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PLC技術發展與市場趨勢觀察

作者:數字化企業

導讀

作為工廠、工廠中的房間的底層控制核心,PLC從誕生之初就在自動化控制系統中扮演着至關重要的角色。本文将全面盤點IT與OT技術融合浪潮下,PLC産品的軟硬體意識形态發生了哪些變化,通過梳理國内外PLC代表廠商的典型産品、應用現狀和發展政策,探索PLC在智能制造熱潮之下,如何持續書寫“不老”傳奇。

文章資訊

本文由e-works駐北京記者王聰原創首發。本文撰寫過程中請教了貝加萊工業自動化(中國)有限公司技術傳播經理宋華振老師,華中科技大學陳冰教授,參考了PLCopen中國組織名譽主席、上海工業自動化儀表研究院技術顧問彭瑜教授《PLC程式設計語言和平台的演變發展》和《邊緣可程式設計工業控制器—PLC轉型的一個方向》,在此一并表示感謝!

作為工廠、工廠中的房間的底層控制核心,PLC從誕生之初就在自動化控制系統中扮演着至關重要的角色。一方面,來自客戶的實際應用需求,促使PLC朝着控制任務的集中控制節點、制造系統的資料節點以及具有邊緣控制能力的融合計算節點多功能演進;另一方面,從西門子、施耐德電氣、羅克韋爾自動化等國際主流廠商到彙川技術、和利時等國内領先廠商不斷創新,使PLC從最初的分時多任務能力,到能夠兼顧RTOS、軟體開發平台和上層OPC-UA over TSN等技術架構。這一“推”一“拉”兩股力量,如雙螺旋DNA般交織着推動PLC持續演進、升華。

本文将全面盤點IT與OT技術融合浪潮下,PLC産品的軟硬體意識形态發生了哪些變化,通過梳理國内外PLC代表廠商的典型産品、應用現狀和發展政策,探索PLC在智能制造熱潮之下,如何持續書寫“不老”傳奇。

PLC技術發展與市場趨勢觀察

向陽而生,PLC走向開放

與備受矚目的數字孿生、工業網際網路相比較,PLC就如同一棵“飽經滄桑”的松柏,深深紮根工廠、工廠中的房間底層,平凡且堅定地支撐各種控制系統。在貝加萊工業自動化(中國)有限公司技術傳播經理宋華振看來,在經曆了半個多世紀的沉澱和發展後,PLC早已從最初簡單用來替代繼電器、接觸器等簡易控制功能,發展到如今擁有強大資料處理和計算能力,包括I/O擴充能力,模拟量處理能力,以及各種控制和運動功能于一體的控制器。

現代的PLC包含CPU、I/O、電源、底闆、外設以及通信聯網等子產品,從傳統的邏輯任務延伸到運動控制、機器人、機器視覺、高速實時以太網通信等功能。從硬體參數看,PLC的算力和資料存儲能力都得到極大增強。從微處理器的誕生開始,PLC就随同CPU快速疊代更新,如今哪怕是小型PLC的CPU處理能力都能夠達到納秒(ns)級别,并且支援多核架構。這使得PLC在進行邏輯和順序控制處理的同時,可以進行高速運動控制和視覺算法處理。例如,面對大量的計算和資料流,PLC可以将任務交給多個I/O核心與計算核心并行完成工作。為了完成多核之間的任務協調,分核作業系統會将特定任務配置設定給特定的計算核心,每個核心則采用分時政策,確定資料的高速傳輸與實時可靠。

此外,在存儲空間方面,部分大型PLC已達到百兆以上,并通過磁泡存儲器和硬碟不斷拓展資料容量,大量的存儲空間不僅提升了PLC的資料管理能力,也為邊緣計算和控制提供了基礎。依靠強有力的OPC UA over TSN,使PLC獲得通過以太網傳輸實時性資料的能力,完成控制器、傳感器、驅動器多個次元的資料內建。

PLC的這些外在變化是顯而易見的,而作為PLC“靈魂”的彙編語言和軟體開發平台,其“升華”之快卻容易被人忽視。實際上,從上世紀80年代,當RS232的串聯通信技術廣泛地運用在計算機領域的時候,自動化領域的工程師們就馬上對這種技術進行了分析、消化和吸收,針對工業通信傳輸安全和工業工況環境的可靠性和抗幹擾要求,創造性地采用了RS485雙工差分式雙絞線的現場總線傳輸通信(實體層)标準。

