PLC在中國的發(fā)展及應(yīng)用前景

宋秀玲

（晉城職業(yè)技術(shù)學院機械與電子工程系 山西晉城 048000）

PLC在中國的發(fā)展及應(yīng)用前景

宋秀玲

（晉城職業(yè)技術(shù)學院機械與電子工程系 山西晉城 048000）

文章概述了PLC的產(chǎn)生和特點，介紹了PLC在國內(nèi)外的發(fā)展歷程和應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)形勢分析了PLC在中國的應(yīng)用前景，并對國產(chǎn)PLC廠商提出了幾點小小建議。

PLC；發(fā)展歷程；應(yīng)用行業(yè)；應(yīng)用前景

1.PLC的概述

1.1 PLC的產(chǎn)生。20世紀60年代末期，隨著汽車供求市場的發(fā)展，美國汽車制造業(yè)工業(yè)出現(xiàn)了激烈的競爭，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需求，美國通用汽車公司（GM）公開招標：開發(fā)一種以計算機為基礎(chǔ)的、采用程序代替硬件接線方式的、可以進行大規(guī)模生產(chǎn)線流程控制的系統(tǒng)。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)以上要求，研制出世界上第一臺可編程控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動控制，從此開辟可編程控制器的新紀元。[1]

1.2 PLC的發(fā)展。剛問世的PLC可以說是繼電器控制裝置的替代產(chǎn)品，由于當時的元器件及計算機發(fā)展水平有限，所以早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，它的存儲器采用磁芯存儲器，具有基本的邏輯控制及定時、計數(shù)功能，主要用于單一工序的自動控制。

70年代初，微處理器出現(xiàn)以后，便在可編程控制器中得到應(yīng)用，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為真正具計算機特征的工業(yè)控制裝置。編程語言是和繼電器電路圖類似的梯形圖。

70年代中末期，計算機技術(shù)的全面引入使PLC的功能發(fā)生了巨大的飛躍。不僅運算速度快，體積小、工業(yè)抗干擾能力強，而且具有了模擬量運算、PID功能，從而PLC進入實用化發(fā)展階段。

80年代以后，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，使PLC在模擬量控制、數(shù)字運算、人機接口和網(wǎng)絡(luò)等方面都得到大幅度提高，這一階段的PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些方面取代了過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)，奠定了在工業(yè)控制中不可動搖的地位。

20世紀末期，可編程控制器誕生了各種各樣的特殊功能單元，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。就整體而言，不論是硬件還是系統(tǒng)軟件都正在向標準化方向發(fā)展。

1.3 PLC的特點。

第一，可靠性高，抗干擾能力強。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC專為工業(yè)控制設(shè)計的，在設(shè)計和制造過程中采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，在硬件和軟件上都采用了許多抗干擾的措施：如屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動恢復(fù)等；同時PLC是以集成電路為基本元件的電子設(shè)備，沒有真正的接點，元件的使用壽命長；這些都大大提高了PLC的可靠性和抗干擾性。

第二，編程簡單、易學。PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，所以它采用了大多數(shù)技術(shù)人員熟悉的梯形圖語言，梯形圖語言與繼電器原理相似，形象直觀，易學易懂。

第三，功能完善。PLC發(fā)展到今天，除了具有模擬和數(shù)字量輸入/輸出、邏輯運算和定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理、通信等功能外，還可以實現(xiàn)順序、位置和過程控制。

第四，通用性強。目前PLC的產(chǎn)品已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，具有各種數(shù)字式、模擬量的輸入/輸出接口，用戶可以根據(jù)需求靈活的對系統(tǒng)進行控制；再加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

第五，設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便。在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中，邏輯控制功能是通過導線來實現(xiàn)的，要改變控制功能必須改變導線的接線方式。PLC用軟件取代了繼電器控制系統(tǒng)中各種功能的繼電器，內(nèi)部不需接線和焊接，只要進行外部接線和程序編寫就可以了，通過執(zhí)行存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。當生產(chǎn)工藝發(fā)生改變時，只要修改程序即可。使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大大縮短，維護起來容易。而PLC用戶的程序大部分可以在實驗室進行模擬調(diào)試，方便快捷。

