摘要：
上海工業(yè)自動化儀表研究所 彭 瑜
PLC發(fā)展回顧

上世紀60年代后期，根據(jù)當時汽車市場需求和計算技術(shù)的發(fā)展，在美國麻薩諸塞州Bedford的Bedford Associates,向美國汽車制造業(yè)提議開發(fā)一種Modular Digital Controller（MODICON）取代繼電控制盤。其它一些公司也建議以計算機為基礎(chǔ)的方案。其核心思想是采用軟件編程方法代替繼電控制的硬接線方式，并備有生產(chǎn)現(xiàn)場大量使用的輸入傳感器和輸出執(zhí)行器的接口，以便于進行大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。這就是以后被稱為Programmable Logic Controller的由來。MODICON 084是世界上第一種投入商業(yè)生產(chǎn)的PLC。

70年代是PLC崛起，首先在汽車工業(yè)獲得大量應(yīng)用，在其它產(chǎn)業(yè)部門也開始應(yīng)用的時期。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術(shù)；大量推廣應(yīng)用，并奠定其在工業(yè)控制中不可動搖地位的時期。在此階段PLC銷售始終以兩位數(shù)百分點的速度增長，前六年的增長率超過35%，后四年穩(wěn)定發(fā)展，年增長率約12%。90年代又開始了它的第三個發(fā)展時期。隨著PLC的國際標準IEC 61131的正式頒布，推動了PLC在技術(shù)上發(fā)動新的突破：

在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上，從傳統(tǒng)的單機向多CPU和分布式及遠程控制系統(tǒng)發(fā)展；在編程語言上，文本化和圖形化的語言多樣性，創(chuàng)造了更具表達控制要求、文字處理、通信能力的編程環(huán)境。

從應(yīng)用范圍和應(yīng)用水平上，除了繼續(xù)發(fā)展機械加工自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)外，則是發(fā)展以PLC為基礎(chǔ)的DCS系統(tǒng)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采SCADA系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、安全聯(lián)鎖保護（ESD）系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)等，全方位地產(chǎn)提高PLC的應(yīng)用范圍和水平。

進入90年代后期，由于用戶對開放性的強烈要求和壓力，由于信息技術(shù)的大力推動，PLC如果還停留在原有的專用而又封閉的系統(tǒng)概念上，它將坐以待斃。于是PLC進入了其發(fā)展的第四階段。其特征是：

在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等。

采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準。

值得注意的是PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統(tǒng)，正隨著計算技術(shù)、通信技術(shù)和編程技術(shù)的發(fā)展，趨向于建立同一硬件平臺，運用同一個操作系統(tǒng)、同一個編程系統(tǒng)，執(zhí)行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化�；蛘哒fDCS和PLC的形態(tài)將會變化，而它們的功能依然存在。其中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)該是嵌入式PC系統(tǒng)及支持現(xiàn)場總線的I/O （硬件） ，以及以IEC 61161-3為基礎(chǔ)的編程系統(tǒng)及強實時(hard real-time)操作系統(tǒng)。

PLC在中國的發(fā)展

在中國，大約從1974、75年在北京和上海開始開發(fā)采用位片式微處理芯片的可編程順序控制器，并有所應(yīng)用。但一直未能形成批量生產(chǎn)。在改革開放剛起步的1979年，在當時的機械部儀表局的推動下，開始從美國MODICON引進起584的PLC，并首先在電站的輔機如輸煤、除灰除渣、水處理系統(tǒng)以及水泥廠等控制系統(tǒng)中成功應(yīng)用，從而大大推動了PLC在我國工業(yè)的大規(guī)模運用。遺憾的是，花了很大一筆外匯的這個項目并不曾形成良性的有后續(xù)的發(fā)展。

自1985年開始，小型PLC首先是日本三菱電機公司的MELSEC-F，通過非政府渠道進入中國市場。不到三、四年時間，小型PLC就形成了大面積的推廣應(yīng)用局面。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它知名品牌開始大舉進入中國市場，占據(jù)中、大型的PLC的較大份額。1995年后形成了大型PLC以歐美為主、中型PLC歐美和日本平分秋色、小型PLC則以日本為主、Siemens也步步緊逼的格局。至今沒有很大改變。