1993年12月,國際電工委員會制定的IEC 61131-3規範,使得PLC領域美國偏愛的梯形邏輯圖語言、德國流行的功能圖語言、法國推崇的GRAFCET(SFC順序功能圖的前身)以及日本常用指令表語言得到了統一。必須說明的是,在制定程式設計語言國際标準的過程中,IEC 61131-3大量地吸取現代軟體的結構化、子產品化、可複用性等概念,并彙聚了軟體工程技術中統一開發過程、面向對象等方法,有力地推動了PLC标準程式設計語言的發展。IEC61131-3不僅成為工業領域唯一的工業控制程式設計語言标準,還被DCS、SCADA、PC控制等系統廣泛采納,成為事實上的工業控制程式設計語言通用标準。

這其中,也離不開工業自動化巨頭多年來在上層軟體平台的創新發展和曆史沉澱,包括西門子的TIA Portal、羅克韋爾自動化的Logix、貝加萊的Automation Studio等都建立了自身子產品化功能應用和通信标準規範,友善使用者開發、更新維護系統。此外,德國CODESYS(原名3S,Smart Software Solutions GmbH)、Phoenix旗下的KW-Software、德國Infoteam等獨立平台服務商,也為中小型PLC廠商提供了軟體開發環境,讓使用者可以基于不同的硬體架構、RTOS實作整個PLC的開發、程式設計、測試、運維。

毫不誇張地說,PLC軟硬體融合的發展史正是IT與OT深度融合的縮影。PLCopen中國組織名譽主席、上海工業自動化儀表研究院技術顧問彭瑜教授認為,PLC正在邁向一個開放的自動化世界,未來的PLC控制系統不僅僅要對生産制造的實時性控制資料進行處理和分析,還要對大量具有分析、歸納、總結的非實時資料進行處理。PLC将采用如Linux等開放的實時作業系統,自由度高的Python、C、C++等軟體程式設計語言,多功能開發平台和通信接口平台,在保留傳統PLC簡單、易用的優勢同時,擴大程式設計語言、工具及開源功能內建的自由度。

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例如,一台PLC內建了OPC UA服務端功能和OPC UA用戶端功能,就能保證這台PLC通過VPN進行有安全保證的資料傳輸,使PLC的相關資訊都可以被采集,進而向上層MES系統傳遞。作為一個資料通信協定規範,宋華振強調,OPC UA并不是一個技術,而是一個架構,包含TCP、UDP、MQTT以及Web Service多種協定傳輸标準。在面對具體任務時,可以類比成列印機:當我們在列印檔案時,無需關心連接配接的是手機、電腦、USB哪種裝置;或是Word、PPT、3D Max、AutoCAD哪種檔案形式,列印機隻會要求你定義列印格式是橫向還是縱向、字号是多少、是否重複列印等原資料資訊。同樣的,OPC UA作為各種資料傳輸的指導規範,将各種通訊機制進行彙聚使其互連互通互操作,IT人員隻要根據标準接口進行驅動安裝,OPC UA自身會定義位址和屬性,實作機制調用,并進行使用者授權和驗證。

可以看出,新一代的PLC在滿足可靠、易用的同時,已經徹底擺脫了封閉的标簽,擁有資料互操作性、内生資訊安全、軟硬體解耦和分布式控制能力,既滿足自動化系統運作過程和控制相關的實時資料處理,也可以服務非實時資料的分析、存儲、運算等要求。

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巨頭集結

各擅勝場下的競合之道

随着PLC走向開放,自身擁有PLC産品線的工業自動化巨頭們也在保留PLC适應性強、性能可靠、成本效益高等原有特點上,不斷吸收新的IT技術,融會貫通到工業生産實踐中,讓工業網際網路、大資料、人工智能技術融入到PLC控制系統中,使企業生産全生命周期的研發、服務和管理資料也能在PLC控制器上進行運算和分析。面對愈加開放的PLC系統,西門子、施耐德電氣、羅克韋爾自動化、三菱電機、歐姆龍、菲尼克斯電氣、貝加萊、ABB等廠商加快自身PLC發展腳步,與下層傳感器以及上層HMI、SCADA等系統協作互動,緻力于縱向資料生态鍊的深度融合。