第六，體積小，能耗低。對于一些復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，大量減少了中間和時間繼電器的使用，大大縮小了控制系統(tǒng)的體積，同時也節(jié)省了資源，如日本三菱公司超小型的PLCFX0S—14，底部尺寸只有90mm×60mm。體積小，很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。

2.PLC在中國的發(fā)展

我國開始研制PLC產(chǎn)品是上世紀70年代中期。1974開發(fā)了采用位片式微處理芯片的可編程順序控制器，并且投入了應(yīng)用，但一直未能形成批量生產(chǎn)。1977年我國又采用了美國的MC14500集成芯片，成功研制了我國第一臺具有實用價值的PLC，并且有了批量產(chǎn)品，開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)控制。為盡快提升我國PLC的技術(shù)水平，引進PLC的先進生產(chǎn)技術(shù)，我國1979年開始首次從美國引進PLC，引進初期的PLC主要用于冶金、電力、自動化生產(chǎn)線等較大的設(shè)備和系統(tǒng)；在以后的幾年里，我國積極引進國外的PLC生產(chǎn)線，建立了一些合資企業(yè)，中外合資或外商獨資企業(yè)在國內(nèi)開始批量生產(chǎn)PLC，同時開發(fā)自己的產(chǎn)品。我國現(xiàn)在從事PLC的研制與開發(fā)的廠家和科研所有中國科學院自動化研究所的PLC-0088，北京聯(lián)想計算機集團公司的GK-40，上海機床電器廠的CKY-40，蘇州電子計算機廠的YZ-PC-001A，天津中環(huán)自動化儀表公司的DJK-S-84/86/480等30多家[3]。1985年開始，日本三菱電機公司的小型PLC最先通過非政府渠道進入中國市場。后來隨著PLC價格的不斷降低，PLC技術(shù)開始應(yīng)用到越來越多的中小設(shè)備上，小型PLC被大面積的推廣應(yīng)用。1990年以后，德國的西門子（SIEMENS）、美國的A-B（AllEN BRADLY）以及其它知名品牌的PLC開始大舉進入中國市場。從而大大推動了PLC在我國工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模。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。目前國際主要的PLC廠家都已經(jīng)打入了中國市場，形成了群雄割據(jù)的局面。

與國際品牌的群雄割據(jù)相比，國產(chǎn)PLC處于絕對的弱勢，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家雖然有30余家，面對國際廠商數(shù)十年的規(guī)模化生產(chǎn)，國內(nèi)廠商大多數(shù)只停留在小批量生產(chǎn)和維系生存的起步階段，并未建立批量生產(chǎn)，沒有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。目前，我國大中型企業(yè)普遍都是用先進的自動化系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行控制，少部分小型企業(yè)也在進行嘗試；隨著競爭的日益加劇，越來越多的小型企業(yè)將采用經(jīng)濟、實用的自動化產(chǎn)品對生產(chǎn)過程進行控制，不久以后，小型企業(yè)利用自動化系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行控制成為一種必然。在這種背景下，我國小型PLC廠家正在崛起，從技術(shù)角度來看，國內(nèi)外的小型PLC差距正在縮小，有些國產(chǎn)PLC已經(jīng)擁有符合IEC標準的編程軟件。

3.PLC在中國的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 冶金行業(yè)。PLC是冶金行業(yè)的主流控制器，在鋼鐵生產(chǎn)中，除了早期的有色金屬生產(chǎn)設(shè)施和高爐環(huán)節(jié)在使用DCS外，采礦、選礦、燒結(jié)、轉(zhuǎn)爐、鑄造、軋鋼等環(huán)節(jié)都是通過PLC來控制的。中國冶金行業(yè)由于自身的產(chǎn)業(yè)規(guī)模非常龐大，并且對各控制環(huán)節(jié)要求精度很高，需求的控制點數(shù)多，所以該行業(yè)是大中型PLC應(yīng)用的主要行業(yè)。在我國6000多家冶金企業(yè)中，有多數(shù)在應(yīng)用PLC產(chǎn)品。

