可編程邏輯控制器（PLC）是一種面向工業(yè)控制的實(shí)時(shí)嵌入式計(jì)算機(jī)，通過專用的控制語言可以實(shí)現(xiàn)各類邏輯控制及流程控制。以PLC為中心，可以構(gòu)建面向國防軍工、制造、軌道交通、電力、水利、市政等領(lǐng)域的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)字工業(yè)體系的“大腦”，可全面掌握各類核心工藝數(shù)據(jù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)，直接決定和保障國家工業(yè)體系、國防裝備體系安全健康運(yùn)行。

1 國內(nèi)PLC發(fā)展現(xiàn)狀

PLC問世近60年來，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域繼電器接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制、過程控制以及集散控制等各種任務(wù)的跨越。

1.1 國產(chǎn)PLC發(fā)展歷史

我國PLC的研發(fā)應(yīng)用從20世紀(jì)70年代開始，按照發(fā)展特點(diǎn)，可分為四個(gè)時(shí)期，分別為初始發(fā)展期、引進(jìn)應(yīng)用期、國產(chǎn)化發(fā)展期和深度自主化期，如圖1所示。初始發(fā)展期。我國從20世紀(jì)70年代中期，研制了第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的國產(chǎn)PLC，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)控制。該時(shí)期主要以引進(jìn)消化和二次開發(fā)國外產(chǎn)品為主，在引進(jìn)生產(chǎn)線方面，建立合資企業(yè)引進(jìn)國外PLC生產(chǎn)線，如1986年引進(jìn)的西門子S5系列PLC生產(chǎn)線，1988年建立的AB公司PLC生產(chǎn)線等；在引進(jìn)成套設(shè)備方面，在鋼鐵、水利等領(lǐng)域引進(jìn)集成進(jìn)口PLC的成套設(shè)備，取代了傳統(tǒng)繼電器實(shí)現(xiàn)工藝過程的邏輯控制，如上海寶鋼一期工程中引進(jìn)的200余臺(tái)PLC實(shí)現(xiàn)傳輸帶控制，首鋼4號(hào)高爐引進(jìn)進(jìn)口PLC實(shí)現(xiàn)上料、加料和配料控制。同時(shí)，在80年代機(jī)械工業(yè)部組織下，以北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所為代表的科研院所開始研制第一代國產(chǎn)PLC，先后形成了MPC-20、MPC-85、DJK-S-480等系列產(chǎn)品。

圖 1?國產(chǎn) PLC 發(fā)展的四個(gè)階段 引進(jìn)應(yīng)用期。20世紀(jì)90年代初期，國內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化程度相對(duì)偏低，PLC市場容量較小，而PLC研發(fā)需投入較多的資金和人力，短期內(nèi)得不到回報(bào)，部分科研院所轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成，采用進(jìn)口PLC產(chǎn)品開展控制系統(tǒng)工程應(yīng)用，進(jìn)口PLC產(chǎn)品逐漸占領(lǐng)國內(nèi)市場，德國西門子、美國AB以及其他知名品牌的PLC開始大舉進(jìn)入中國市場，進(jìn)口PLC市場占比高達(dá)99%。 1995年后，我國的PLC市場形成了大型PLC以歐美為主、小型PLC以日本為主，中型PLC歐日平分秋色的格局。國產(chǎn)PLC的技術(shù)發(fā)展與推廣應(yīng)用較為緩慢，但是PLC在國內(nèi)的體系化發(fā)展逐漸得到重視，1991年成立了中國機(jī)電一體化應(yīng)用協(xié)會(huì)PLC應(yīng)用分會(huì)，推進(jìn)PLC技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用等工作；1993年成立了全國工業(yè)過程測量和控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)可編程序控制器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)SAC/TC124/SC5，建立我國可編程序控制器及系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系，為我國PLC技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。國產(chǎn)化發(fā)展期。