1、西門子

西門子最早的PLC産品可以追溯到1975年投放市場的SIMATIC S3,它實際上是帶有簡單操作接口的二進制控制器。1979年伴随着微處理器的面世,西門子創新研發S5系列取代了S3系列,該系列廣泛地使用了微處理器。1994年4月,享譽全球的西門子PLC S7系列誕生,其代表機型為S7-200、300、400等,具有高度的相容性、更高性能等級、更小安裝空間和更友好的Windows使用者界面等優勢。2012年底,西門子推出了集多種功能的旗艦産品S7-1500系列PLC,并在此後一直圍繞上述系列進行産品疊代與更新。

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圖1 西門子代表PLC産品系列及功能特點

2010年,西門子提出了TIA(Totally Integrated Automation)概念,即全內建自動化系統。可以讓使用者組态多個裝置并分别與上層PLC進行程式設計,也可以在上下位之間共享變量,快速進行組态和PLC程式設計。通過TIA Portal相連,西門子PLC使用者不僅可內建基本軟體功能(如STEP7, WINCC, SINAMICS Startdrive, SIMOCODE ES和SIMOTION SCOUT TIA等),還可以在單一界面中執行多使用者管理和能源管理等新功能,讓使用者面向已有的成熟SIMATIC控制器執行創新的工程組态。從拓展性的角度,STEP 7包含了西門子S7-1200,S7-1500系列PLC的程式設計功能,也繼承了前身對S7-300和S7-400的支援。

作為自動化市場的代表廠商,西門子PLC在國内中高端OEM和大型項目領域進展迅速,來自客戶的回報非常積極。其最新的SIMATIC S7-1500系列PLC擁有透明化程式設計方式、系統備援的特點,并配有人工智能晶片,可以實作神經網絡的高速處理,目前在西門子安貝格工廠和成都數字化工廠都有大量的應用示範。

2、施耐德電氣

施耐德電氣初代PLC産品主要分為兩大陣營,一個是憑借收購全球PLC鼻祖Modicon公司後推出的“數字系列”。當初與DEC的PDP-14和3-I 的PDQ-II競争勝出後,Modicon公司在1973年将“084”PLC更新為“184”PLC重新推出,1975年推出了“284”PLC,1979年推出了工業通信網絡Modbus,1994年推出了Quantum(昆騰)系列PLC,1997被施耐德電氣公司收購後,成為旗下第4個主要品牌。另一個PLC産品陣營則以收購的TE公司為代表,旗下擁有Premium、Micro系列PLC。

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圖2 施耐德電氣代表PLC産品系列及功能特點

考慮到兩個産品陣營有部分功能重疊,施耐德電氣将Modicon和TE的PLC産品進行了整合,将Unity Pro軟體作為中高端PLC的統一平台,支援Quantum、Premium和M340三個系列。其小型PLC以Twido系列為代表,仍然使用TwidoSoft軟體進行功能開發。雖然施耐德電氣的PLC程式設計軟體很多,但是目前較為常用的以Unity Pro、SoMachine和SoMachine Basic為主。

施耐德電氣認為,數字浪潮下IT技術将不斷融入到PLC産品之中,裝置、産線、工廠之間的互聯互通互操作比以前任何時期都更為重要。對此,施耐德電氣在2017年正式推出了EcoStruxure開放自動化平台,其PLC産品也成為加強底層控制能力的重要基礎。此外,施耐德電氣還在大力推進國際工業标準IEC 61499(該标準基于IEC 61131-3标準的功能建構,定義了分布式控制系統的通用模型),以功能塊建構的事件驅動型任務為特征,為企業建立開放、互操作的自動化系統奠定基礎。