由上簡要回顧可知， PLC在中國已經(jīng)形成了規(guī)模巨大的應(yīng)用市場，但并未建立批量生產(chǎn)、有持續(xù)開發(fā)發(fā)展能力的PLC制造業(yè)。

應(yīng)指出的是：

在國內(nèi)，PLC的應(yīng)用水平還是不低的，自主設(shè)計、系統(tǒng)集成和現(xiàn)場投運的能力，可以說與國際主流水平同步；

PLC的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛，覆蓋冶金、電力、化工、石油化工、機械、輕工、電子、電工、建材水泥等工業(yè)，以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械和其它應(yīng)用。近年來環(huán)保工業(yè)也有廣泛應(yīng)用，發(fā)展勢頭很猛。

在國內(nèi)有一支龐大的PLC銷售、服務(wù)、應(yīng)用、系統(tǒng)集成隊伍，遍布除西藏外的全國各地。

有充足的理由說：PLC在中國已成為工業(yè)控制的一種適用技術(shù)。因此，PLC、軟PLC以及IEC 61131-3的發(fā)展，無可爭辯地成了十分令人關(guān)注的事情。

IEC 61131國際標準在中國

1992年以后，可編程序控制器國際標準IEC 61131的各個部分陸續(xù)公布施行。中國的工業(yè)過程測量和控制標準化委員會按與IEC國際標準等效的原則，組織翻譯出版工作。于1995年12月29日以GB/T 15969.1,15969.2,15969.3,15969.4 頒布了PLC的國家標準。該標準只涉及IEC 61131的第一、第二、第三和第四部分，沒有納入1995年以后出版的第五部分通信、第七部分模糊控制編程軟件工具、第八部分IEC 61131-3語言的實現(xiàn)導則。

自標準頒布之后，并沒有產(chǎn)生很大的影響。原因在于：中國不存在真正像樣的PLC制造業(yè)； 在中國國內(nèi)有影響的PLC品牌并不積極推介； 包括該標準的主管部門在內(nèi)，很少有組織的推進活動。直到1998年以后，由于IEC 61131-3在國際控制業(yè)界的影響越來越大，在中國國內(nèi)有影響的PLC品牌開始提及自身品牌符合或兼容IEC 61131-3；若干新推出的DCS系統(tǒng)也公開宣稱，符合或兼容IEC 61131-3。于是，人們才關(guān)注這個標準。在有關(guān)專業(yè)雜志上有專文介紹該標準的制訂背景、重要性、標準的主要內(nèi)容。中國機電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會組織翻譯了兩名德國作者Ｋarl-Heinz John和Miachael Tiegelkamp寫的專著："IEC 61131-3：工業(yè)自動化系統(tǒng)的程序編制"�，F(xiàn)已由該協(xié)會內(nèi)部發(fā)行。最近，中國機電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會（CAMETA）與以開發(fā)基于IEC 61131-3的編程系統(tǒng)稱著的德國KW公司遠東總經(jīng)理Robert Champoud先生合作，組織協(xié)調(diào)有關(guān)IEC 61131項目的研討會活動，得到Siemens、Phoenix、富士電機的大力支持。這對于促進它的推廣，有著深遠的意義。

軟PLC在中國

所謂軟PLC實際就是在PC機的平臺上、在Windows操作環(huán)境下，用軟件來實現(xiàn)PLC的功能。此概念大約在1996年以后才被介紹到國內(nèi)來。由于這種技術(shù)尚不成熟，所以只有在學術(shù)界少數(shù)人對此關(guān)注。盡管Interllution和 Wonderware的HMI和SCADA軟件在我國推廣都很成功，但它們的軟邏輯、軟PLC產(chǎn)品P-31和InControl卻少有人問津。當然，這兩家公司也不曾刻意去開發(fā)這個市場。

Think&Do和Steeperchase 的VLC都是1998、1999年進入中國市場的，特別是Think&Do花了很大的努力，至今仍不盡如人意。當然有一些成功應(yīng)用，如郵件分揀系統(tǒng)。我感覺，這多少與它們不采用IEC 61131-3，而是倡導用流程圖編程語言不無關(guān)系。

德國KW公司在1998年以后就在北京設(shè)立辦事處，著力推廣其符合IEC 61131-3的編程系統(tǒng)MULTIPROG和 控制程序ProConOS。