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著國內(nèi)制造業(yè)的快速發(fā)展，PLC需求量猛增，部分企業(yè)看到市場機(jī)遇后開始進(jìn)入該領(lǐng)域，研制生產(chǎn)國產(chǎn)PLC產(chǎn)品，在制造、非標(biāo)機(jī)械、動(dòng)力設(shè)備等領(lǐng)域取得了規(guī)模應(yīng)用。但是，該時(shí)期的國產(chǎn)PLC以小型PLC產(chǎn)品為主，缺乏核心技術(shù)，基礎(chǔ)零部件均采用進(jìn)口產(chǎn)品，與國外廠商相比，產(chǎn)業(yè)規(guī)模都比較小。如2013年國內(nèi)PLC市場規(guī)模78億元，境內(nèi)企業(yè)無錫信捷憑借高性價(jià)比小型PLC以1.6%的市場份額進(jìn)入市場排名前十。 深度自主化期。受伊朗“震網(wǎng)病毒”、“棱鏡門事件”、烏克蘭電網(wǎng)斷電事件、美國實(shí)體清單以及國際局勢變化等因素影響，十三五期間，國家將關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施作為網(wǎng)絡(luò)安全的重中之重，其控制系統(tǒng)PLC被納入網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行管理，開啟了關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施控制系統(tǒng)深度國產(chǎn)化的征程。國內(nèi)企業(yè)攻克PLC關(guān)鍵核心技術(shù)，基于國產(chǎn)軟硬件平臺(tái)研制了自主安全PLC產(chǎn)品，在電力發(fā)電、軌道交通、石油石化等能源領(lǐng)域開展推廣應(yīng)用，如2020年電子六所研制的IM30系列PLC在火電、風(fēng)電、市政天然氣等領(lǐng)域應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的深度國產(chǎn)化。

1.2 國內(nèi)PLC市場現(xiàn)狀

隨著中國制造2025的穩(wěn)步推進(jìn)，自動(dòng)化系統(tǒng)需求不斷增長，作為離散控制的核心設(shè)備，國內(nèi)PLC市場規(guī)模逐年遞增，如圖2所示，從2010年60.24億元到2020年124.30億元（不含分布式IO產(chǎn)品的PLC市場規(guī)模為108.50億元），10年間的年平均增長率為7.51%。

圖 2 2010~2020 年國內(nèi)

PLC 市場規(guī)模變化趨勢圖 按照PLC型號(hào)分析，大型PLC在10年間的市場變化不大，在11億元/年的規(guī)模上下波動(dòng)，但隨著泛中型化趨勢的發(fā)展，中型PLC性能不斷增強(qiáng)，大型PLC的部分應(yīng)用場景被中型PLC取代，導(dǎo)致大型PLC市場呈現(xiàn)出穩(wěn)中有略降的趨勢。中型PLC市場穩(wěn)定增長，市場規(guī)模從2010年18.89億元增加到2020年36.60億元，年平均增長率6.84%。由于電子制造設(shè)備、鋰電裝備、光伏裝備、半導(dǎo)體裝備、包裝機(jī)械等OEM行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域需求增長快速，小型PLC市場規(guī)模在近些年大幅增加，從2010年27.33億元增長到2020年60.70億元，年平均增長率達(dá)到8.31%。 隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合，PLC在汽車制造、電氣和電子等行業(yè)廣泛應(yīng)用，國內(nèi)PLC市場隨著智能制造的不斷推進(jìn)，未來幾年P(guān)LC市場將會(huì)保持穩(wěn)定增長，預(yù)計(jì)2022年P(guān)LC市場規(guī)模將達(dá)到144.60億元。按照品牌對(duì)PLC市場規(guī)模進(jìn)行分析，如圖3所示。

圖 3 2016~2020 年 PLC 廠商市場規(guī)模變化趨勢圖 西門子市場規(guī)模和增長率均遠(yuǎn)超其他品牌，長期保持排名第一，日系的歐姆龍、三菱和美系羅克韋爾長期保持排名2~4位，前四位的排名相對(duì)穩(wěn)定。隨著小型PLC市場規(guī)模增加，臺(tái)達(dá)和信捷的市場排名呈現(xiàn)上升趨勢，臺(tái)達(dá)在2020年的市場排名已經(jīng)進(jìn)入前五。