3、羅克韋爾自動化

1985年,A-B被羅克韋爾國際集團(Rockwell International)收購,随之推出了基于摩托羅拉MC68000晶片的PLC-5等産品。針對不同I/O點數,羅克韋爾自動化釋出了MicroLogix、CompactLogix和ControlLogix系列PLC産品。其中MicroLogix系列PLC包含MicroLogix和Micro800兩個分支,主要用以滿足簡單機械的基本控制需求,包括繼電器替換以及簡單的控制定時和邏輯運算;中型CompactLogi系列PLC支援多種網絡通訊協定,基于機架式、封裝子產品化設計的标準和安全認證,典型應用場景為複雜機器控制、批處理和樓宇自動化;大型ControlLogix系列是羅克韋爾自動化最具有實力的代表作,支援順序控制、運動控制、傳動控制和過程控制,應用十分廣泛。

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圖3 羅克韋爾自動化代表PLC産品系列及功能特點

為了提高企業對于資料的互聯互通能力,羅克韋爾自動化推出了FactoryTalk系列套件,使旗下整個PLC産品系列都具有多政策的內建能力。例如Logix系列PLC支援标準的、開放的工業以太網EtherNet/IP連接配接方式,并将FactoryTalk分析和機器學習技術嵌入到了Logix控制環境中,為自動化系統提供了諸如異常狀況預測性分析等AI能力。

4、三菱電機

回顧三菱電機的PLC發展曆程,主要是圍繞了兩大系列。其一是Q系列PLC,它是以高功能、高性能、高擴充性為代表。自上個世紀80年代一經推出後,就一直圍繞汽車産業為主的最終使用者需求進行産品疊代更新。三菱電機另外一個PLC系列,則是主打簡易安裝,友善部署,且具有高性能的小型PLC---FX系列。FX系列的第一代産品可追溯到上世紀90年代初,當時日本國内出現各種各樣的特殊功能單元需求,FX系列的推出使工業控制裝置的配套更加簡單友善,滿足了當時的多元化需要。

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圖4 三菱電機代表PLC産品系列及功能特點

為了加強對于生産現場的控制能力,三菱電機推出了e-F@ctory解決方案,将底層PLC與具有專利技術的控制器網絡MELSECNET以及現場總線CC-Link進行融合,強化了自身PLC的資料傳輸能力。由于MELSECNET和CC-Link使用循環通信的方式,周期性自動地收發資訊,不需要專門的資料通信程式,隻需簡單的參數設定即可,這也促使三菱PLC在應用中具有良好的實時性,使用者能夠通過PLC高效地完成相應子產品的分布式控制。

5、菲尼克斯電氣

菲尼克斯電氣并不是傳統的PLC廠商,但是得益于不斷創新的理念及前沿技術的引入,近年來菲尼克斯電氣的PLC業務始終處于穩步上升的狀态。在收購KW-Software(科維軟體,2015年更名為菲尼克斯電氣軟體有限公司)後,菲尼克斯電氣開始着重發展基于IEC 61131的PLC控制軟體程式設計語言。菲尼克斯電氣推出的第一款緊湊型PLC稱之為ILC 130 ETH,後向中、大型領域延伸推出了ILC 200、350、370、430系列産品。菲尼克斯電氣另外一個PLC産品型号為RFC系列,兩者共同組成了Class産品家族。針對高端機械制造和複雜系統應用需求,菲尼克斯電氣還推出了更高性能的AXC系列PLC,以此來滿足高端過程控制使用者對系統高可靠性的要求。

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圖5 菲尼克斯電氣代表PLC産品系列及功能特點

從研發世界上首條現場總線INTERBUS開始,菲尼克斯電氣一直專注于研發和推動Profinet實時工業以太網技術,并在2008年确定IT-Powered Automation這一核心自動化理念。菲尼克斯電氣在研發PLC時,充分融合市場需求及領先技術,将衆多IT技術內建到PLC系統中,例如近年來菲尼克斯電氣提出打造PLCnext Technology生态,除依照IEC 61131-3标準對PLC系統進行标準程式設計外,使用者還可通過PLCnext Control實作并行程式設計,實時組合使用C、C++和MATLAB Simulink等程式設計語言進行PLC程式開發。這些先進的IT技術與傳統的PLC控制技術融合,既保證了PLC的高可靠性滿足工業現場的應用需求,同時又進一步提升了整個系統的性能,特别是網絡和通訊功能,而這也成為了菲尼克斯電氣PLC産品的核心競争力。

