隨著工業(yè)智能制造，工業(yè)4.0等概念的不斷推進(jìn)，PLC也得到更加廣泛的應(yīng)用，近年來PLC的市場(chǎng)發(fā)展概況，根據(jù)Frorst & Sullivan發(fā)布的PLC市場(chǎng)報(bào)告，有足夠的證據(jù)證明，PLC市場(chǎng)在所有范圍內(nèi)都呈正增長(zhǎng)。在過去的十年中，PLC市場(chǎng)在經(jīng)受了前些年顯著的下降之后，目前又呈現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)反彈，估計(jì)到2018年市場(chǎng)將達(dá)到148.5億美元，比前五年增長(zhǎng)40%。令人感到興奮的是，中小型PLC將在市場(chǎng)增長(zhǎng)中起著至關(guān)重要的作用。
　ARC在2015年8月發(fā)表有關(guān)PLC和PAC的市場(chǎng)發(fā)展報(bào)告，其要點(diǎn)是：PLC與PAC市場(chǎng)在2014年實(shí)現(xiàn)擴(kuò)張。其中特別是中國(guó)和北美成為增長(zhǎng)引擎。預(yù)計(jì)該市場(chǎng)在2015和2016年增長(zhǎng)前景不容樂觀，主要原因是金磚四國(guó)(巴西、俄羅斯、印度、中國(guó))已不再是增長(zhǎng)因素。估計(jì)目前PLC裝機(jī)數(shù)量達(dá)5200萬臺(tái)，其中以微小型PLC占相當(dāng)數(shù)量，預(yù)計(jì)到2019年將達(dá)到6500萬臺(tái)。其中很大數(shù)量在未來5年內(nèi)都已經(jīng)到了其生命周期的zui后階段?，F(xiàn)有裝機(jī)PLC的更新?lián)Q代，將是未來5年內(nèi)PLC市場(chǎng)增長(zhǎng)的一個(gè)重要因素。此外，軟件和服務(wù)對(duì)PLC供應(yīng)商和zui終用戶越來越重要。zui終用戶更多地會(huì)要求將硬件完成的功能需求利用軟件來實(shí)現(xiàn)。PLC相關(guān)服務(wù)也變得更重要。為了更專注于自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力，更有效充分利用工程資源，一些zui終用戶已經(jīng)外包了許多PLC相關(guān)服務(wù)，如配置、培訓(xùn)和維護(hù)。有跡象表明越來越多的用戶打算外包他們大部分的維護(hù)、培訓(xùn)或備件業(yè)務(wù)，已經(jīng)成為趨勢(shì)。
　據(jù)美國(guó)相關(guān)自動(dòng)化人士在社交網(wǎng)絡(luò)的討論，比較集中的意見認(rèn)為是zui終用戶推動(dòng)著市場(chǎng)。機(jī)械裝備制造商偏愛PLC，是因?yàn)樗褂煤?jiǎn)單可靠，性價(jià)比好。從技術(shù)人員的角度分析，則是掌握PLC的人群遠(yuǎn)多于掌握PC和PAC的人群。不過，也不能認(rèn)為PLC會(huì)永遠(yuǎn)保持其傳統(tǒng)的形態(tài)。在未來的5年時(shí)間內(nèi)，由于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的快速普及，以及云服務(wù)逐漸進(jìn)入工業(yè)市場(chǎng)，需要PLC提供直接與MES、ERP等上層管理軟件信息系統(tǒng)的接口，PLC系統(tǒng)一定要從硬件和軟件上適應(yīng)新工業(yè)革命也即智能制造的需求，不然PLC制造廠商還會(huì)遭遇嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
　智能制造對(duì)PLC功能的新要求
　PLC作為設(shè)備和裝置的控制器，除了傳統(tǒng)的邏輯控制、順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、安全控制功能之外，還承擔(dān)著工業(yè)4.0和智能制造賦予的以下任務(wù)：
　1、越來越多的傳感器被用來監(jiān)控環(huán)境、設(shè)備的健康狀態(tài)和生產(chǎn)過程的各類參數(shù)，這些工業(yè)大數(shù)據(jù)的有效采集，迫使PLC的I/O由集中安裝在機(jī)架上，必須轉(zhuǎn)型為分布式I/O。
　2、各類智能部件普遍采用嵌入式PLC，或者微小型PLC，盡可能地在現(xiàn)場(chǎng)完成越來越復(fù)雜的控制任務(wù)。
　3、應(yīng)用軟件編程的平臺(tái)化，進(jìn)一步發(fā)展工程設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和智能化。
　4、大幅提升無縫連通能力，相關(guān)的控制參數(shù)和設(shè)備的狀態(tài)可直接傳輸至上位的各個(gè)系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，甚至送往云端。
