“工業(yè)芯”PLC的困境與突圍

張通

我國城市地鐵使用的大型PLC控制系統(tǒng)一直被西門子、施耐德、羅克韋爾三個(gè)品牌壟斷著，直到和利時(shí)的大型PLC產(chǎn)品研發(fā)成功，才實(shí)現(xiàn)了該領(lǐng)域的自主可控。然而，國產(chǎn)PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化推廣之路卻并不平坦。

在每個(gè)地鐵車站里，照明燈點(diǎn)亮或是熄滅、電扶梯上行或是下行、每扇屏蔽門打開或是關(guān)上、通風(fēng)和給排水設(shè)備開啟或是關(guān)閉……這些看似平平常常毫不起眼的設(shè)施，背后是怎么管理的，來去匆匆的乘客很少有人會(huì)注意到。其實(shí)，對(duì)地鐵車站中的供電設(shè)備、機(jī)電設(shè)備的控制，對(duì)車站防災(zāi)系統(tǒng)的管理，對(duì)車站每個(gè)末端開關(guān)的控制，都要依靠后臺(tái)的“城市軌道交通用大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化高可靠PLC控制系統(tǒng)”來操作和完成。

PLC全稱可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），實(shí)質(zhì)是一種專用于自動(dòng)化控制的工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。城市軌道交通是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，以PLC、SCADA為代表的軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)是保障運(yùn)營安全、提高運(yùn)輸效率的核心技術(shù)裝備。

三選一的固定模式

地鐵車站內(nèi)的PLC主要應(yīng)用于軌道交通的綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、應(yīng)急電源系統(tǒng)、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)、電扶梯系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)……這樣的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)大型PLC產(chǎn)品的安全性和可靠性的要求非常高。在深深的地下，如果照明控制失靈導(dǎo)致漆黑一片，如果電扶梯的上行下行出現(xiàn)混亂，都可能會(huì)引發(fā)事故甚至造成人身傷亡。所以，站在地鐵管理者的角度，他們更愿意選用國際上知名品牌的比較成熟的大型PLC產(chǎn)品。

多年來，地鐵選購的城市軌道交通用大型PLC控制系統(tǒng)基本都是西門子、施耐德、羅克韋爾這三個(gè)品牌的產(chǎn)品，甚至發(fā)展到在項(xiàng)目招標(biāo)時(shí)，招標(biāo)文件里就赤裸裸指明說大型PLC系統(tǒng)必須在這三個(gè)品牌中3選1。

為什么在大型PLC領(lǐng)域，我國的企業(yè)鮮有涉足呢？因?yàn)楫a(chǎn)品研發(fā)投入大，研發(fā)周期長(zhǎng)，中小企業(yè)根本無法完成。即使是小型PLC控制系統(tǒng)，雖然國內(nèi)很多廠家都在研發(fā)生產(chǎn)，但也只能做硬件開發(fā)和系統(tǒng)集成，核心的組態(tài)軟件和實(shí)時(shí)控制引擎則直接購買德國的產(chǎn)品拿來用。這種軟硬件適配的方式卻不能應(yīng)用在大型PLC控制系統(tǒng)的研發(fā)中，因?yàn)殡p機(jī)冗余同步很難做到，也難以通過各類安全認(rèn)證。

PLC控制系統(tǒng)是工業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的基礎(chǔ)，也就是相當(dāng)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的“芯片”，即所謂“工業(yè)芯”。在中國，工業(yè)系統(tǒng)中的大型PLC基本都是采用進(jìn)口廠商的產(chǎn)品，也就是在用國外的“工業(yè)芯”，如果國外不再給中國提供產(chǎn)品，那我國的工業(yè)發(fā)展就會(huì)出現(xiàn)障礙。

為解決地鐵站里的“卡脖子”問題，2014年，和利時(shí)集團(tuán)承接了工業(yè)強(qiáng)基專項(xiàng)“城市軌道交通用大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化高可靠智能PLC控制系統(tǒng)項(xiàng)目”，該項(xiàng)目計(jì)劃總投資8745.32萬元，項(xiàng)目實(shí)際完成總投資8756.22萬元，投資完成率100.12%。