3.2 汽車制造業(yè)。汽車業(yè)是最有潛力的PLC行業(yè)之一，汽車生產(chǎn)線由沖壓、焊裝、總裝和噴漆四大工序組成，每道工序都會大量使用PLC進行控制，因此汽車業(yè)是PLC應(yīng)用的第二大行業(yè)，僅次于冶金行業(yè)。該行業(yè)主要對各生產(chǎn)線的工位進行控制，要求的控制點數(shù)最多300個點左右，所以該行業(yè)以中型PLC為主。

3.3 化工行業(yè)。近年來，在化工行業(yè)，PLC應(yīng)用一直保持著穩(wěn)定增長，化工行業(yè)在合成材料方面對自動化產(chǎn)品的需求比較大。再加上低碳經(jīng)濟對化工行業(yè)環(huán)保要求的提高，化工廠需要對周邊的水處理和循環(huán)系統(tǒng)進行改造，對自動化產(chǎn)品的需求會進一步增加。

3.4 軌道交通業(yè)。軌道交通行業(yè)中有兩大環(huán)節(jié)在使用PLC，一個環(huán)節(jié)是車站部分，另一個環(huán)節(jié)是車輛部分。車站環(huán)節(jié)中PLC主要應(yīng)用于軌道交通的環(huán)控、設(shè)備監(jiān)控、電力監(jiān)控和智能低壓監(jiān)控等等系統(tǒng)，其中環(huán)控系統(tǒng)對PLC的需求最大，由于交通安全非常重要，對PLC的可靠性要求非常高，所以在該行業(yè)中需要大量的大型PLC。另外，在車輛環(huán)節(jié)，對中小型PLC的應(yīng)用也比較廣泛。

3.5 電力行業(yè)。電力行業(yè)本身的自動化水平很高，對PLC的應(yīng)用規(guī)模基數(shù)很大，是大中型PLC應(yīng)用的又一大行業(yè)。

4.PLC在中國的應(yīng)用前景

我國是發(fā)展中國家，工業(yè)自動化程度較低，工業(yè)自動化應(yīng)用水平與工業(yè)發(fā)達國家相比滯后幾十年，相當一部分機械行業(yè)仍采用傳統(tǒng)繼電器—接觸器設(shè)備。我國正努力成為世界新的制造業(yè)基地，制造業(yè)的控制主要以離散控制為主，PLC是該領(lǐng)域控制系統(tǒng)的首選。同時，機械行業(yè)為提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，必然會實現(xiàn)自動化控制，大量傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動化改造為PLC的提供更廣闊的應(yīng)用空間。

在哥本哈根氣候會議上，低碳經(jīng)濟成為人類關(guān)注的熱點，提高生產(chǎn)效益成為當前各行各業(yè)的首要任務(wù)。具節(jié)能減排的自動化技術(shù)在全球提倡的“低碳經(jīng)濟”下當之無愧成為人們關(guān)注的技術(shù)之一。

化工行業(yè)由于生產(chǎn)環(huán)境較差，使得PLC的使用壽命低于其它行業(yè)，相應(yīng)的更換率就高于其它行業(yè)。大量使用PLC的化工設(shè)備需采購更多的零配件，由此化工行業(yè)存在著較大的更換市場。

軌道交通行業(yè)中的主控系統(tǒng)PLC都是大型的，一方面大型PLC的技術(shù)要求比較高，研發(fā)起來比較困難；另一方面軌道交通行業(yè)對大型PLC的穩(wěn)定性要求比較高。所以起步較晚的廠商即使研制出大型的PLC，想要進入軌道交通行業(yè)也是非常困難的。相比之下，軌道交通行業(yè)對小型PLC要求不是太高，小型PLC生產(chǎn)廠商還是比較容易進入該行業(yè)的，因此在軌道交通行業(yè)中，小型PLC市場有足夠的競爭空間。

