1.3　PLC与其他顺序逻辑控制系统的比较

1.3.1　PLC与继电器控制系统的比较

PLC控制系统与继电器控制系统相比，有许多相似之处，也有许多不同。现将两控制系统进行比较。

（1）从控制逻辑上进行比较

继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以继电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。PLC控制系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC中每只软继电器的触点数理论上是无限制的，因此其灵活性和可扩展性很好。

（2）从工作方式上进行比较

在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，同它们在梯形图中的位置有关，这种工作方式称为串行工作方式。

（3）从控制速度上进行比较

继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，触点的开关动作一般在几十毫秒数量级，且机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，因此速度较快，PLC内部还有严格的同步控制，不会出现触点抖动问题。

（4）从定时和计数控制上进行比较

继电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高且调整时间困难。而PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围一般从0.1s到若干分钟甚至更长，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响。PLC具有计数功能，而继电器控制系统一般不具备计数功能。

（5）从可靠性和可维护性上进行比较

由于继电器控制系统使用了大量的机械触点，连线多。触点开闭时存在机械磨损、电弧烧伤等现象，触点寿命短，所以可靠性和可维护性较差。而PLC采用半导体技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

（6）从价格上进行比较

继电器控制系统使用机械开关、继电器和接触器，价格较便宜。而PLC采用大规模集成电路，价格相对较高。一般认为在少于10个继电器的装置中，使用继电器控制逻辑比较经济；在需要10个以上继电器的场合，使用PLC比较经济。

从上面的比较可知，PLC在性能上比继电器控制系统优异。特别是它具有可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，且体积小、功耗低、使用维护方便的优点，但其价格高于继电器控制系统。

1.3.2　PLC与微型计算机控制系统的比较

虽然PLC采用了计算机技术和微处理器，但它与计算机相比也有许多不同。现将两控制系统进行比较。

（1）从应用范围上进行比较

微型计算机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方面，而PLC主要用于工业控制。

（2）从工作环境上进行比较

微型计算机对工作环境要求较高，一般要在干扰小，具有一定温度和湿度的室内使用，而PLC是专为适应工业控制的恶劣环境而设计的，适应于工程现场的环境。

（3）从程序设计上进行比较

微型计算机具有丰富的程序设计语言，如汇编语言、VC、VB等，其语法关系复杂，要求使用者必须具有一定水平的计算机软硬件知识，而PLC采用面向控制过程的逻辑语言，以继电器逻辑梯形图为表达方式，形象直观、编程操作简单，可在较短时间内掌握它的使用方法和编程技巧。

（4）从工作方式上进行比较

微型计算机一般采用等待命令方式，运算和响应速度快，PLC采用循环扫描的工作方式，其输入、输出存在响应滞后，速度较慢。对于快速系统，PLC的使用受扫描速度的限制。另外，PLC一般采用模块化结构，可针对不同的对象和控制需要进行组合和扩展，具有很大的灵活性和很好的性能价格比，维修也更简便。

（5）从输入输出上进行比较

微型计算机系统的I/O设备与主机之间采用微型计算机联系，一般不需要电气隔离。PLC一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用“光-电”耦合，输出还采用继电器、晶闸管或大功率晶体管进行功率放大。

（6）从价格上进行比较

微型计算机是通用机，功能完备、价格较高。PLC是专用机，功能较少，价格相对较低。

从以上几个方面的比较可知，PLC是一种用于工业自动化控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和掌握，价格也比一般的微机系统便宜。在同一系统中，一般PLC集中在功能控制方面，而微型计算机作为上位机集中在信息处理和PLC网络的通信管理上，两者相辅相成。

1.3.3　PLC与单片机控制系统的比较

单片机具有结构简单、使用方便、价格便宜等优点，一般用于弱电控制。PLC是专门为工业现场的自动化控制而设计的，现将两控制系统进行比较。

（1）从使用者学习掌握的角度进行比较

单片机的编程语言一般为汇编语言或单片机C语言，这就要求设计人员具备一定的计算机硬件和软件知识，对于只熟悉机电控制的技术人员来说，需要相当长一段时间的学习才能掌握。PLC虽然在配制上是一种微型计算机系统，但它提供给用户使用的是机电控制员所熟悉的梯形图语言，使用的术语仍然是“继电器”一类的术语，大部分指令与继电器触点的串并联相对应，这就使得熟悉机电控制的工程技术人员一目了然。对于使用者来说，不必去关心微型计算机的一些技术问题，只需用较短时间去熟悉PLC的指令系统及操作方法，就能应用到工程现场。

