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自1969年在美國誕生以來，伴隨著用戶需求的變化，PLC技術一直在不斷演進中。經歷了50多年的持續發展之后，PLC的內涵與50多年前對比，已經發生了天翻地覆的變化，在PLC誕生的初期，它主要是用于替代傳統的繼電器硬接線邏輯電路，而隨著相關技術的發展，PLC在性能、功能、易用性和產品形態等方面已歷經幾代變革，已經發展成為具有運動控制功能、過程控制功能的通用控制器。技術演進的背后是需求的驅動，當前，智能制造浪潮正席卷全球制造業，而作為工業自動化領域主流控制核心、信息采集和控制的主要技術手段，PLC勢必將在智能制造的發展中起到關鍵作用，而即將到來的智能時代又將對PLC技術的發展帶來怎樣的影響？借此專題策劃之機，本刊記者特別采訪了從事PLC技術研究、行業應用的多位專家，傾聽他們的分析和見解。

彭瑜：PLC將走向開放式自動化

上海工業自動化儀表研究院有限公司教授級高級工程師、PLCopen中國組織名譽主席彭瑜教授

PLC之所以長盛不衰，在于這一技術門類一直能夠隨著工業市場的要求而變化，最近幾年更隨著工業數字化轉型的進程而與時俱進。這是從事PLC的硬件、軟件和系統的開發、設計、制造和應用的各類人員持續努力的結果。

當前工業制造商面對市場競爭的巨大壓力，力求降低對控制系統的投資和降低自動化資產生命周期的成本，改善其運營操作的盈利能力。許多在役的控制系統其構成的硬件和軟件由于專用、封閉，維護和升級的成本昂貴，一旦需要與一流的第三方部件集成，耗資不菲。尤其在目前IT技術快速深入地滲透和融合到企業運營管理方方面面的形勢下，這些控制系統通常不具備本征的信息安全特質，造成了巨大的風險和隱患。另外，從長遠發展來看，現有的控制器不能有效而恰當地保護設備資產和其它資本（如軟件）投資。

自1970年DCS和PLC相繼進入自動化領域，并站穩腳跟成為兩大支柱之后，處于ISA95模型L1和L2層的自動化硬件和軟件結構一直沒有變動，迄今為止自動化市場也一直圍繞著硬件和軟件捆綁的模式在演進，每一個自動化供應商都開發自己的軟件環境，并將這種軟件環境交付給最終用戶。一般來講，用戶并不能真正深入這一軟件環境，只能通過供應商提供的組態工具與控制器交互。

受限于這樣的狀態，可以毫不隱晦地說，現今DCS最大的問題在于其封閉和專用的特性，PLC也是如此。在IT技術飛躍發展的年代，這極大地阻礙了DCS/PLC的升級遷移，以及OT與IT深入高效的融合。此外，目前的DCS/PLC一般不能提供內在的保護運營、資產設備和其它投資所需要的信息安全特性。

PLC雖然問題不像DCS那么突出，這是因為PLC在大多數場景中應用于離散制造業，有相當部分是在控制獨立的小型設備。與PLC系統相比，服務于流程工業的過程控制的DCS，需要依靠聯網將分散的控制站依據工藝的要求連接成一個密切相關的整體，以尋求整體的優化和預測性維護。

鑒于上述存在的問題，美國正在推動“開放式自動化”。埃克森美孚倡導一個全新的、基于標準的過程控制架構，得到ARC咨詢集團大力支持，并由非盈利的第三方機構——美國開放集團（The Open Group）組織一個新的面向流程工業控制技術的標準化活動。在選擇現有的、卓有成效的適用工業標準的基礎上，綜合開發新的系列標準。他們聚焦于如何運用最新的分布式云計算技術和虛擬化技術，重新定義已經日趨陳舊、20多年沒有變動的架構，重新定義DCS和PLC，以及與優化運營密切相關的先進控制和MES（見圖1）。值得高興的是，循著這一方向的進展相當迅速，繼2018年完成了概念驗證的原型系統之后，在2019年2月該組織正式推出了新標準的第一版O-PAS Version1.0，給出了一個與供應商無關的參考架構；而且還計劃2020年在埃克森美孚和其它至少兩個現場進行試驗。

圖1 開放流程自動化論壇（OPAF）的范圍

此外，在美國還啟動了一個定義下一代自動化系統的項目，其名稱是《開放網絡系統上的聯合自動化邏輯控制》（Federated Automation LogicControl on Open Network Systems，FALCONS）。這一系統將實現從任意資源、任意設備和任意地點獲得任意信息（包括歷史信息），以優化情景意識和環境意識。系統的結構建立在分布式控制節點（DCN）和單通道I/O模塊的基礎上，支持實時的應用處理和與其它網絡協議的實時接口；系統由許多個有I/O的DCN和無I/O的DCN，以及一個與云端連接、執行集中應用的DCN構成，DCN的數量可達數千個。這或許就是下一代PLC的一種愿景。

