关于IEC61131PLC和软PLC的一些观点.docx

1、关于IEC61131PLC和软PLC的一些观点关于IEC 61131、PLC和软PLC的一些观点一、PLC发展回顾上世纪60年代后期，根据当时汽车市场需求和计算技术的发展，在美国麻萨诸塞州Bedford的Bedford Associates,向美国汽车制造业提议开发一种Modular Digital Controller（MODICON）取代继电控制盘。其它一些公司也建议以计算机为基础的方案。其核心思想是采用软件编程方法代替继电控制的硬接线方式，并备有生产现场大量使用的输入传感器和输出执行器的接口，以便于进行大规模生产线的流程控制。这就是以后被称为Programmable Logic Cont

2、roller的由来。MODICON084是世界上第一种投入商业生产的PLC。70年代是PLC崛起，首先在汽车工业获得大量应用，在其它产业部门也开始应用的时期。80年代是它走向成熟，全面采用微电子及微处理器技术；大量推广应用，并奠定其在工业控制中不可动摇地位的时期。在此阶段PLC销售始终以两位数百分点的速度增长，前六年的增长率超过35%，后四年稳定发展，年增长率约12%。90年代又开始了它的第三个发展时期。随着PLC的国际标准IEC61131的正式颁布，推动了PLC在技术上发动新的突破：1、在系统体系结构上，从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统发展；在编程语言上，文本化和图形化的语言多样

3、性，创造了更具表达控制要求、文字处理、通信能力的编程环境。2、从应用范围和应用水平上，除了继续发展机械加工自动生产线的控制系统外，则是发展以PLC为基础的DCS系统、监控和数据采SCADA系统、柔性制造系统（FMS）、安全联锁保护（ESD）系统、运动控制系统等，全方位地产提高PLC的应用范围和水平。3、进入90年代后期，由于用户对开放性的强烈要求和压力，由于信息技术的大力推动，PLC如果还停留在原有的专用而又封闭的系统概念上，它将坐以待毙。于是PLC进入了其发展的第四阶段。其特征是：（1）在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口等。（2）

4、采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准。（3）值得注意的是PLC和DCS这些原来处于不同硬件平台的系统，正随着计算技术、通信技术和编程技术的发展，趋向于建立同一硬件平台，运用同一个操作系统、同一个编程系统，执行不同的DCS和PLC功能。这就是真正意义上的EIC三电一体化。或者说DCS和PLC的形态将会变化，而它们的功能依然存在。其中的关键技术应该是嵌入式PC系统及支持现场总线的I/O（硬件），以及以IEC61161-3为基础的编程系统及强实时(hardreal-time)操作系统。二、PLC在中国的发展在中国，大约从1974、75年在北京和上海开始开发采用位片式微处理芯片的可编程顺序

5、控制器，并有所应用。但一直未能形成批量生产。在改革开放刚起步的1979年，在当时的机械部仪表局的推动下，开始从美国MODICON引进起584的PLC，并首先在电站的辅机如输煤、除灰除渣、水处理系统以及水泥厂等控制系统中成功应用，从而大大推动了PLC在我国工业的大规模运用。遗憾的是，花了很大一笔外汇的这个项目并不曾形成良性的有后续的发展。自1985年开始，小型PLC首先是日本三菱电机公司的MELSEC-F，通过非政府渠道进入中国市场。不到三、四年时间，小型PLC就形成了大面积的推广应用局面。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它知名品牌开始大举进入中国市场，占据中、大

6、型的PLC的较大份额。1995年后形成了大型PLC以欧美为主、中型PLC欧美和日本平分秋色、小型PLC则以日本为主、Siemens也步步紧逼的格局。至今没有很大改变。由上简要回顾可知，PLC在中国已经形成了规模巨大的应用市场，但并未建立批量生产、有持续开发发展能力的PLC制造业。应指出的是：在国内，PLC的应用水平还是不低的，自主设计、系统集成和现场投运的能力，可以说与国际主流水平同步；PLC的应用领域也很广泛，覆盖冶金、电力、化工、石油化工、机械、轻工、电子、电工、建材水泥等工业，以及现代农业机械和其它应用。近年来环保工业也有广泛应用，发展势头很猛。在国内有一支庞大的PLC销售、服务、应用、

