成為重災區。風扇常常因為灰塵嚴重沾染而停轉，繼而全機停機，甚至燒毀CPU。

　　安裝在開關柜內的工控機必須一直運行下去，在兩次檢修期間不得停機。我們配套了雙機冗余技術，但由于雙機都必須開機，因此上述情況一樣嚴重。

　　自從換了PLC后，徹底地改變了這種被動狀況。

　　至于安裝在室內的工控機，它的工況要好得多，當然就不一定非要用PLC來取代不可。

　　總之，無論是用于工控現場的通信管理機，或者是是用于電力監控現場的通信管理機，在ABB，我們均采用PLC來取代工控機。

　　另外，PLC的冗余有兩種，一種是邏輯冗余，一種是硬件冗余。所謂邏輯冗余，指的是兩臺獨立的PLC，利用握手線相互關聯相互監視，一旦主機有問題，從機立即切入，但時間會有數百毫秒；所謂硬件冗余，指的是同一臺PLC上安裝了2只CPU，兩只CPU都按時鐘同步運算。當主用CPU出問題后，從用CPU能在幾個時鐘周期內替換。所以硬件冗余切換更快。

　　但即使是邏輯冗余，切換速度也遠遠超過工控機。這也是我們最終選擇PLC的主要原因之一。

提示1：關于檢修期間

　　兩次檢修期間一般是2年。檢修期間與配電設備的重要性相關。例如對某城區供電的變電站，因為檢修期間需要停電，影響很大，需要配電網做出周密安排才行。再例如工廠企業，許多設備是不能停電的（類似玻璃熔窯、流量控制等等），配電設備的檢修期間也很長。

　　無論哪種配電設備還是控制設備，都需要對開關柜或者控制柜內做嚴密的監控，這就是以PLC作為通信管理機，還有底層各種測量儀表、繼保裝置和控制裝置的主要用途了。人們可以根據被采集到的信息來判斷柜內設備的運行狀況，由此決定是否需要檢修。

提示2：關于開關柜內的工作環境

　　開關柜內的電磁干擾極強。我們做過實驗，用普通的單片機電路板（不帶外部防護盒，完全裸露）植入其中，通電后，僅僅開斷一次斷路器，單片機就被擊毀了。隨后用工控機，情況會好很多，但出現強電弧時，工控機也會出現故障。另外，工控機的插口是個大問題，用不了多久，許多卡件的接觸就不行了。究其原因，是因為灰塵和高溫造成的。

　　說到灰塵，連我們都覺得奇怪，開關柜特別會吸附灰塵。也許是電壓比較高的原因吧。

　　為了防塵和防水，IEC規定了IP防護等級。所以現在許多配電設備的防護等級都很高，但帶來的副作用是：柜內溫度更高，不但開關柜本體需要降容，而各種電力儀表，也包括通信管理機都因為高溫而容易損壞。

　　海拔高度也有一定的影響。在高原地區，空氣因為紫外線強的原因，帶電粒子會增加，因此一旦出現電弧后，滅弧困難。在開關柜內，哪怕只是一個繼電器的切換，其觸頭上的電弧就比平原地區要強得多。這些也會對各種電子設備帶來影響。

　　因此，在高原地區，例如我們在青藏鐵路沿線的110kV變電站，我們絕不使用工控機作為通信管理機。

網友：梯形圖是很落后的一種編程方式，表示呵呵。編程有技巧，語言無優劣。

　　答：錯。

　　梯形圖屬于IEC 61131-1編程語言，由于它的局限性，不得不在其中插入大量的模塊，也即IEC 61131-3編程模塊。例如通信模塊、PID模塊、開關量轉字模塊等等。換句話說，IEC 61131-1已經不能獨立地自成體系，要借助于IEC 61131-3來協助完成編程。

　　既然如此，為何不直接使用IEC 61131-3編程語言？

　　由于梯形圖簡單直觀，因此它作為學生學習之用是很合適的，但是在實際的編程時，若還抱著梯形圖不放，就顯得格外不協調。

　　從PLC的產品來看，歐美及日本三菱所產PLC大多采用IEC 61131-3編程語言，而日本的歐姆龍PLC和國產PLC則采用IEC 61131-1及部分IEC 61131-3模塊摻和著使用。ABB的用于DCS測控用的高檔PLC，已經完全摒棄IEC 61131-1也即梯形圖編程方法。

　　由此可見，模塊化編程語言是PLC編程的主流方向。

　　舉例：在IEC 61131-3里，PID已經成為模塊，編程者只要將PID參數配套完整，即可得到最終控制輸出量。反觀梯形圖，麻煩不說，還要配套許多所謂技巧。兩者相比，優劣立知。

網友：梯形圖也是IEC61131-3的標準語言吧？

　　答：是，我也注意到了IEC61131-3的最新標準，其中把梯形圖和模塊圖合并在一起了。我也詢問了IEC標準委員會的委員們。他們答復說梯形圖用得太廣，必須把這兩種繪圖方式合并到一起。

　　感覺是，看問題還真要全面，說不定原來不被看好的東西又變成香餑餑。

　　類似的現象還有：現場總線和4~20毫安信息采集系統。原先說前者一定會把后者淘汰掉，結果現在卻相互融合。

　　還有三相四線制和三相五線制。IEC原先對三相五線制嗤之以鼻，而現在正在討論要承認三相五線制。改的速度似乎比我們脫衣服還快（笑）。