這一發展進程還需時日并接受市場的檢驗，也許至少還要5年。但作為一種趨向是必然的。與此同時，傳統架構的PLC還會繼續存在，何時退出歷史舞臺現在還難以預測。

徐昌榮：與應用需求深度融合

北京藍普鋒科技有限公司總經理徐昌榮

自1969年第一臺可編程控制器PLC誕生，PLC的功能不斷完善、應用領域不斷拓寬，PLC表現出強勁的生命力和良好的發展前景。20年前，現場總線控制系統FCS概念提出后，曾有人預言，PLC會在不久的將來被FCS代替。然而時至今日，PLC不僅未被FCS代替，而且在工業、市政、交通等領域得到了越來越廣泛的應用。無論是美國的工業互聯網、德國的工業4.0，還是我國的中國制造2025，PLC在其中都扮演重要角色。在新一輪產業變革中，傳統自動化技術與新興信息技術深度融合，PLC將發揮更大作用。PLC的主要發展趨勢如下：

（1）PLC性能不斷提升，功能不斷增強。PLC的運算速度更快，I/O擴展數量更多，數據處理能力更強。在現有邏輯運算、過程調節、運動控制的基礎上，PLC將增加人工智能等先進控制技術。北京藍普鋒科技有限公司先后開發了RPC2000系列小型PLC和RPC3000系列中大型PLC。RPC2000指令處理時間僅為0.06μs，單CPU可擴展25個模塊。RPC3000配置工業級1GHz處理器，單指令處理時間僅為6ns，I/O容量可達5萬點。

（2）PLC的通信功能不斷增強，為泛在互聯提供有效支撐。藍普鋒公司開發的產品中，即使是小型PLC產品，RPC2000也具有豐富的通信功能。RPC2000不僅具有Ethernet、Profibus、RS485等有線通信功能，也具有3G/4G、Wifi、NB-IoT等無線通功能，可與各類設備互聯互通。

（3）PLC的標準開放接口更豐富，功能更強大。在構建工業互聯網的過程中，作為現場信號處理的核心單元，PLC不僅要同現場各類智能設備進行信息交互，還要與上層監控平臺進行信息交互。標準化的開放接口，可讓相關軟件、硬件的工作解耦，構成一個個相互獨立且協同工作的智慧單元。有了開放接口，智慧工廠、智慧城市、智慧交通、智慧農業等系統就能快速搭建，并高效協作。

（4）PLC的信息安全功能更加強化。在傳統工業自動化系統中，控制網絡和信息網絡是隔離的，信息安全的功能比較容易實現。在新一代控制系統中，由于通信方式的增加、通信功能的增強，PLC遭受網絡攻擊、數據竊取的風險顯著增加，因此必須增強信息安全防護。目前，藍普鋒公司正在承擔工信部工業強基工程項目：基于信息安全的PLC及硬件平臺研制，我們在PLC中深度融合了信息安全功能。

（5）PLC與行業應用深度融合。不同行業具有不同的應用特點，通過與應用需求深度融合，PLC將能更好地解決行業應用的難點和痛點，為用戶創造獨特價值。藍普鋒公司在為軌道交通客戶提供車載控制器時，就很好地解決了產品可靠性提升、知識產權保護等問題，得到了客戶高度肯定。

（6）PLC應用領域不斷拓寬。在人工成本不斷攀升和設備互聯需求不斷增加的雙重作用下，越來越多的設備開始采用性價比好的PLC產品。PLC具有穩定可靠、應用程序編制靈活等優點，隨著用戶個性化需求的不斷增加，以及對產品穩定性要求的不斷提高，PLC逐步向傳統單片機市場滲透，取代了部分單片機市場需求。

李方園：物聯PLC助力智慧城市

浙江工商職業技術學院副教授李方園

智慧城市是以互聯網、物聯網、通信網、移動網等網絡組合為基礎，以智慧技術高度集成、智慧產業高端發展、智慧服務高效便民為主要特征的城市發展新模式。智慧化是繼工業化、電氣化、信息化之后，世界科技革命又一次新的突破。在城市設施中，公用設施設備是重要組成部分，也就是說，那些城市管道、落水管、水箱、加壓水泵、電梯、天線、供電線路、照明、鍋爐、暖氣線路、煤氣線路、消防設施、綠地、道路、路燈、溝渠、池、井、非經營性車庫、公益性文體設施和公用設施設備使用的房屋等都將接入到整個城市的“智慧”中來。

眾所周知，涉及到電機及電氣控制的產品基本都會采用PLC作為控制器，那么這些公用設施要接入到智慧城市的網絡中來，也就是要這些PLC接入到網絡中來。雖然，傳統的PLC都支持RS485、以太網等常規的通訊，但基本都是基于有線的方式進行，在城市聯網中如果采用有線聯網，過于復雜，且成本高昂。因此，采用具有統一協議標準的物聯PLC已提到議事日程。“物理分散、邏輯集中”是目前城市公共數據庫的主流方式，公用設備控制作為下端物理分散的一部分，通過Zigbee、Lora、WiFi等無線方式快速接入到城市物聯網中，傳送和接收城市公共數據庫的基本數據量。在智慧城市中，有了物聯PLC之后，可以對大部分涉及到的市政設施、環衛、綠化景觀、房地物業、水、電、暖、燃氣、環保、防汛、氣象等公共設備的運行進行全數字化監控，并最終可以自動編制情況日報，最后按照標準、預警、應急等分級通報，確保城市整體運行有序。