7、系统集成队伍，遍布除西藏外的全国各地。有充足的理由说：PLC在中国已成为工业控制的一种适用技术。因此，PLC、软PLC以及IEC61131-3的发展，无可争辩地成了十分令人关注的事情。三、IEC61131国际标准在中国1992年以后，可编程序控制器国际标准IEC61131的各个部分陆续公布施行。中国的工业过程测量和控制标准化委员会按与IEC国际标准等效的原则，组织翻译出版工作。于1995年12月29日以GB/T15969.1,15969.2,15969.3,15969.4颁布了PLC的国家标准。该标准只涉及IEC61131的第一、第二、第三和第四部分，没有纳入1995年以后出版的第五部分通信、

8、第七部分模糊控制编程软件工具、第八部分IEC61131-3语言的实现导则。自标准颁布之后，并没有产生很大的影响。原因在于：中国不存在真正像样的PLC制造业；在中国国内有影响的PLC品牌并不积极推介；包括该标准的主管部门在内，很少有组织的推进活动。直到1998年以后，由于IEC61131-3在国际控制业界的影响越来越大，在中国国内有影响的PLC品牌开始提及自身品牌符合或兼容IEC61131-3；若干新推出的DCS系统也公开宣称，符合或兼容IEC61131-3。于是，人们才关注这个标准。在有关专业杂志上有专文介绍该标准的制订背景、重要性、标准的主要内容。中国机电一体化技术应用协会组织翻译了两名德国

9、作者Karl-HeinzJohn和Miachael Tiegelkamp写的专著：IEC61131-3：工业自动化系统的程序编制。现已由该协会内部发行。最近，中国机电一体化技术应用协会（CAMETA）与以开发基于IEC61131-3的编程系统称著的德国KW公司远东总经理Robert Champoud先生合作，组织协调有关IEC61131项目的研讨会活动，得到Siemens、Phoenix、富士电机的大力支持。这对于促进它的推广，有着深远的意义。四、软PLC在中国所谓软PLC实际就是在PC机的平台上、在Windows操作环境下，用软件来实现PLC的功能。此概念大约在1996年以后才被介绍到国内来

10、。由于这种技术尚不成熟，所以只有在学术界少数人对此关注。尽管Interllution和Wonderware的HMI和SCADA软件在我国推广都很成功，但它们的软逻辑、软PLC产品P-31和InControl却少有人问津。当然，这两家公司也不曾刻意去开发这个市场。Think&Do和Steeperchase的VLC都是1998、1999年进入中国市场的，特别是Think&Do花了很大的努力，至今仍不尽如人意。当然有一些成功应用，如邮件分拣系统。我感觉，这多少与它们不采用IEC61131-3，而是倡导用流程图编程语言不无关系。德国KW公司在1998年以后就在北京设立办事处，着力推广其符合IEC611

11、31-3的编程系统MULTIPROG和控制程序ProConOS。Siemens从2001年开始在国内推介其软PLC系列产品WinAC，已经有了一些应用。他们是很有战略眼光的。德国Inforteam公司的openPCS在国内也开始了市场开拓活动，2002年6月曾在上海的自动化展览会上举办过技术交流。我国自行开发的DCS系统，如上海自仪公司的SUPMAX-800，选用法国CJInternational公司的符合IEC61131-3的IsaGraf和美国的强实时操作系统Vxworks。北京的和理时已采用Inforteam的OpebPCS开发新的DCS。五、分析全世界控制设备的发展情况从全世界范围看，

12、软PLC/PC控制作为新兴产业正在发展。面对这种挑战，PLC仍在发展。据美国Venture Development Corp.报告，2000年全世界共销售DCS系统，PLC系统和PC控制系统达220亿美元。其中DCS40.5%；PLC46.3%；PC控制13.2%。这三种控制系统所用的分散型/远程I/O的市场销售额也为220亿美元。年增长率为6.6%。到2005年估计达300亿美元。从应用领域看，DCS仍然牢牢把握大规模连续流程工业（I/O达数千点）过程控制的应用。PLC已经拥入批量控制市场，在其传统的离散制造工业仍然占据绝对主导地位。软PLC/PC控制采用工控PC机（或嵌入式PC机）和强实时

