OpenPLC--可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)

一、PLC的發(fā)展歷史

可編程邏輯控制器，又稱可編程控制器，有過多種定義?？梢钥醋魇且环N經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)，整個(gè)的設(shè)計(jì)原則就是簡(jiǎn)單與實(shí)用。

1968年，通用汽車公司的液壓部門為了消除既復(fù)雜又昂貴的繼電器控制系統(tǒng)，確立了第一個(gè)可編程控制器的招標(biāo)指標(biāo)。該設(shè)計(jì)規(guī)格需要固態(tài)系統(tǒng)和電腦技術(shù)，并要求能夠在工業(yè)環(huán)境中生存，也能夠方便地編程，并且可以重復(fù)使用。該控制系統(tǒng)將大大減少機(jī)器的停機(jī)時(shí)間，并為未來提供了可擴(kuò)展性。該招標(biāo)由DEC公司中標(biāo)，這套系統(tǒng)于1969年研制出來，這是第一臺(tái)可編程控制器，型號(hào)為PDP-14，應(yīng)用取得成功。其后，美國(guó)的MODICON公司也推出了同名的084控制器，1971年日本推出了DSC-80控制器，1973年西歐國(guó)家的各種可編程控制器也研制成功。這些早期的控制器滿足了最初的要求，并且打開了新的控制技術(shù)的發(fā)展的大門。

PLC的發(fā)展也是與計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，正是這些高新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了可編程控制器的發(fā)展。

從控制功能來看，可編程控制器的發(fā)展大致經(jīng)歷了4個(gè)階段：

1．初級(jí)階段：從第一臺(tái)PLC問世到20世紀(jì)70年代中期

由于第一代PLC是為了取代繼電器的，因此，主要功能是邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)功能。CPU由中小規(guī)模數(shù)字集成電路構(gòu)成。主要產(chǎn)品有：MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等。第一階段就采用了梯形圖語(yǔ)言作為編程方式，盡管有些枯燥，但卻形成了工廠的編程標(biāo)準(zhǔn)。

2．?dāng)U展階段：從20世紀(jì)70年代中期到70年代末期

這一階段PLC產(chǎn)品的控制功能得到很大擴(kuò)展。擴(kuò)展的功能包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的比較和運(yùn)算、模擬量的運(yùn)算等功能。這一階段的產(chǎn)品有MODICON的184，284，384，西門子公司的SIMATICS3系列，富士電機(jī)公司的SC系列產(chǎn)品。

3．通信階段：20世紀(jì)70年代末期到80年代中期

這一階段產(chǎn)品與計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展有關(guān)，形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)。但是，由于各制造商各自為政，通信系統(tǒng)也是各有各的規(guī)范。由于在很短的時(shí)間內(nèi)，PLC就已經(jīng)從汽車行業(yè)迅速擴(kuò)展到其它行業(yè)，作為繼電器的替代品進(jìn)入了食品、飲料、金屬加工、制造和造紙等多個(gè)行業(yè)。其次，產(chǎn)品功能也得到很大的發(fā)展。同時(shí)，可靠性進(jìn)一步提高。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的SIMATICS6系列，GOULD公司的M84，884等，富士電機(jī)的MICRO和TI公司的TI530等。

4．開放階段：從20世紀(jì)80年代中期開始

由于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了開放系統(tǒng)互連的參考模型OSI，使PLC在開放功能上有較大發(fā)展。主要表現(xiàn)為通信系統(tǒng)的開放，使各制造廠商的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議開始標(biāo)準(zhǔn)化，使用戶得益。此外，PLC開始采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件系統(tǒng)，增加高級(jí)語(yǔ)言編程，并完成了編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化工作。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500，德維森的V80和PPC11，加拿大ONLINECONTROL公司與合控電氣公司所開發(fā)的OPENPLC等。

二、PLC的特點(diǎn)

1．PLC的硬件和軟件進(jìn)展

PLC的技術(shù)從誕生之日起，就不停地發(fā)展。PLC的定義也經(jīng)過多次變動(dòng)。1987年，國(guó)際電工委員會(huì)IEC(InternationalElectricalCommittee)頒布了可編程序控制器最新的定義：

可編程控制器是一種能夠直接應(yīng)用于專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。

可見，PLC的定義實(shí)際是根據(jù)PLC的硬件和軟件技術(shù)進(jìn)展而發(fā)展的。這些發(fā)展不僅改進(jìn)了PLC的設(shè)計(jì)，也改變了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。這些改變，包括硬件和軟件的。

以下列出了PLC的硬件進(jìn)展：

采用新的、先進(jìn)的微處理器和電子技術(shù)達(dá)到快速的掃描時(shí)間；
小型的、低成本的PLC，可以替代4到10個(gè)繼電器，現(xiàn)在獲得更大的發(fā)展動(dòng)力；
高密度的I/O系統(tǒng)，以低成本提供了節(jié)省空間的接口；
基于微處理器的智能I/O接口，擴(kuò)展了分布式控制能力。典型的接口如：PID，網(wǎng)絡(luò)，CAN總線，現(xiàn)場(chǎng)總線，ASCII通信，定位，主機(jī)通訊模塊，和語(yǔ)言模塊（如BASIC，PASCAL）；
包括輸入輸出模塊和端子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，使端子更加集成；
特殊接口允許某些器件可以直接接到控制器上，如熱電偶、熱電阻、應(yīng)力測(cè)量、快速響應(yīng)脈沖等；
外部設(shè)備改進(jìn)了操作員界面技術(shù)，系統(tǒng)文檔功能成為了PLC的標(biāo)準(zhǔn)功能。
以上這些硬件的改進(jìn)，導(dǎo)致了PLC的產(chǎn)品系列的豐富和發(fā)展，使PLC從最小的只有十個(gè)I/O點(diǎn)的微型PLC，到8000點(diǎn)的大型PLC，應(yīng)有盡有。這些產(chǎn)品系列，用普通的I/O系統(tǒng)和編程外部設(shè)備，可以組成局域網(wǎng)，并與辦公網(wǎng)絡(luò)相連。整個(gè)PLC的產(chǎn)品系列概念對(duì)于用戶來說，是一個(gè)非常節(jié)約成本的控制系統(tǒng)概念。