6、貝加萊

作為奧地利自動化市場的代表,貝加萊在80年代中期推出了第一代PLC産品“黑色系列”,同樣采用了MC68000處理器,這款經典的CISC架構處理器可以處理浮點運算,并且采用了OS9分時多任務作業系統。随後,貝加萊推出了2000系列PLC,采用了pSOS+的定性分時多任務作業系統,可以支援C語言程式設計并支援多個任務等級。在這個時期,貝加萊還推出了Power Panel 200/400系列,它是将PLC和HMI結合起來,進而實作顯示與控制的一體化。2002年,貝加萊推出了X20系列PLC,它采用了Intel X86的架構,并在原有基礎上,持續對上述産品系列進行更新,例如從早期的Intel Pentium更新到Intel Atom,乃至現在的Core i7處理器。

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圖6 貝加萊代表PLC産品系列及功能特點

貝加萊早在1985年就推出了支援進階語言開發的PLC,并将CNC、實時作業系統等內建到PLC之中。1997年貝加萊推出了至今還十分強大的Automation Studio內建開發平台,2001年更是推出了第一個實時以太網POWERLINK,2014年推出全內建的子產品化平台MAPP。這些創新産品和技術來自于最為苛刻的行業頂級客戶需求,而貝加萊為響應這些挑戰開發了産品并對其進行了标準化,使得貝加萊PLC産品系列十分貼近客戶需求,同時更具有前瞻性。

PLC賽道上類似的“頭号玩家”還有很多,例如在80年代初率先推出緊湊型、微型PLC的歐姆龍,憑借相較同類産品明顯縮小體積、易于安裝的特點,風靡當時全球市場。在從産品智能化到現場智能化的演進道路上,歐姆龍打造了重視生産過程的“人機協作智能化單元生産線”,PLC扮演着Sensing(傳感)&Control(控制)的重要角色。以機器人聞名于世的ABB,在收購貝加萊前自身擁有AC500系列PLC産品線,包含豐富的功能子產品,并且與ABB在DCS領域的優勢一脈相承,共同構成了ABB Ability解決方案的數字底座。

艾默生通過收購GE(通用電氣)的智能平台業務(Intelligent Platforms,由GE和日本Fanuc公司合資組建),将自身EC系列PLC與GE-Fanuc的PLC、PAC(可程式設計自動化控制系統)産品線融合,組成了面相邊緣側的PAC Systems Edge解決方案,同時也是艾默生PlantWeb數字生态系統中的重要組成部分。

值得一提的是,PAC作為美國自動化咨詢公司提出的一個全新概念,相較于PLC具有開放性、子產品化的體系結構,處理對象主要聚焦在流程領域的測量、分析、回路任務,與PLC聚焦的實時性、高速響應任務并不相同。彭瑜教授還指出,PLC和PAC的差别更多展現在上層軟體,而不是硬體參數和功能性。由于PAC開放的內建開發環境可以降低項目成本,有着PAC産品的自動化廠商更多的強調系統的整體性能,更傾向于複雜和大規模的自動化架構,而非硬體本身。

如果說PAC是一個基于PLC和PC之間的混合體,那麼以倍福自動化為代表推出的PC-based控制器,則更多地繼承了PC機在通信、存儲、程式設計等方面的靈活性,具有運算、組網和軟體開放性的優勢。通過組合PC機和豐富的PCI接口專用闆卡,PC-based可以替代PLC實作程式設計、監控、組态等一系列功能。在上層軟體方面,倍福自動化推出了TwinCAT平台,支援C、C++、MATLAB等多種彙編語言,同樣能夠高效地完成程式設計工作。

但需要注意的是,自動化底層控制系統有着高可靠、實時性等要求,早期的PLC主要采取循環掃描方式工作,随着硬體性能的提高,通過專用硬實時作業系統可以支援更多的實時多任務排程。而PC機和通用的作業系統在早期不能提供足夠的确定性和可靠性,主要用于SCADA等裝置運作狀态監測等場景。随着PC架構硬體和軟體可靠性和實時性的提升、以及實時以太網帶來的現場級IO實時通信能力,基于PC的控制已廣泛應用于自動化底層控制。