圖 4 2020 年國內(nèi) PLC 市場份額占比圖 2020年我國PLC市場規(guī)模為124.3億元，各品牌PLC市場份額結(jié)構(gòu)如圖4（a）所示，西門子以53.1億元市場規(guī)模和43%的市場份額居首位，其他廠家依次為歐姆龍、三菱、羅克韋爾、臺(tái)達(dá)、施耐德電氣等企業(yè)，以上廠商占有90%左右的市場份額。境內(nèi)企業(yè)僅信捷、匯川和和利時(shí)進(jìn)入排名前十。 2020年大型PLC市場規(guī)模11.20億元，占比10%；中PLC市場規(guī)模36.60億元，占比34%，小型PLC市場規(guī)模60.70億元，占比56%，如圖4（b）所示。其中大型PLC以歐美廠商為主，羅克韋爾、西門子和施耐德排名大型PLC市場前三，占據(jù)大型PLC市場76.8%的市場份額，如表1所示。 表 1 2020 年各品牌 PLC 市場規(guī)模情況 (億元)

中型PLC市場格局中，西門子以49.2%的市場占有率遙遙領(lǐng)先。歐姆龍和三菱市場規(guī)模在2.0億元以上，形成第二梯隊(duì)，共占29.2%市場份額。羅克韋爾和施耐德構(gòu)成第三梯隊(duì)，占10%市場份額。小型PLC技術(shù)壁壘較低，供應(yīng)商數(shù)量眾多，但前五名廠商仍然占據(jù)了74.3%的市場份額，呈現(xiàn)一大（西門子）四小（歐姆龍、三菱、臺(tái)達(dá)、無錫信捷）的競爭格局。總體上，國內(nèi)PLC廠商在小型PLC領(lǐng)域具有了一定競爭力，并進(jìn)入了中大型PLC市場。

1.3 國產(chǎn)PLC產(chǎn)品現(xiàn)狀

國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠商已超過了40家，主要頭部企業(yè)包括信捷、匯川、和利時(shí)等，經(jīng)過近些年不斷努力，國產(chǎn)PLC在技術(shù)、產(chǎn)品和市場等層面均取得了顯著成果。信捷研制的PLC包括XD/XC小型PLC、XL薄型卡片式等系列PLC，主要應(yīng)用于太陽能、隧道工程、紡織機(jī)械、動(dòng)力設(shè)備、煤礦設(shè)備、中央空調(diào)等領(lǐng)域的中小型控制場景。匯川研制了高性能型H3U、通用型H2U-XP、經(jīng)濟(jì)型H1U-XP等系列PLC產(chǎn)品，配套驅(qū)動(dòng)執(zhí)行類產(chǎn)品主要應(yīng)用于電梯、空壓機(jī)、機(jī)械手、3C制造等領(lǐng)域。和利時(shí)研制了LE小型PLC、LK中大型PLC產(chǎn)品以及LKS安全性PLC產(chǎn)品，主要應(yīng)用于包裝機(jī)械、機(jī)床等OEM設(shè)備以及市政、隧道、軌道交通等項(xiàng)目型行業(yè)。除上述企業(yè)外，國內(nèi)企業(yè)還研制生產(chǎn)了各具特色的PLC產(chǎn)品，如中控技術(shù)、合信、億維等。但上述企業(yè)多基于進(jìn)口軟硬件研制PLC產(chǎn)品，在特殊時(shí)期會(huì)面臨自主保障問題，針對(duì)此問題，以電子六所為代表的企業(yè)，基于國產(chǎn)軟硬件平臺(tái)研制了自主化PLC產(chǎn)品，如電子六所采用飛騰CPU處理器研制了IL40、IM30以及IS20系列自主安全PLC產(chǎn)品，已在國防軍工以及能源、市政等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域取得批量應(yīng)用。 雖然國產(chǎn)PLC取得了一定成就，但總體上呈現(xiàn)“小弱散”狀態(tài)。各廠商的市場規(guī)模較小，市場占有率低；產(chǎn)品以小型PLC為主，缺乏完整產(chǎn)品譜系；基于進(jìn)口軟硬件產(chǎn)品或購買國外控制軟件研制產(chǎn)品，缺乏核心技術(shù)和先進(jìn)控制軟件；面向行業(yè)的整體解決方案能力較弱；未形成國產(chǎn)PLC的技術(shù)和市場合力，與國外PLC廠商的競爭力較弱。