（2）从简易程序上进行比较

单片机用来实现自动控制时，一般要在输入/输出接口上做大量工作。例如要考虑现场与单片机的连接、接口的扩展、输入/输出信号的处理、接口工作方式等问题，除了要设计控制程序外，还要在单片机的外围做很多软硬件工作，系统的调试也较复杂。PLC的I/O口已经做好，输入接口可以与输入信号直接连线，非常方便，输出接口也具有一定的驱动能力。

（3）从可靠性上进行比较

单片机进行工业控制时，易受环境的干扰。PLC是专门应用于工程现场的自动控制装置，在系统硬件和软件上都采取了抗干扰措施，其可靠性较高。

（4）从价格上进行比较

单片机价格便宜、功能强大，既可用于价格低廉的民用产品也可用于昂贵复杂的特殊应用系统，自带完善的外围接口，可直接连接各种外设，有强大的模拟量和数据处理能力。PLC的价格昂贵、体积大，功能扩展需要较多的模块，并且不适合大批量重复生产的产品。

从以上分析可知，PLC在数据采集、数据处理通用性和适应性等方面不如单片机，但PLC用于控制时稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便。

1.3.4　PLC与DCS的比较

DCS（Distributed Control System），集散控制系统，又称分布式控制系统，它是集计算机技术、控制技术、网络通信技术和图形显示技术于一体的系统。PLC是由早期继电器逻辑控制系统与微型计算机技术相结合而发展起来的，它是以微处理器为主，融计算机技术、控制技术和通信技术于一体，集顺序控制、过程控制和数据处理于一身的可编程逻辑控制器，现将PLC与DCS两者进行比较。

（1）从逻辑控制方面进行比较

DCS是从传统的仪表盘监控系统发展而来。它侧重于仪表控制，比如ABB Freelance2000 DCS系统甚至没有PID数量的限制（PID，比例微分积分算法，是调节阀、变频器闭环控制的标准算法，通常PID的数量决定了可以使用的调节阀数量）。PLC从传统的继电器回路发展而来，最初的PLC甚至没有模拟量的处理能力，因此，PLC从开始就强调的是逻辑运算能力。

DCS开发控制算法采用仪表技术人员熟悉的风格，仪表人员很容易将P&I图（Pipe-Instrumentation diagram，管道仪表流程图）转化成DCS提供的控制算法，而PLC采用梯形图逻辑来实现过程控制，对于仪表人员来说相对困难。尤其是复杂回路的算法，不如DCS实现起来方便。

（2）从网络扩展方面进行比较

DCS在发展的过程中各厂家自成体系，但大部分DCS系统，比如西门子、ABB、霍尼韦尔、GE、施耐德等，虽说系统内部（过程级）的通信协议不尽相同，但这些协议均建立在标准串口传输协议RS232或RS485协议的基础上。DCS操作级的网络平台不约而同选择了以太网，采用标准或变形的TCP/IP协议，这样就提供了很方便的可扩展能力。在这种网络中，控制器、计算机均作为一个节点存在，只要网络到达的地方，就可以随意增减节点数量和布置节点位置。另外，基于Windows系统的OPC、DDE等开放协议，各系统也可很方便地通信，以实现资源共享。

目前，由于PLC把专用的数据高速公路（HIGH WAY）改成通用的网络，并采用专用的网络结构（比如西门子的MPI总线型网络），使PLC 有条件和其他各种计算机系统和设备实现集成，以组成大型的控制系统。PLC系统的工作任务相对简单，因此需要传输的数据量一般不会太大，所以PLC不会或很少使用以太网。

（3）从数据库方面进行比较

DCS一般都提供统一的数据库，也就是在DCS系统中一旦一个数据存在于数据库中，就可在任何情况下引用，比如在组态软件中、在监控软件中、在趋势图中、在报表中……而PLC系统的数据库通常都不是统一的，组态软件和监控软件甚至归档软件都有自己的数据库。

（4）从时间调度方面进行比较

PLC的程序一般是按顺序执行（即从头到尾执行一次后又从头开始执行），而不能按事先设定的循环周期执行。虽然现在一些新型PLC有所改进，不过对任务周期的数量还是有限制。而DCS可以设定任务周期，比如快速任务等。同样是传感器的采样，压力传感器的变化时间很短，我们可以用200ms的任务周期采样，而温度传感器的滞后时间很大，我们可以用2s的任务周期采样。这样，DCS可以合理地调度控制器的资源。

（5）从应用对象方面进行比较

PLC一般应用在小型自控场所，比如设备的控制或少量的模拟量的控制及联锁，而大型的应用一般都是DCS。当然，这个概念不太准确，但很直观，习惯上把大于600点的系统称为DCS，小于这个规模的叫PLC。热泵及QCS、横向产品配套的控制系统一般就称为PLC。

总之，PLC与DCS发展到今天，事实上都在向彼此靠拢，严格地说，现在的PLC与DCS已经不能一刀切开，很多时候它们的概念已经模糊了。