　概括而言，即滿足工業(yè)大數(shù)據(jù)采集的需求，就地實(shí)時(shí)自治控制，編程的自動(dòng)化和智能化，提升無縫的連通能力。
　PLC系統(tǒng)作為工業(yè)控制主力軍的地位會(huì)不會(huì)因?yàn)檎谙破鸬牡谒拇喂I(yè)革命而被逐步替代呢?回答是否定的。同時(shí)，這也取決于PLC軟硬件技術(shù)能否快速的進(jìn)行適應(yīng)性的轉(zhuǎn)型和升級(jí)。事實(shí)上，PLC的軟件技術(shù)以PLCopen為先導(dǎo)，一直在為滿足工業(yè)4.0和智能制造日益清晰的要求做準(zhǔn)備。圖1所表述的是PLCopen歷年來所開發(fā)的各種規(guī)范在工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型(RAMI4.0)相應(yīng)維度和層級(jí)中的位置,可以明顯地看到，PLCopen組織長(zhǎng)期以來為提高自動(dòng)化效率所做的工作。
　PLC硬件如何適應(yīng)智能制造的要求
　盡管人們較普遍的認(rèn)識(shí)是PLC硬件技術(shù)進(jìn)步是漸進(jìn)的，但也不能否認(rèn)，PLC的硬件技術(shù)一直在為滿足工業(yè)4.0和智能制造日益清晰的要求積累經(jīng)驗(yàn)。
　特別是微電子技術(shù)的飛躍進(jìn)展，使得SoC芯片在主鐘頻率越來越高的同時(shí)而功耗卻顯著減小;多核SoC的發(fā)展，又促進(jìn)了在PLC的邏輯和順序控制處理的同時(shí)，可以進(jìn)行高速的運(yùn)動(dòng)控制處理、視覺算法的處理等;而通信技術(shù)的進(jìn)展使得分布式I/O運(yùn)用越來越多，泛在的I/O運(yùn)用也有了起步。
　為迎接工業(yè)4.0的挑戰(zhàn)，PLC硬件設(shè)計(jì)應(yīng)該在以下方面有一定的改善空間：
　1、極大改善能耗和減小空間。PCB板85%的空間被模擬芯片和離散元器件所占，需要采取將離散元器件的功能集中于單個(gè)芯片中，采用新型的流線模擬電路等措施
　2、增加I/O模塊的密度。
　3、進(jìn)行良好的散熱設(shè)計(jì)，降低熱耗散。
　4、突破信息安全的瓶頸(如何防范黑客攻擊、惡意軟件和病毒)。
　概括起來說，PLC的硬件必須具備綜合的性能，即更小的體積，更高的I/O密度，更多的功能。
　舉例來說，選用新型的器件收效顯著：為了減小I/O模塊的體積，減少元器件的數(shù)量，采用多通道的并行/串行信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片(serializer)，可以對(duì)傳感器24V的輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、調(diào)理和濾波，并以5V的CMOS兼容電平輸入PLC的MCU。這樣可把必要的光電隔離器件減少至3個(gè)，來自多通道的并行/串行信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片(serializer)的信號(hào)，可共享相同的光電隔離資源。
　PLC軟件如何適應(yīng)智能制造的要求
　可編程控制器作為一類重要的工業(yè)控制器裝置，之所以能夠在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的工控市場(chǎng)上長(zhǎng)盛不衰，本質(zhì)上的原因必須從其內(nèi)部去發(fā)掘。其中，軟件與硬件發(fā)展的相輔相成、相得益彰應(yīng)該是重要原因。
　IEC61131-3推動(dòng)PLC在軟件方面的進(jìn)步，體現(xiàn)在：
　(1)編程的標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)了工控編程從語言到工具性平臺(tái)的開放，同時(shí)為工控程序在不同硬件平臺(tái)間的移植創(chuàng)造了前提條件。
　(2)為控制系統(tǒng)創(chuàng)立統(tǒng)一的工程應(yīng)用軟環(huán)境打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。從應(yīng)用工程程序設(shè)計(jì)的管理控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，到提供邏輯和順序控制、過程控制、批量控制、運(yùn)動(dòng)控制、傳動(dòng)、人機(jī)界面等統(tǒng)一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，以至于將調(diào)試、投運(yùn)和投產(chǎn)后的維護(hù)等，統(tǒng)統(tǒng)納入統(tǒng)一的工程平臺(tái)。