1.4 國內(nèi)PLC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)PLC及系統(tǒng)等專業(yè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作由全國工業(yè)過程測量控制和自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)可編程序控制器及系統(tǒng)分技術(shù)委員會(huì)（TC124/SC5）負(fù)責(zé)，中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)進(jìn)行業(yè)務(wù)指導(dǎo)。 國內(nèi)的PLC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要為GB/T15969系列標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是在中國機(jī)械工業(yè)部指導(dǎo)下，由TC124/SC5歸口，等同采用國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131，于1995年首次發(fā)布。截止到2022年，正式發(fā)布的GB/T15969包括9部分。其中第1部分為通用信息，定義PLC系統(tǒng)的主要功能特性。

第2部分為設(shè)備要求和測試，規(guī)定PLC的要求和相關(guān)試驗(yàn)。第3部分為編程語言，規(guī)定了PLC編程語言的語法和語義。第4部分為用戶導(dǎo)則，為PLC用戶與PLC供應(yīng)商之間信息交互提供了一些基礎(chǔ)規(guī)范規(guī)則。第5部分為通信，定義了PLC與其它電子系統(tǒng)間的通信。第6部分為功能安全，包括功能安全PLC安全生命周期管理、功能安全要求分配和開發(fā)規(guī)劃等。第7部分為模糊控制編程，定義了用于模糊控制的編程語言。第8部分為編程語言的應(yīng)用，提供了在第3部分中所定義的編程語言的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)則。第9部分規(guī)定了小型傳感器和執(zhí)行器的單點(diǎn)數(shù)字通信接口。

第10部分是PLC開放的XML交換格式，為GB/T15969.3項(xiàng)目的導(dǎo)出和導(dǎo)入指定了一種基于XML的交換格式，該標(biāo)準(zhǔn)已完成意見征求正在審查過程中。 除了GB/T15969系列標(biāo)準(zhǔn)外，在PLC功能評(píng)定、信息安全以及工程集成等方面還制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。GB/T36009規(guī)定了PLC的性能指標(biāo)、測試和評(píng)定方法，為PLC的性能評(píng)定提供了依據(jù)。GB/T36011規(guī)定了PLC出廠前的環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)試驗(yàn)的抽樣檢查方法以及外觀、IO功能、通信等例行試驗(yàn)方法。GB/T37391規(guī)定了PLC成套控制設(shè)備的使用條件、功能要求等相關(guān)規(guī)范。針對(duì)PLC的信息安全防護(hù)能力，GB/T33008.1與正在報(bào)批的《信息安全技術(shù)可編程邏輯控制器（PLC）安全技術(shù)要求和測試評(píng)價(jià)方法》規(guī)定了PLC網(wǎng)絡(luò)安全要求與測試方法，其中GB/T33008與GB/T33009等標(biāo)準(zhǔn)共同構(gòu)成了工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全的系列標(biāo)準(zhǔn)；GB/T41274從內(nèi)生安全的要求方面描述了PLC系統(tǒng)內(nèi)生安全的目標(biāo)和各單元模塊的相關(guān)安全需求。 在PLC的行業(yè)應(yīng)用方面，GB/T40329規(guī)定了工業(yè)機(jī)械電氣設(shè)備及系統(tǒng)中數(shù)控設(shè)備PLC的編程語言專用模塊編程的語法和語義；GB/T37761規(guī)定了電力變壓器冷卻系統(tǒng)PLC控制裝置的相關(guān)要求。在國軍標(biāo)方面，首個(gè)PLC國軍標(biāo)《軍用可編程控制系統(tǒng)通用規(guī)范》于2020年開始擬制，目前已完成編制，處于報(bào)批階段。

1.5 國內(nèi)PLC相關(guān)政策

近年來，隨著歐美實(shí)體清單逐漸擴(kuò)大范圍以及工業(yè)安全事件頻發(fā)，國家對(duì)工控領(lǐng)域的信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)高度重視，相繼出臺(tái)一系列支持政策與計(jì)劃項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主化。國家對(duì)PLC的安全可控問題也極為關(guān)注，自主化、網(wǎng)絡(luò)安全等成為“關(guān)鍵詞”，相應(yīng)政策的發(fā)布促進(jìn)了國產(chǎn)PLC行業(yè)的健康有序發(fā)展，部分政策見表2。 表 2 PLC 相關(guān)政策