在強(qiáng)基專項(xiàng)的支持下，和利時(shí)基于二十余年的工業(yè)控制技術(shù)積累，與北京地鐵緊密合作，以西門子的S7-400和羅克韋爾1756系列等高端大型PLC為參考目標(biāo)產(chǎn)品，自主研發(fā)了城市軌道交通用大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化高可靠PLC控制系統(tǒng)。經(jīng)過2年的努力，共研發(fā)了20余種PLC模塊產(chǎn)品和軟件。項(xiàng)目研發(fā)的PLC系統(tǒng)的性能和功能均達(dá)到西門子S7-400和羅克韋爾1756系列等國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，并通過了CE、UL、阿基里斯等電氣安全和信息安全國際認(rèn)證。

終于，在我們自己的地鐵車站里，可以用上我們自主研發(fā)的大型PLC控制系統(tǒng)了。

研發(fā)與應(yīng)用

項(xiàng)目伊始其實(shí)并不被看好，計(jì)劃總投資8745.32萬元，如此大的開發(fā)投入，作為一家民營企業(yè)，和利時(shí)必須考慮項(xiàng)目的投入產(chǎn)出比。和利時(shí)集團(tuán)技術(shù)總監(jiān)朱毅明給記者算了一筆賬：“大型PLC產(chǎn)品一年大致能夠銷售3000萬-4000萬元，可整個(gè)的研發(fā)費(fèi)用大概也需要三四千萬。市場(chǎng)的銷售毛利約20%-30%，純利潤(rùn)的百分比也就是個(gè)位數(shù)了，從財(cái)務(wù)層面分析，這個(gè)項(xiàng)目一點(diǎn)意義都沒有。投入產(chǎn)出比如此糟糕，使得當(dāng)年的經(jīng)營決策做得非常困難?！?/p>

雖然該項(xiàng)目產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益將很不理想，但大規(guī)模PLC是保證城市軌道交通安全高效運(yùn)營的核心基礎(chǔ)裝備，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模PLC控制系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，可以促進(jìn)和拉動(dòng)高端制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)國家戰(zhàn)略安全具有實(shí)際意義。因此，和利時(shí)集團(tuán)堅(jiān)持項(xiàng)目開發(fā)，努力承擔(dān)起企業(yè)的社會(huì)責(zé)任。也是因?yàn)檫@份擔(dān)當(dāng)，很多項(xiàng)目開發(fā)骨干面對(duì)華為、阿里、騰訊高薪酬的誘惑，面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的風(fēng)光前程，卻能堅(jiān)守在基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域，全身心地投入到大型PLC系統(tǒng)的研發(fā)中。

在產(chǎn)品研發(fā)階段，和利時(shí)引入新的管理方法，建立基于IPD的研發(fā)管理體系，打通各部門之間的壁壘，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目部、開發(fā)部、工藝部、生產(chǎn)部、測(cè)試部的協(xié)同工作，使項(xiàng)目按計(jì)劃和目標(biāo)穩(wěn)步推進(jìn)，研發(fā)的成本和質(zhì)量都得到了比較好的控制。面臨人員緊張、技術(shù)難點(diǎn)多等困難，項(xiàng)目經(jīng)理采用扁平化的管理思路，增進(jìn)與項(xiàng)目各小組成員的溝通，聯(lián)合外部專家，集中攻克了一批關(guān)鍵技術(shù)難題。

大型PLC項(xiàng)目的核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要設(shè)在西安，共30多人，團(tuán)隊(duì)中每個(gè)人壓力都很大。軌道交通用大型PLC控制系統(tǒng)對(duì)安全性和可靠性要求極高，使用時(shí)只有一次機(jī)會(huì)，一旦出現(xiàn)問題，或者在一個(gè)地鐵站里運(yùn)轉(zhuǎn)不利，那就不會(huì)再有其他地鐵選擇使用了，諸多努力都將付之東流。所以，研發(fā)團(tuán)隊(duì)任務(wù)繁重，日以繼夜地連軸轉(zhuǎn)。

規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化PLC是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，需要長(zhǎng)期持之以恒地研發(fā)投入和多種行業(yè)的大量應(yīng)用實(shí)踐。因此在本項(xiàng)目執(zhí)行期間，與國內(nèi)多家科研、用戶單位有著廣泛而深入的合作，實(shí)踐證明這種合作成效非常顯著。例如，與機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所合作形成“大規(guī)模PLC技術(shù)評(píng)估體系和方法”;與北京軌道交通建設(shè)管理有限公司深度合作，將產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用結(jié)合在一起，設(shè)計(jì)符合用戶實(shí)際需要的產(chǎn)品;與北京地鐵緊密合作，將成果成功應(yīng)用于北京地鐵14號(hào)線……