由此可知，PLC在我國的應(yīng)用潛力還遠遠沒有得到充分發(fā)揮。按目前形勢分析，我國將迎來一個PLC市場高速增長的時期。

5.對國產(chǎn)PLC發(fā)展的幾點建議

目前，中國PLC市場90%以上產(chǎn)品是國外品牌。相對于國際大公司而言，起步較晚的國產(chǎn)品牌具有明顯的劣勢，在發(fā)展前景廣闊的今天，國產(chǎn)PLC如何才能沖進市場，走上可持續(xù)發(fā)展的道路呢？

5.1 產(chǎn)品行業(yè)重點化?，F(xiàn)在國產(chǎn)PLC廠商多而雜，很少有固定的行業(yè)，用戶對其忠誠度不高，廠商很難培養(yǎng)出自己的行業(yè)用戶。要想改變這種狀態(tài)，國產(chǎn)PLC應(yīng)該專業(yè)化、行業(yè)化，目標明確，樹立誠信，培養(yǎng)用戶。

5.2 選擇適當?shù)男袠I(yè)。國產(chǎn)PLC存在價格低的優(yōu)勢，但是在一些對控制系統(tǒng)可靠性要求比較高的行業(yè)，價格優(yōu)勢沒有任何的吸引力，因為如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，導致整個生產(chǎn)線停止，損失的將是上百萬或上千萬，所以用戶不會冒這樣的風險使用國產(chǎn)PLC。而對可靠性要求不太高的行業(yè)用戶從投資角度考慮還是樂意使用國產(chǎn)PLC。

5.3 加大軟件的開發(fā)力度。通過對國內(nèi)用戶訪談可知，普遍對國產(chǎn)PLC硬件比較認可，由于國產(chǎn)PLC軟件無法滿足復(fù)雜的控制程序，所以對其不太滿意。

5.4 根據(jù)需求定制產(chǎn)品優(yōu)勢。國內(nèi)PLC廠商由于地利條件，能夠及時、確切地了解中國用戶的需求。由于是本地化的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和技術(shù)支持，國內(nèi)PLC廠商可以適時地開發(fā)并生產(chǎn)中國用戶所需求的PLC產(chǎn)品；并且可以根據(jù)用戶的特殊需求定制個性化產(chǎn)品。

5.5 加大宣傳力度。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)量合格、性能要求滿足情況下，我國用戶首選國產(chǎn)PLC，這正是國產(chǎn)PLC的一個優(yōu)勢。但當購買時，很多用戶會不知道哪些國產(chǎn)PLC比較好，而放棄購買。這是由于國產(chǎn)產(chǎn)品宣傳力度不夠所造成的，因此需要加大宣傳。

從PLC問世至今，給我們的生活和生產(chǎn)帶來極大的方便，在工業(yè)控制領(lǐng)域，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供非常可靠的控制方案。我們希望PLC在這廣闊的發(fā)展空間中更加穩(wěn)健的成長。更希望看到中國的PLC自主開發(fā)能力得到提升，創(chuàng)出品牌，打入市場。筆者堅信，國產(chǎn)PLC的產(chǎn)業(yè)化一定會有一個美好的未來。

[1]管旭.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].大連理工大學出版社，2008（2）.

[2]高勤.電器及PLC控制技術(shù)[M].高等教育出版社，2002（6）.

[3]瞿彩萍，張偉林.PLC應(yīng)用技術(shù)[M].人民郵電大學出版社，2007（11）.

宋秀玲（1976-），女，山西晉城人，山西大學碩士，晉城職業(yè)技術(shù)學院講師，主要研究自動控制。

2010-06-15