與政策配套，國家高度重視對(duì)工控系統(tǒng)的科研投入，陸續(xù)在國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）、國家科技重大專項(xiàng)（核高基）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（網(wǎng)絡(luò)安全專項(xiàng)、制造技術(shù)與關(guān)鍵部件專項(xiàng)等）等重大項(xiàng)目中設(shè)立PLC項(xiàng)目，從PLC大規(guī)模系統(tǒng)、安全防護(hù)、安全可控等多個(gè)方向進(jìn)行能力提升，推動(dòng)PLC關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與推廣應(yīng)用，加快實(shí)現(xiàn)PLC產(chǎn)業(yè)的自立自強(qiáng)，部分PLC相關(guān)科技項(xiàng)目見表3。 表 3 PLC 相關(guān)科技計(jì)劃和重大專項(xiàng)

2 國內(nèi)外PLC差距分析

隨著國產(chǎn)PLC在不同領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，國產(chǎn)PLC在應(yīng)用技術(shù)層面取得了一定突破，但短板環(huán)節(jié)仍然存在，與國外PLC相比，在功能性能、易用性、可靠性等方面仍存在較大差距。 在功能性能方面，國外PLC主流廠商的高性能PLC產(chǎn)品通常采用定制的專用SoC和實(shí)時(shí)運(yùn)行軟件，從底層平臺(tái)提升指令處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)交換以及控制輸出的性能。而國產(chǎn)PLC產(chǎn)品通常借用通用信息系統(tǒng)處理器和通用嵌入式系統(tǒng)，大多采用“通用CPU+軟件”的低性能低成本設(shè)計(jì)方案。由于通用處理器通常面向信息化計(jì)算機(jī)和常規(guī)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)繁冗，基礎(chǔ)軟硬件的無用功能較多，且在實(shí)時(shí)性、先進(jìn)控制算法等功能方面缺乏芯片與軟件的底層支持，導(dǎo)致PLC專用功能研制與升級(jí)難度大，優(yōu)化提升空間較小，控制效率低，性能整體偏弱。 在邏輯編程軟件方面，國外PLC邏輯編程軟件通常集成監(jiān)控、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行等功能，實(shí)現(xiàn)了工程一體化設(shè)計(jì)能力，易用性強(qiáng)，工程開發(fā)效率高。

國產(chǎn)PLC邏輯編程軟件大多采用國外通用產(chǎn)品CoDeSys、KW-Software或者OpenPCS等產(chǎn)品的內(nèi)核，只考慮PLC自身的編程與開發(fā)要求，無法與其他控制系統(tǒng)的集成實(shí)現(xiàn)一體化開發(fā)，與第三方系統(tǒng)集成工作量大，操作復(fù)雜，易用性差，工程開發(fā)效率低。如西門子邏輯編程軟件博途TIAPortal集成了PLC編程軟件Step7、PLC仿真軟件PLCSIM以及監(jiān)控軟件WinCC等，可高效配置控制點(diǎn)和監(jiān)控點(diǎn)，控制變量在工程全局可用，而國產(chǎn)PLC與其他系統(tǒng)聯(lián)調(diào)則需邏輯編程軟件的控制變量點(diǎn)與監(jiān)控變量點(diǎn)頻繁導(dǎo)入導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的交互和通信，工程效率較低。 在通信協(xié)議方面，國外主流廠商的PLC產(chǎn)品大多采用自主研發(fā)的通信協(xié)議，在完善的自主生態(tài)背景下，通過一網(wǎng)到底實(shí)現(xiàn)上層監(jiān)控層與現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的兼容互聯(lián)。國外廠家僅將常規(guī)協(xié)議部分形成IEC國際標(biāo)準(zhǔn)或開源代碼，而不公開面向復(fù)雜應(yīng)用的協(xié)議和代碼。國內(nèi)PLC廠家在自主通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研發(fā)方面能力不足，大多直接使用IEC標(biāo)準(zhǔn)或基于開源代碼的工業(yè)現(xiàn)場總線。