13、OS，可实现PLC功能和运动控制。直至今日，PC控制在可靠性、安全性等方面还未取得广泛认可。据美国Venture Development Corp.报告，PLC与软PLC/PC控制相比具有以下优点：维修和服务系统健全，有经验的维护人员队伍庞大。电源故障不会产生大的影响。对低端应用，PLC具有极大的性能价格比优势。可靠性无可比拟，故障停机最少。加固型结构，适合工业环境应用。与PC机发展太快相比，PLC产品可长期供货，长期提供技术支持。PLC在工厂自动化中的地位之所以如此稳固，原因在于：PLC的技术具有长期的稳定性，软硬件均应用方便，即插即用，价格适中，堪称工业控制的适用技术。可以说当今工业控制所

14、要求的性能，PLC可满足85%至90%。其不足部分可用其它办法补充。近几年来PLC也在不断提高其技术内涵，融合了IT技术（包括以太网，因特网，无线网技术，现场总线技术，以及运用软件工程方法提升PLC的编程语言，开发全新的编程系统，等等）。PLC在开放性方面也有了实质性的突破。前十多年PLC被攻击的一个重要方面就是它的专有性，现在有了极大的改观。PLC采用了各种工业标准，如IEC61131，IEEE802.3以太网，TCP/IP，UDP/IP等，各种事实上的工业标准，如WindowsNT，OPC等。PLC在硬件上也有长足进步。微电子技术的进展全都运用到PLC中，元器件的集成度越来越高，促使PLC

15、成本下降和可靠性提高。专为PLC的CPU设计的PLC-on-a-chip芯片业已问世多年。PLC的高端产品在体系结构和操作系统上都有了质的变化,性能大幅提高。一个机架上可装多个CPU模块。也出现了以Web为基础的PLC系列产品。六、PLC、软PLC、IEC61131在中国的未来传统的PLC制造业不会在可预见的未来在国内建立和发展。但不排除软PLC在近期和可预见的未来，完全有可能在国内形成一定的气候。软PLC的I/O完全可以利用主流及一些有生命力的现场总线的系列产品。强实时操作系统可采用WindowsCE，NTE，VenturCom的RTX以及其它；只要它们能实现控制的时间确定性，即保证能以时间

16、高度一致的方式执行控制指令序列，并具有可预测的结果或行为。加入WTO以后，中国成为世界制造工厂的进程正在加速。我们有足够的理由相信，PLC、软PLC在中国的销售的年增长率会显著高于世界的平均年增长率。因此，对PLC、软PLC以及IEC61131的推广应用，特别是高水平的技术支持变得十分重要。随着现代工业的规模生产的发展，为提高企业的市场竞争力，引入管控一体化的体系结构ERP/MES/PCS，在国内已提到议事日程。作为基础自动化PCS层的主要工具-PLC的应对手段，应该是迅速加强PLC联网和通信开发能力，以及信息初加工的能力。在国内，就平均水平而言，精通或通晓PLC联网通信、PLC与计算机通信的

17、技术人员，与今后的需要相比，还有不少差距。为此，急需采取措施，加强培训。CAMETA在这方面也应有所作为。IEC61131-3是目前唯一的关于工控编程语言的国际标准。广泛应用于PLC、DCS、SCADA，甚至于运动控制。在国内IEC61131-3的推广应用肯定大有作为。关键问题在于采用那些措施加快进程。七、简短的结论和建议PLC、软PLC/PC控制、IEC61131-3及其相关软件（强实时操作系统、编程系统平台等），在今后的十年内仍是工业控制舞台上主角。这要求我们把握时机，认清方向，抢占先机。随着现场总线技术的迅速发展和现场总线产品的普遍采用，除了加强IEC61131-3的宣传推广外，还应多多宣传IEC61499这个弥补IEC61131-3不能适应分布式系统缺憾的新标准。在经过第一轮的IEC61131-3的巡回演讲活动之后，应通过各种工具宣传，让从事工控的技术人员，特别是PLC的编程人员都知道，不掌握IEC61131-3的编程语言，将会落伍，跟不上发展。CAMETA应重点扶植一两个开发软PLC/PC控制的公司，抓几个有典型意义的应用项目，如规模较大的制造业生产线，成功后加以总结推广，让业内人士认识到软PLC/PC控制的优越性。