　(3)應(yīng)用程序的自動(dòng)生成工具和仿真工具。
　(4)為適應(yīng)工業(yè)4.0 和智能制造的軟件需求，IEC61131-3的第3版將面向用戶的編程OOP納入標(biāo)準(zhǔn)。
　之前已開發(fā)了許多為PLC控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、編程和運(yùn)行，以及管理的工具性軟件。其中包括控制電路設(shè)計(jì)軟件包、接線設(shè)計(jì)軟件、PLC編程軟件包、人機(jī)界面和SCADA軟件包、程序調(diào)試仿真軟件以及自動(dòng)化維護(hù)軟件等等。盡管這些軟件都是為具體的工程服務(wù)的，但即使在對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行控制設(shè)計(jì)和監(jiān)控，它們卻都互不關(guān)聯(lián)。不同的控制需求(如邏輯和順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等)要用不同的開發(fā)軟件，在不同的工作階段(如編程組態(tài)、仿真調(diào)試、維護(hù)管理等)又要用不同的軟件。而且往往在使用不同的軟件時(shí)必需自行定義標(biāo)簽變量(Tags)，而定義變量的規(guī)則又往往各取其便，導(dǎo)致對(duì)同一物理對(duì)象的相同控制變量不能做到統(tǒng)一的、一致的命名。
　缺乏公用的數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)一的變量命名規(guī)則，造成在使用不同軟件時(shí)不得不進(jìn)行繁瑣的變量轉(zhuǎn)換，重復(fù)勞動(dòng)導(dǎo)致人力資源成本高、效率低下。
　工控編程語言是一類的計(jì)算機(jī)語言，建立在對(duì)控制功能和要求的描述和表達(dá)的基礎(chǔ)上。作為實(shí)現(xiàn)控制功能的語言工具，工控編程語言不可能是一成不變的。其進(jìn)步必然受到計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和編程語言的發(fā)展，以及它所服務(wù)的控制工程在描述和表達(dá)控制要求和功能的方法的影響。
　但是不論其如何發(fā)展和變化，這些年來的事實(shí)表明，它總是在IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)和框架上展開的。這就告訴我們，IEC61131-3不僅僅是工控編程語言的規(guī)范，也是編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)的基礎(chǔ)和參照。
　長(zhǎng)期以來PLCopen組織注重與許多標(biāo)準(zhǔn)化組織和基金會(huì)(如ISA、OPC基金會(huì)等)合作，開發(fā)了基礎(chǔ)性的規(guī)范。圖2對(duì)此形象地做了詮釋。這些工作都為智能制造和工業(yè)4.0的應(yīng)用和發(fā)展做了很多先導(dǎo)性的探索和準(zhǔn)備，從而打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　多年來PLCopen一直堅(jiān)持與開放標(biāo)準(zhǔn)化組織合作建立一種開放標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)系統(tǒng)。譬如與OPC基金會(huì)合作開發(fā)的：IEC61131-3的信息模型(2010年5月發(fā)布)，IEC 61131-3 的OPC UA Client FB客戶端功能塊(2015年3月發(fā)布)，IEC 61131-3的OPC UA Server FB服務(wù)端功能塊(2015年3月發(fā)布)。已經(jīng)成功地應(yīng)用于包裝行業(yè)建立PackML系列規(guī)范，大大簡(jiǎn)化了包裝機(jī)械與上位生產(chǎn)管理系統(tǒng)的通信。
　這些標(biāo)準(zhǔn)拓展了如今廣泛運(yùn)用于計(jì)算技術(shù)行業(yè)的SOA面向服務(wù)的架構(gòu)的應(yīng)用范圍，同時(shí)也推進(jìn)了一度落后于計(jì)算技術(shù)和軟件的自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)，快速跟上IT技術(shù)的進(jìn)展。
　PLC是智能制造和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的先行官