國產(chǎn)PLC受制于既定標(biāo)準(zhǔn)，難以修改優(yōu)化協(xié)議指標(biāo)，定制化開發(fā)難度大，接入執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要增加轉(zhuǎn)換接口，降低了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，經(jīng)常在復(fù)雜控制應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)功能不足或性能不夠，導(dǎo)致產(chǎn)品拓展性和適配性受到很大的限制。 在產(chǎn)品型譜方面，國外主流廠商除PLC產(chǎn)品外，還提供譜系完善的上下游軟硬件自動(dòng)化產(chǎn)品，可快速形成覆蓋感知、執(zhí)行、控制、監(jiān)控等核心產(chǎn)品的一體化解決方案。國內(nèi)PLC廠商通常僅提供PLC產(chǎn)品，產(chǎn)品線單一，缺少配套的上下游自動(dòng)化產(chǎn)品，型譜不完善，難以提供系統(tǒng)級(jí)整體解決方案，在產(chǎn)品技術(shù)和市場競爭層面均無法形成產(chǎn)品體系合力。國內(nèi)的整體解決方案一般選用不同廠商的產(chǎn)品構(gòu)建，產(chǎn)品接口與功能定義、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等存在差異，產(chǎn)品間匹配性不如國外同一廠商產(chǎn)品，無法從系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化整體性能、控制效率和可靠性，同時(shí)增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度和調(diào)試難度。同時(shí)，控制系統(tǒng)工程師對(duì)國產(chǎn)產(chǎn)品選型時(shí)，也難以實(shí)現(xiàn)一站式采購。 在標(biāo)準(zhǔn)化方面，國外PLC廠商經(jīng)過幾十年積累和發(fā)展，形成了較大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，在占據(jù)市場優(yōu)勢情況下，主導(dǎo)制定了覆蓋自動(dòng)化系統(tǒng)的完善標(biāo)準(zhǔn)體系，包括控制技術(shù)、信息安全、功能安全等國際標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，掌握了行業(yè)話語權(quán)。目前國內(nèi)雖已制定了部分PLC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)基本等效采用國外標(biāo)準(zhǔn)，缺少頂層規(guī)劃，尚未形成標(biāo)準(zhǔn)體系，且受制于國外既定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致國產(chǎn)PLC自主創(chuàng)新較少，無法通過標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展，在市場競爭中缺乏競爭力，行業(yè)話語權(quán)弱。

3 “中國系”PLC發(fā)展思路

目前，PLC按地域可分成歐系、美系以及日系三大流派，分別在產(chǎn)品定位、功能性能、邏輯編程以及市場布局等方面具有不同特點(diǎn)。歐系PLC以西門子、施耐德為代表，美系PLC以羅克韋爾、通用電氣為代表，日系PLC以三菱、歐姆龍為代表。 針對(duì)國內(nèi)外PLC發(fā)展存在的差距，結(jié)合國產(chǎn)PLC的發(fā)展現(xiàn)狀，本文提出“中國系”PLC發(fā)展思路。與PLC三大流派對(duì)應(yīng)，“中國系”PLC是立足于國內(nèi)市場和應(yīng)用場景特點(diǎn)，基于國產(chǎn)自主軟硬件研制、具備原生安全能力、符合國內(nèi)工程師使用習(xí)慣、滿足國內(nèi)多樣化工控應(yīng)用需求的國產(chǎn)PLC產(chǎn)品。

3.1 總體情況

歐系、美系和日系PLC產(chǎn)品的研發(fā)背景、應(yīng)用需求和市場定位等具有明顯區(qū)別，導(dǎo)致三系PLC具有不同的產(chǎn)品特點(diǎn)和市場分布。歐系和美系PLC以創(chuàng)新為主導(dǎo)，功能強(qiáng)大，以中大型PLC而聞名，產(chǎn)品譜系完善。歐系PLC的功能較強(qiáng)，編程方式嚴(yán)謹(jǐn)，易用性稍弱。美系PLC注重功能實(shí)用性，功能塊多，編程方式相對(duì)不復(fù)雜。 歐系和美系PLC主要應(yīng)用于重大裝備和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，項(xiàng)目型市場占有率較高。日系PLC以市場為主導(dǎo)，以小型PLC著稱，產(chǎn)品集成度高，編程方式接近傳統(tǒng)電氣控制，功能一般。日系PLC主要應(yīng)用于中小型機(jī)電自動(dòng)化設(shè)備，OEM市場占有率較高。“中國系”PLC則應(yīng)重點(diǎn)面向國防軍工、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域應(yīng)用，對(duì)標(biāo)歐系PLC，兼顧日系PLC經(jīng)濟(jì)型強(qiáng)、集成度高的特點(diǎn)，通過重大裝備和重點(diǎn)領(lǐng)域的帶動(dòng)作用，建立國產(chǎn)PLC生態(tài)，然后逐漸向其他領(lǐng)域推廣。