城市軌道用大規(guī)模PLC的研制開發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，該P(yáng)LC涉及多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，需要不同專業(yè)的研發(fā)人員協(xié)同開發(fā)。和利時(shí)基于多年的PLC開發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)PLC軟硬件開發(fā)中的共性技術(shù)進(jìn)行模塊化封裝，沉淀到統(tǒng)一的技術(shù)平臺(tái)，每個(gè)模塊預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)不同職種開發(fā)人員的搭積木式的快速協(xié)同開發(fā)。雖然項(xiàng)目面向城市軌道交通應(yīng)用場(chǎng)景，但新的共性技術(shù)也能進(jìn)一步豐富技術(shù)平臺(tái)，為其他應(yīng)用場(chǎng)景的PLC產(chǎn)品開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

本項(xiàng)目PLC支持新型的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)。在產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，和利時(shí)積極與網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品廠商溝通，并與網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品廠商成立專項(xiàng)組，為PLC系統(tǒng)的應(yīng)用，開發(fā)配套的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，為用戶提供一站式解決方案。同時(shí)，針對(duì)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)互通要求，PLC產(chǎn)品集成豐富的開放協(xié)議，保證地鐵設(shè)備系統(tǒng)的無縫集成。

和利時(shí)作為國內(nèi)領(lǐng)先的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成商，對(duì)PLC產(chǎn)品的應(yīng)用需求有著深刻的認(rèn)識(shí)，為PLC產(chǎn)品的開發(fā)提供了很多重要的輸入。此外，和利時(shí)產(chǎn)品部又充分調(diào)研了國內(nèi)其他系統(tǒng)集成商的PLC需求，在產(chǎn)品定義時(shí)吸收眾多用戶的基礎(chǔ)需求，提煉用戶的創(chuàng)新需求，融合用戶的前沿需求，保證了產(chǎn)品未來十幾年可持續(xù)發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

研發(fā)過程重要，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用更為重要。在大型PLC控制系統(tǒng)投入使用后，和利時(shí)的技術(shù)人員每天都到地鐵現(xiàn)場(chǎng)檢查PLC的運(yùn)行情況。曾經(jīng)有個(gè)車站的PLC輸出模塊偶爾出現(xiàn)通訊中斷，他們連續(xù)蹲在現(xiàn)場(chǎng)一周。由于白天地鐵在試運(yùn)行，每次調(diào)試只能等到晚上12點(diǎn)地鐵停運(yùn)之后。經(jīng)過一周的記錄和分析，他們終于找到原因，解決了問題，保障了地鐵的正常開通。

產(chǎn)業(yè)化推廣困境

和利時(shí)的軌道交通用大規(guī)模PLC控制系統(tǒng)研發(fā)成功后，首先應(yīng)用于北京地鐵。

北京地鐵的國產(chǎn)化之路可以追溯到1969年開通的1號(hào)線，當(dāng)時(shí)的北京地鐵既沒有渠道，也沒有資金進(jìn)口國外的系統(tǒng)，使用的是我國自主研發(fā)的控制系統(tǒng)。作為中國最早運(yùn)營的，且常年在沒有國外技術(shù)支撐的條件下運(yùn)營的地鐵，北京地鐵對(duì)自主研發(fā)的控制系統(tǒng)已具備了強(qiáng)大的自信心和適應(yīng)力，其國產(chǎn)化力度在國內(nèi)是最強(qiáng)的。

目前，和利時(shí)軌道交通用大規(guī)模PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)在北京14號(hào)線、燕房線得到應(yīng)用，其中北京14號(hào)線共37個(gè)車站，和利時(shí)的PLC系統(tǒng)總共控制了超過1萬臺(tái)機(jī)電設(shè)備，IO點(diǎn)數(shù)超過12萬點(diǎn)。2018年，和利時(shí)又中標(biāo)北京17、19號(hào)線。

第二個(gè)向和利時(shí)拋出橄欖枝的是新加坡地鐵。

因?yàn)楹屠麜r(shí)的大型PLC控制系統(tǒng)通過了一系列的國際安全認(rèn)證，更因?yàn)槠湓诒本┑罔F成功應(yīng)用的良好業(yè)績(jī)，和利時(shí)獲得了新加坡軌道交通湯申線環(huán)境控制系統(tǒng)的供貨合同，順利進(jìn)入發(fā)達(dá)國家市場(chǎng)。