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奮起直追

國産PLC的更新與超越

作為行業追趕者,雖然國産PLC廠商起步較晚,國産品牌PLC在整體市場佔有率所占比例較小,主要集中在中、小型PLC領域。但随着國内制造業下遊領域的多樣化發展,與下遊行業深度适配的PLC應用範圍和深度也大幅拓展。特别是近年來國内動力電池、汽車、半導體等行業快速發展,以及紡織、機械等傳統制造産業轉型更新,帶動了彙川技術、信捷電氣、和利時等一批優秀的國産PLC廠商發展壯大,這些國産PLC廠商結合自身所在的行業特點,走出了一條具有頑強生命力的可持續發展路線。

1、彙川技術

彙川技術創立于2003年,是國内中小型PLC市場最大國産品牌,其産品廣泛應用于锂電、矽晶、包裝印刷、食品飲料、汽車裝備等領域。彙川技術以軸承的運動控制為切入點,确定了聚焦優勢産業、深耕行業應用的“一軸一網一生态”發展戰略,開發了包括Easy系列全場景小型PLC、多種H系列多功能小型PLC以及率先應用EtherCAT總線的小型PLC。2022年11月,彙川技術釋出了EASY系列全場景緊湊型小型PLC,精準對接市場客戶需求。目前,彙川技術專注在多功能的中小型及微型PLC市場,彙川PLC采用了德國CODESYS的通用程式設計方式,完整支援IEC61131-3程式設計體系,具有組合靈活、功能強大的特點。

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圖7 彙川技術代表PLC産品系列及功能特點

2、信捷電氣

信捷電氣的前身是信捷科技,成立于2000年。2008年設立主體信捷電氣後,開始以PLC為基礎積極向伺服驅動、機器視覺等領域拓展,并在2010年後陸續推出各種高性能産品,品牌影響力持續提升。信捷電氣初期以FC系列小型PLC為代表,後又陸續推出了功能更強大的XC系列PLC、集PLC和TP功能于一體的XP系列PLC,并在2016年推出了XG系列中型PLC。從營收結構看,PLC是信捷電氣的核心和優勢産品,尤其是在小型PLC市場占比逐年提升。經過20多年的發展,信捷電氣已經從PLC産品衍生到人機界面、驅動系統以及智能裝備(機器人視覺)多個産品線,可以為下遊OEM廠商提供智能控制一站式工業自動化解決方案。

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圖8 信捷電氣代表PLC産品系列及功能特點

3、和利時

2000年,和利時正式開展了PLC業務,并在2004年推出了具有自主知識産權的LM系列小型機。2006年,和利時推出了LK系列大型PLC,并獲得當時國家四部委聯合頒發的“國家重點新産品”證書。和利時自主研發的PLC程式設計組态平台AutoThink可以為客戶提供一站式的解決方案,其功能強大,高效便捷。面對PLC市場的激烈競争,和利時采取的政策是将小型PLC銷售瞄準中、高端市場應用,而對于簡單開關量應用的低端市場則增強了如運動控制功能。目前,和利時正緻力于通過自主可控技術滿足各工業控制領域需求,并嘗試結合工業雲平台實作PLC的雲邊端實時互連。屆時,和利時PLC可向上層提供跨Linux和Windows平台運作的監控軟體群組态開發軟體平台,打造完整的工業控制系統産品體系。

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圖9 和利時代表PLC産品系列及功能特點

除上述代表外,國産PLC品牌還有中控技術、禾川、南大傲拓、英威騰、寶信、歐辰等,台灣由于在自動化市場起步較早,如台達、永宏等PLC産品也得到了國内外市場的廣泛認可。從整體表現上看,國産PLC聚焦的中、小型PLC賽道雖然單體價值較小,但使用者群規模龐大,總體采購套數較多,去年OEM行業整體好于項目型市場,PLC市場整體呈增長趨勢。

從未來發展路線上看,深耕細分市場和聚焦“專精特新”的國産PLC潛力巨大。相較于國外工業自動化巨頭而言,國産PLC在客戶本地服務上普遍具有成本優勢、服務優勢、響應速度優勢。伴随國家各種政策的鼓勵與扶持,相信國産PLC有望進一步擴大市場佔有率,完成更新與超越。