　實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0、智慧工廠和智能制造，必須建立在一類包括實(shí)時(shí)控制和及時(shí)監(jiān)控在內(nèi)的、強(qiáng)有力的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和規(guī)范的基礎(chǔ)上。這類聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和規(guī)范可以在一定程度上繼承原有的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和規(guī)范，但更重要的是一定要突破原有技術(shù)和規(guī)范的局限，以及明顯不能滿足實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0、智慧工廠和智能制造的多層遞階的架構(gòu)和按功能分層進(jìn)行通信的思維。這就是說，除了對(duì)時(shí)間有嚴(yán)酷要求的實(shí)時(shí)控制和對(duì)安全有嚴(yán)酷要求的功能安全仍然保留在工廠層而外，所有的制造功能都將按產(chǎn)品、生產(chǎn)制造和經(jīng)營(yíng)管理這三個(gè)維度做到通信扁平化，實(shí)現(xiàn)信息虛擬化，從而構(gòu)成全鏈接和全集成的智能制造生態(tài)系統(tǒng)。
　在智能制造系統(tǒng)中，PLC不僅僅是機(jī)械裝備和生產(chǎn)線的控制器，而且還是制造信息的采集器和轉(zhuǎn)發(fā)器。從這個(gè)意義上講，只有PLC具有面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)的功能，才有可能完成這些重要任務(wù)。譬如PLC調(diào)用視覺系統(tǒng)的攝像頭所攝制的圖像服務(wù)，或者PLC調(diào)用某個(gè)RFID讀取器的服務(wù)，都需要視覺系統(tǒng)或RFID讀取器直接與PLC通信，或者當(dāng)PLC要傳送大數(shù)據(jù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)給云端。
　目前，在MES級(jí)與PLC的數(shù)據(jù)交換通常是通過一個(gè)耗時(shí)的握手過程。例如MES系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)信號(hào)要向PLC傳送一個(gè)配方數(shù)據(jù)，等待PLC確認(rèn)信號(hào)返回;接著MES系統(tǒng)向PLC傳送該配方數(shù)據(jù)，當(dāng)PLC接收到這一組數(shù)據(jù)后向MES發(fā)出接收確認(rèn)信號(hào)。如果PLC同時(shí)具有OPC UA的服務(wù)端功能和客戶端的功能www.cechina。。ｃｎ，這種PLC就是一種面向服務(wù)架構(gòu)的PLC(也可簡(jiǎn)稱為SOA-PLC)。這時(shí)MES系統(tǒng)向PLC傳送一個(gè)配方數(shù)據(jù)就是執(zhí)行一次通信服務(wù)，這次服務(wù)的輸入?yún)?shù)是配方，輸出數(shù)據(jù)是PLC的確認(rèn)信號(hào)，再也不需要MES系統(tǒng)和PLC之間的多次握手過程。實(shí)際上就是OPC UA遠(yuǎn)程調(diào)用了PLC的功能塊，大大縮短了MES與PLC之間通信來往過程，提高了生產(chǎn)調(diào)度安排的效率。同時(shí)顯著減少了工程成本，極大地加強(qiáng)了工廠層與上位執(zhí)行調(diào)度和管理層的數(shù)據(jù)通信能力。
　結(jié)語
　PLC可謂是工業(yè)自動(dòng)化控制的常青樹，即使是在工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的智能制造年代，或者是工業(yè)4.0的時(shí)代，它仍然足夠勝任各種控制要求和通信要求。但它早已不再是三、四十年前只能完成邏輯控制、順序控制的繼電邏輯系統(tǒng)的替代物，它已完成了由經(jīng)典PLC向現(xiàn)代PLC的蛻變。繼承了高性價(jià)比、高可靠性、高易用性的特點(diǎn)，再具有了分布式I/O、嵌入式智能和無縫聯(lián)接的性能，尤其是在強(qiáng)有力的PLC軟件平臺(tái)的支持下，我們*可以相信PLC將持久不衰地活躍在工業(yè)自動(dòng)化的世界中。
　天拓四方科技有限公司是一家專業(yè)從事工業(yè)自動(dòng)化、信息化、智能化建設(shè)的系統(tǒng)解決方案服務(wù)商，集西門子數(shù)字化工廠軟、硬件產(chǎn)品、公司自有智能通訊設(shè)備及遠(yuǎn)程通訊、數(shù)據(jù)采集解決方案的提供、銷售、培訓(xùn)、工程實(shí)施為一體，并具有自主產(chǎn)品研發(fā)能力的*。致力于為客戶提供更專業(yè)的解決方案，更完善的售后服務(wù)，助力更多企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化制造。