3.2 市場情況

在市場分布角度，對(duì)于整體市場規(guī)模，2020年歐系PLC占比約47.4%，市場規(guī)模最大，美系PLC占比約7%，日系PLC占比約21.6%。其中，歐系和美系PLC占有中大型PLC的絕大部分市場份額，日系PLC在小型PLC市場保持較高的占有率。美系羅克韋爾、歐系西門子和施耐德占據(jù)大型PLC市場份額的76.8%。歐系西門子在中型PLC市場一支獨(dú)秀，且市場格局長期比較穩(wěn)定，市場占比超過50%。日系歐姆龍、三菱和德國西門子占領(lǐng)了小型PLC市場份額的56%。從實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施深度國產(chǎn)化角度考慮，“中國系”PLC應(yīng)先瞄準(zhǔn)中大型PLC產(chǎn)品市場。 在產(chǎn)品價(jià)格角度，歐系和美系PLC以中大型PLC為主，功能更強(qiáng)大，產(chǎn)品附加值更高，因此價(jià)格較高。

特別是美系A(chǔ)B品牌的PLC，日系PLC以小型PLC為主，定位于經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品，性價(jià)比高，價(jià)格相對(duì)略低。考慮目前國內(nèi)基礎(chǔ)軟硬件的生態(tài)特點(diǎn)、產(chǎn)品指標(biāo)能力以及應(yīng)用場景特點(diǎn)，“中國系”PLC價(jià)格定位于中等，低于歐美系，略高于日系PLC產(chǎn)品。 在行業(yè)分布角度，歐系和美系PLC以項(xiàng)目型市場為主，PLC產(chǎn)品在控制系統(tǒng)的集成項(xiàng)目中應(yīng)用，隨工程整體自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施。日系PLC以O(shè)EM市場為主，將PLC組裝到設(shè)備中，隨設(shè)備一起批量化銷售。歐系PLC具有完善的產(chǎn)品線、可靠的質(zhì)量、成熟的渠道網(wǎng)絡(luò)以及優(yōu)秀的解決方案能力，幾乎在所有用戶行業(yè)中都有應(yīng)用，并在電力、冶金、軌道交通、汽車制造等主要領(lǐng)域具有強(qiáng)勁的競爭力和很高的市場份額，如在水電領(lǐng)域，幾乎被法國施耐德PLC壟斷。

美系PLC憑借其強(qiáng)大的功能性能以及各行業(yè)最領(lǐng)先的系統(tǒng)集成商支持，在市政、油氣、冶金、電力、制藥和食品等等市場的具有較高的市場占有率。日系PLC憑借其突出的性價(jià)比、不斷推陳出新的產(chǎn)品系列、較高的功能集成度，廣泛應(yīng)用于幾乎所有用到小型PLC產(chǎn)品的OEM行業(yè)，包括食品機(jī)械、包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、機(jī)床工具、電子制造設(shè)備、暖通空調(diào)等。“中國系”PLC重點(diǎn)面向涉及國計(jì)民生的領(lǐng)域應(yīng)用，包括軍用裝備、軍工制造等國防軍工領(lǐng)域以及電力、水利、石油石化、冶金、市政等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。