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持續創新,探索未來演進路徑

在工信部釋出《“十四五”軟體和資訊技術服務業發展規劃》中,明确指出要大力發展PLC産業,加快在重點行業的內建應用。在今年的二十大會議期間,推進新型工業化、加快建設制造強國的戰略目标也進一步彰顯出PLC的重要性。目前,國内PLC市場已經形成了超百億級規模,在政策引導、技術突破、市場需求持續釋放的前提下,企業對于PLC産品需求也将進一步增加。總結這些年國内外PLC市場表現和發展曆程,我們可以得到如下啟示:

① PLC的市場銷售并不是單一碎片化的,而是和應用軟體程式設計平台以及整體自動化政策進行了深度融合。例如西門子的TIA Portal、羅克韋爾自動化的Logix、施耐德電氣的EcoStruxure、貝加萊的Automation Studio都開辟了标準化的開發軟體,簡化了與上位生産管理系統的通信,使PLC能夠快速融入到全內建的智能制造生态系統中。

② 由于PLC各種硬體參數的大幅度提升,同時擴大了程式設計語言、工具及開源功能內建的自由度,促使PLC在企業生産實踐中不僅能夠處理控制資料,還更多地加入到生産管理和産品研發資料等非實時資料的進行中。在許多企業應用場景中,PLC能夠就地将OT領域的實體量轉換為能被IT領域運用和處理的資料,并提供閉環實時控制能力。

③ 安全可靠依舊是企業使用PLC的基本訴求。目前許多PLC廠商為了加強可靠性,已經普遍地将備援技術、試錯技術性應用于到産品中,進而建立高可靠性的容錯系統。

④ 在PLC系統結構不斷發展的同時,PLC的程式設計語言也越來越豐富,功能也不斷提高。為了适應各種控制要求,出現了面向順序控制的步程序式設計語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機相容的進階語言(BASIC、C語言等)等。多種程式設計語言的并存、互補與發展是PLC進步的一種展現。

不容忽視的是,盡管技術上PLC已經走向智能化,但許多沉澱了多年的上一代PLC專屬控制系統仍然有其必要性。宋華振強調這些系統有着20~30年的沉澱,在企業生産營運過程中扮演着核心功能,多年深厚的know-how積累、常年保持的使用者習慣、繁瑣的測試驗證環節都導緻了高昂的試錯成本,企業不能為了智能化而智能化,沒有強行移植的必要。

此外,伴随着IT與OT的深度融合,PLC越來越開放,資料采集越來越容易,CIO們在探索品質管理、預測性維護等“數字化應用”過程中,需要仔細思考究竟想利用PLC資料達到什麼目的,資料應該如何使用,如何從資料中創造實際價值等一系列問題。衆所周知OPC UA中包括強制性資料和可選性資料兩種擷取方式,其中可選性資料并不是由PLC決定,而是由下層裝置所決定的,并且OEM廠商涉及自身工藝參數的資料并不會完全對外開放。(這就如同你買了瓶可樂,可樂公司不會給你可樂配方一樣。)如果對于PLC資料需求不清晰,往往會導緻企業深陷“資料泥潭”中不能自拔。

最後,作為自動化領域的常青樹,PLC擁有一系列優勢,如能在嚴酷工業環境下長期可靠運作、易用性好、子產品化程度高、易于維護等。如何在開放自動化世界中得到繼承和發揚,是需要經曆磨練和經驗積累的,這都依賴在OT領域具有豐富實踐經驗,又能解決實際問題的IT技術人員。對于制造企業而言,跨界的人才和團隊培養永遠不會是一個過時的話題。

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小結

“日月之行,若出其中;星漢燦爛,若出其裡。”在中國廣闊的自動化市場上,PLC就像一棵參天大樹般,向陽而生不斷的走向開放,呈現出枝繁葉茂的勃勃生機。但根須則始終紮根大地之下保持初心不變,滿足工廠、工廠中的房間對于簡易、穩定、高效的基本需求。在“變”與“不變”之中,低調而又務實地持續書寫自身“常青樹”傳奇。

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