反觀國內(nèi)，像北京地鐵這樣支持國產(chǎn)PLC系統(tǒng)的用戶有一無二。迄今為止，除了北京以外，國內(nèi)沒有任何一個(gè)城市的軌道交通線路愿意選用和利時(shí)自主研發(fā)的PLC控制系統(tǒng)。也許是出于“外來的和尚會(huì)念經(jīng)”的思維模式，也許是缺少北京地鐵對(duì)國產(chǎn)化PLC系統(tǒng)的信心和信任，其他城市選購軌道交通用大型PLC控制系統(tǒng)時(shí)，依然沒有跳出西門子、施耐德、羅克韋爾這三個(gè)品牌產(chǎn)品的范圍。

走出北京，和利時(shí)的市場(chǎng)推廣人員處處碰壁，對(duì)方或者干脆閉門不接待，或者溝通之后又通過各種渠道遞來消息：不計(jì)劃選用國產(chǎn)品牌。更有甚者，為了將和利時(shí)拒之門外，有針對(duì)性地在應(yīng)用城市、應(yīng)用項(xiàng)目數(shù)量等方面提高準(zhǔn)入門檻。盡管和利時(shí)自主研發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)可以媲美西門子、施耐德、羅克韋爾等巨頭的成熟產(chǎn)品，而且相比國外系統(tǒng)，價(jià)位低了30%-40%。

面對(duì)這些尷尬困境，和利時(shí)只能采用主動(dòng)提供設(shè)備試用、技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)講解等“賠錢賺吆喝”的方式，逐步取得用戶對(duì)國產(chǎn)大型PLC系統(tǒng)的信任。

“其實(shí)，只要給我們機(jī)會(huì)，加上我們雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，我們就能發(fā)展下去。和利時(shí)在高安全控制領(lǐng)域深耕多年，我們產(chǎn)品的可靠性完全沒有問題?？墒呛芏鄷r(shí)候，因?yàn)樵跍?zhǔn)入門檻上的故意為難，我們就連入門的資格都得不到，產(chǎn)品推廣過程非常艱難?！痹掝}談及此處，朱毅明滿臉無奈。

前路漫漫

目前，大型PLC系統(tǒng)的國產(chǎn)化率約1%，和利時(shí)占了其中的絕大部分。他們的“城市軌道交通用大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化高可靠智能PLC控制系統(tǒng)項(xiàng)目”取得銷售收入14738.52萬元，利潤(rùn)總額1585.99萬元，上繳稅金204.59萬元，項(xiàng)目期內(nèi)大規(guī)模PLC的產(chǎn)能達(dá)到18201套。這個(gè)被列入國家工業(yè)強(qiáng)基專項(xiàng)的產(chǎn)品是第2代產(chǎn)品，和利時(shí)正在研發(fā)它的第3代產(chǎn)品，使用的是國產(chǎn)的龍芯CPU，在3代產(chǎn)品中，元器件數(shù)量和品種的國產(chǎn)化率達(dá)到95%，已經(jīng)可以徹底解決該領(lǐng)域的“卡脖子”問題。

雖然過程艱辛，前路漫漫，可和利時(shí)仍然會(huì)堅(jiān)持項(xiàng)目的不斷研發(fā)升級(jí)，項(xiàng)目研制的PLC系統(tǒng)不但可應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域，更可應(yīng)用于高安全要求的工業(yè)制造和工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，為智能工廠和數(shù)字化車間提供自主可控的基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，滿足重大工程自動(dòng)化成套控制系統(tǒng)的市場(chǎng)需求。不僅如此，在水電領(lǐng)域，和利時(shí)正在和三峽集團(tuán)洽談，將大型PLC控制系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)用在三峽工程的升級(jí)改造中。而作為PLC主戰(zhàn)場(chǎng)的冶金行業(yè)，和利時(shí)也將攜自己的大型高可靠PLC產(chǎn)品，去挑戰(zhàn)西門子在該領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

未來是值得期待的，隨著我國在PLC產(chǎn)品研發(fā)上加強(qiáng)投入，產(chǎn)品日臻完善，國產(chǎn)化的PLC一定能夠在離散制造、化工、水電、輸配電、軌道交通等關(guān)鍵工業(yè)行業(yè)完全媲美進(jìn)口產(chǎn)品，擺脫對(duì)國外技術(shù)的依賴，真正實(shí)現(xiàn)用中國的“工業(yè)芯”制造中國的工業(yè)產(chǎn)品。