3.3 產(chǎn)品特性

歐系和美系PLC產(chǎn)品注重過程控制與通信控制，而日系PLC更為關(guān)注離散控制和運(yùn)動(dòng)控制。“中國系”PLC的中大型PLC產(chǎn)品偏重于過程和離散控制，小型PLC側(cè)重于運(yùn)動(dòng)控制。 從過程控制角度，歐系PLC支持復(fù)雜的浮點(diǎn)運(yùn)算，模擬量精度具有優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)控制邏輯程序簡單，可快速、簡便地實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制PID等算法，在過程控制領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。日系PLC多以整型計(jì)算為主，模擬量程序編制復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制需添加專用控制模塊，成本較高。 從運(yùn)動(dòng)控制角度，日系PLC通常具有專用的定位指令實(shí)現(xiàn)伺服控制和步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，更容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作控制，如機(jī)械臂控制。而歐系和美系PLC缺少專用的運(yùn)動(dòng)控制指令，需編寫復(fù)雜的程序，且控制精度不高。 從通信能力角度，歐系和美系PLC多采用開放的工業(yè)通信協(xié)議，或提供通信協(xié)議芯片，易于接入第三方設(shè)備。日系PLC的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常較為封閉，僅支持本企業(yè)產(chǎn)品，難以接入第三方設(shè)備。

3.4 控制邏輯編程

歐系和美系PLC的編程更接近于計(jì)算機(jī)編程的思維。把PLC作為一種工業(yè)化的特種計(jì)算機(jī)，PLC編程借鑒了計(jì)算機(jī)編程的通用簡易手段以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)算的簡單方式，編程更為簡潔明快。歐系和美系PLC以結(jié)構(gòu)化編程為主，層次性和結(jié)構(gòu)化更為完善，具有豐富的函數(shù)塊、程序塊、組織塊，方便調(diào)用和復(fù)用，可讀性較高，易于定位故障和調(diào)試。部分歐美系PLC還支持高級(jí)語言編程，如C語言等，在編寫大規(guī)模控制程序時(shí)優(yōu)勢明顯。但PLC的指令較為抽象，編程上手有一定門檻，工程師需一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)。 日系PLC具有更多的圖形化編程理念，數(shù)據(jù)處理上大多脫離了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理的基本存儲(chǔ)區(qū)概念和格式，編程直觀，易于上手。

日系PLC通常采用自上而下的單一縱向結(jié)構(gòu)，包括主程序和子程序，層次型和結(jié)構(gòu)化不強(qiáng)，很多程序需放在一起。PLC編程效率較低，結(jié)果解釋繁瑣。因此日系PLC可勝任中小型控制系統(tǒng)，在大型系統(tǒng)中編程調(diào)試繁瑣復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)高效快速的編程和制造。“中國系”PLC則應(yīng)主要參考?xì)W美系PLC編程軟件的特點(diǎn)，并借鑒日系PLC圖形化編程理念，實(shí)現(xiàn)既能滿足復(fù)雜控制場景要求，又可以直觀編程和組態(tài)。 考慮國內(nèi)PLC市場特點(diǎn)和用戶使用習(xí)慣，在產(chǎn)品譜系、產(chǎn)品特性以及產(chǎn)品應(yīng)用等方面，“中國系”PLC基于國產(chǎn)軟硬件研制，對(duì)標(biāo)歐系PLC產(chǎn)品，一是在產(chǎn)品譜系上，具有完善的大、中、小型PLC產(chǎn)品型譜，并以中大型高端PLC為主；二是在產(chǎn)品特性上，具有熱備冗余、先進(jìn)控制算法等高端功能，納秒級(jí)指令處理速度、微秒級(jí)同步精度等先進(jìn)性能，滿足復(fù)雜場景應(yīng)用需求；三是在產(chǎn)品應(yīng)用上，先期發(fā)揮國防軍工、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施等涉及國計(jì)民生的重點(diǎn)領(lǐng)域的帶動(dòng)作用，形成一定生態(tài)后逐漸向其他領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

本文綜述了國內(nèi)PLC發(fā)展的四個(gè)階段，分別從市場現(xiàn)狀、產(chǎn)品現(xiàn)狀、標(biāo)準(zhǔn)以及國家頒布的相關(guān)政策和計(jì)劃等方面介紹了國內(nèi)PLC發(fā)展現(xiàn)狀。然后，本文分析了國產(chǎn)PLC與進(jìn)口PLC產(chǎn)品的差距，并結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)狀，提出了與歐系、美系、日系PLC對(duì)標(biāo)的“中國系”PLC發(fā)展思路。 作者：林浩 ?楊政厚 霍玉鮮 ?

審核編輯：黃飛

?