Siemens從2001年開始在國內(nèi)推介其軟PLC系列產(chǎn)品WinAC，已經(jīng)有了一些應(yīng)用。他們是很有戰(zhàn)略眼光的。德國Inforteam公司的 openPCS 在國內(nèi)也開始了市場開拓活動，2002年6月曾在上海的自動化展覽會上舉辦過技術(shù)交流。

我國自行開發(fā)的DCS系統(tǒng)，如上海自儀公司的SUPMAX-800，選用法國CJ International公司的符合IEC 61131-3的IsaGraf和美國的強實時操作系統(tǒng)Vxworks。北京的和理時已采用Inforteam的OpebPCS開發(fā)新的DCS。

分析全世界控制設(shè)備的發(fā)展情況

從全世界范圍看，軟PLC/ PC控制作為新興產(chǎn)業(yè)正在發(fā)展。面對這種挑戰(zhàn)，PLC仍在發(fā)展。

據(jù)美國Venture Development Corp.報告，2000年全世界共銷售DCS系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)和PC控制系統(tǒng)達220億美元。其中DCS 40.5%；PLC 46.3%；PC控制 13.2% 。 這三種控制系統(tǒng)所用的分散型/遠程I/O的市場銷售額也為220億美元。年增長率為6.6%。到2005年估計達300億美元。從應(yīng)用領(lǐng)域看，DCS仍然牢牢把握大規(guī)模連續(xù)流程工業(yè)（I/O達數(shù)千點）過程控制的應(yīng)用。PLC已經(jīng)擁入批量控制市場，在其傳統(tǒng)的離散制造工業(yè)仍然占據(jù)絕對主導地位。軟PLC/PC控制采用工控PC機（或嵌入式PC機）和強實時OS，可實現(xiàn)PLC功能和運動控制。直至今日，PC控制在可靠性、安全性等方面還未取得廣泛認可。

據(jù)美國Venture Development Corp.報告，PLC與軟PLC/PC控制相比具有以下優(yōu)點：

維修和服務(wù)系統(tǒng)健全，有經(jīng)驗的維護人員隊伍龐大。

電源故障不會產(chǎn)生大的影響。

對低端應(yīng)用，PLC具有極大的性能價格比優(yōu)勢。

可靠性無可比擬，故障停機最少。

加固型結(jié)構(gòu)，適合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用。

與PC機發(fā)展太快相比，PLC產(chǎn)品可長期供貨，長期提供技術(shù)支持。

PLC在工廠自動化中的地位之所以如此穩(wěn)固，原因在于：

PLC的技術(shù)具有長期的穩(wěn)定性，軟硬件均應(yīng)用方便，即插即用，價格適中，堪稱工業(yè)控制的適用技術(shù)。

可以說當今工業(yè)控制所要求的性能，PLC可滿足85%至90%。其不足部分可用其它辦法補充。近幾年來PLC也在不斷提高其技術(shù)內(nèi)涵，融合了IT技術(shù)（包括以太網(wǎng)，因特網(wǎng)，無線網(wǎng)技術(shù)，現(xiàn)場總線技術(shù)，以及運用軟件工程方法提升PLC的編程語言，開發(fā)全新的編程系統(tǒng)，等等）。

PLC在開放性方面也有了實質(zhì)性的突破。前十多年P(guān)LC被攻擊的一個重要方面就是它的專有性，現(xiàn)在有了極大的改觀。PLC采用了各種工業(yè)標準，如IEC 61131，IEEE802.3以太網(wǎng)，TCP/IP，UDP/IP等，各種事實上的工業(yè)標準，如Windows NT，OPC等。

PLC在硬件上也有長足進步。微電子技術(shù)的進展全都運用到PLC中，元器件的集成度越來越高，促使PLC成本下降和可靠性提高。專為PLC的CPU設(shè)計的PLC-on-a-chip芯片業(yè)已問世多年。PLC的高端產(chǎn)品在體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)上都有了質(zhì)的變化,性能大幅提高。一個機架上可裝多個CPU模塊。也出現(xiàn)了以Web為基礎(chǔ)的PLC系列產(chǎn)品。

PLC、軟PLC、IEC 61131在中國的未來

傳統(tǒng)的PLC制造業(yè)不會在可預見的未來在國內(nèi)建立和發(fā)展。但不排除軟PLC在近期和可預見的<