在這個不斷增長的物理設備網絡中，萬物物聯變得更加真實，設備智能化允許更少的人力輸入和更多的機器輸出。因此，對于公用設備的底層PLC來說，它已經不僅僅是接收一些邏輯信號或輸出一些邏輯信號，而是需要對物聯信息進行數據分析，并在終端做到智能化，這就需要PLC在接口數據分析上全面支持C語言或Python語言接口。對于邏輯控制，PLC用梯形圖是強大的，但是對于物聯通道，PLC該用什么樣的編程語言呢？這就首先需要了解：物聯信息是如何工作的？涉及什么樣的編碼？C語言雖然復雜，但由于它的底層性，幾乎無所不能，所以C語言已被用于物聯網編程，如Arduino。那么對于PLC來說，已經有主流PLC開始提供C語言功能塊來進行數據分析運算。對于Python來說，它已成為在IoT企業中被使用的最簡單的編程語言。如今，MicroPython已經在微控制器中得到了快速普及，作為Python3語言的精簡實現，經過優化可在微控制器和受限環境中運行。

孫志鵬：食品飲料行業對PLC技術及產品應用的現狀及需求

內蒙古伊利實業集團股份有限公司工程管理部自控工程師孫志鵬

乳制品行業屬于輕工行業，從工藝上講，既包含了流程工藝，也包含了離散工藝；從廠房布局上講，既有潔凈區，也有準潔凈區和非潔凈區，當然也有傳統的公用工程和物流等；從工廠規劃上講，需要考慮人流、物流、各功能間、參觀等因素。基于以上特點，乳制品工廠的自動化在規劃設計時就需要考慮自動化系統在滿足生產設備控制精度的前提下，還需要考慮控制柜的布局對應設備的布局、滿足潔凈等級和布線簡潔等要求。因此目前在乳制品行業大多選擇PLC作為核心控制系統，通過遠程I/O的方式，連接現場各類傳感器、閥島、調節閥。這樣的配置方案延用至今已有幾十年的歷史了。發展到今天，乳制品行業的自動化程度已經非常高，各類先進的自動化技術都在各個工廠內得到了廣泛的應用，如各類現場總線、運動控制器、機械手、AGV、自動化立體庫等等。

在各國經濟發展的驅動下，近些年工業4.0、工業互聯網、大數據、云計算等技術出現，我國也提出了“中國制造2025”的目標。這一切將自動化與信息化的融合提到了一個新的高度，MES、WMS、LIMS、ERP、EMS等信息化系統幾乎成為智能制造的代名詞，只要談到智能制造，必然會談到這些技術。而這些技術更多的是解決生產管理、設備管理、能源管理等管理流程類問題，用于優化排產、提高效率等。那么是否說PLC等傳統控制系統成為輔助，被定義為邊緣控制了呢？其實不然，作為核心控制單元，PLC依然無法取代，但是隨著生產管理的需求提高，信息化系統的不斷上線，對PLC有了新的要求。我們在選用PLC時，首先考慮到PLC的掃描周期、接入I/O、內存容量、通訊處理能力，能否滿足至少20000點的需求，另外對PLC可接入的總線類型是否滿足現場儀表、閥島的通訊要求，例如目前我們采用AS-I總線的閥島、I/O Link總線的儀表，使用相應的網關控制器接入到PLC的CPU，傳統I/O則使用Profinet總線或EthernetIP接入到CPU，工廠單元間的能源計量儀表則使用Modbus TCP協議接入到工廠的設備專網后，將數據通訊給PLC，變頻器則采用Profinet協議接入PLC，全部實現工業以太網的通訊。

為了滿足與信息化系統間數據的讀寫要求，我們必須考慮PLC的CPU在高負荷運算情況下，正常處理對外數據的通訊，專門設置兩臺可自動均衡負荷的冗余I/O服務器，并配置獨立的Historian服務器，使用OPC的通訊方式結合SQL數據庫查詢及Webservice的方式與第三方信息化系統進行數據交互。其實從專業角度來講，我們更希望各單元的PLC專注于底層的設備控制，擁有更高的掃描周期，支持更多的通訊協議。因此我們嘗試通過在儀表端將數據一分為二，即儀表的過程數據在總線上分別通過兩個接口傳輸，一路傳送到PLC，完成過程控制，一路傳送至信息化系統進行數據的采集和分析。隨著PLC的技術發展，軟硬件的性能在不斷提高，相信未來能夠滿足乳制品行業控制要求的產品會更加豐富，更多的工業以太網通訊協議、接口會直接集成在PLC的通訊模塊或CPU中。

摘自《自動化博覽》2019年6月刊