與硬件的發(fā)展相似，PLC的軟件也取得了巨大的進(jìn)展，大大強(qiáng)化了PLC的功能：

PLC引入了面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ撸⑶腋鶕?jù)國(guó)際電工委員會(huì)的IEC61131-3的標(biāo)準(zhǔn)形成了多種語(yǔ)言；
小型PLC也提供了強(qiáng)大的編程指令，并且因此延伸了應(yīng)用領(lǐng)域；
高級(jí)語(yǔ)言，如BASIC，C在某些控制器模塊中已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，在與外部通訊和處理數(shù)據(jù)時(shí)提供了更大的編程靈活性；
梯形圖邏輯中可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)的功能塊指令，可以使用戶用簡(jiǎn)單的編程方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的軟件功能；
診斷和錯(cuò)誤檢測(cè)功能，從簡(jiǎn)單的系統(tǒng)控制器的故障診斷，擴(kuò)大到對(duì)所控制的機(jī)器和設(shè)備的過程和設(shè)備進(jìn)行診斷；
浮點(diǎn)運(yùn)算可以進(jìn)行控制應(yīng)用中計(jì)量、平衡和統(tǒng)計(jì)等所牽涉的復(fù)雜計(jì)算；
數(shù)據(jù)處理指令得到簡(jiǎn)化和改進(jìn)，可以進(jìn)行涉及大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、跟蹤和存取的復(fù)雜控制和數(shù)據(jù)采集和處理功能。
盡管PLC比原來復(fù)雜了很多，但是，他們依然保持了令人吃驚的簡(jiǎn)單性，對(duì)操作員來說，今天的高功能的PLC與三十年前一樣那么容易操作。

2．PLC的特點(diǎn)

PLC發(fā)展如此迅速的原因，在于它具有一些其它控制系統(tǒng)，包括DCS和通用計(jì)算機(jī)在內(nèi)，所不及的一些特點(diǎn)。下面對(duì)這些特點(diǎn)做一個(gè)介紹：

① 可靠性

可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性?？删幊炭刂破鞯目煽啃愿?，表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：

a) 可編程控制器不需要大量的活動(dòng)部件和電子元件，接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高；

b) 可編程控制器采用一系列可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如冗余設(shè)計(jì)，掉電保護(hù)，故障診斷，報(bào)警和運(yùn)行信息顯示和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性得到提高；

c) 可編程控制器有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，編程的出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高；

d) 可編程控制器的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的工業(yè)級(jí)元件，采用先進(jìn)的電子加工工藝（SMT）制造，對(duì)干擾采用屏蔽、隔離和濾波等；存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)，采用看門狗和自診斷措施，便于維修的設(shè)計(jì)等。

一份用戶選用PLC原因的調(diào)查報(bào)告指出：在各種選用PLC的原因中，首選原因是可靠性高的，占93%，其次，才是性能和維修方面的原因。

② 易操作性

PLC的易操作性表現(xiàn)在下列三個(gè)方面：

a) 操作方便：對(duì)PLC的操作包括程序的輸入和程序更改操作，大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和更改操作?，F(xiàn)在的PLC的編程器大部分可以用電腦直接進(jìn)行，更改程序也可根據(jù)所需地址編號(hào)、繼電器編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)等直接進(jìn)行搜索或按順序?qū)ふ?，然后可以在線或離線更改；

b) 編程方面：PLC有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以使用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電氣人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖相似，因此，很容易理解和掌握。采用語(yǔ)句表語(yǔ)言編程時(shí)，由于編程語(yǔ)句是功能的縮寫，便于記憶，并且與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以有利于編程人員的編程操作。功能圖表語(yǔ)言以過程流程進(jìn)展為主線，十分適合設(shè)計(jì)人員與工藝專業(yè)人員設(shè)計(jì)思想的溝通。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言編程方法的應(yīng)用尚未普及，但由于它們具有功能清晰，易于理解等優(yōu)點(diǎn)，而且與DCS組態(tài)語(yǔ)言統(tǒng)一，正受到廣大技術(shù)人員的重視。

c) 維修方便：PLC所具有的自診斷功能對(duì)維修人員的技術(shù)要求較低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯示和故障信號(hào)燈的提示等信息，或通過編程器和HMI屏幕的設(shè)定，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間，降低了MTTR。

為便于維修工作的開展，有些PLC制造商提供維修用的專用儀表或設(shè)備，提供故障維修樹等維修用資料；有些廠商還提供維修用的智能卡或插件板，使維修工作變得十分方便。此外，PLC的面板和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也考慮了維修的方便性。例如，對(duì)需要維修的部件設(shè)置在便于維修的位置，信號(hào)燈設(shè)置在易于觀察的位置，接線端子采用便于接線和更換的類型等，這些設(shè)計(jì)使維修工作能方便地進(jìn)行，大大縮短了維修時(shí)間。采用標(biāo)準(zhǔn)化元件和標(biāo)準(zhǔn)化工藝生產(chǎn)流水作業(yè)，使維修用備品備件簡(jiǎn)化等，也使維修工作變得方便。

③ 靈活性

PLC的靈活性主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

a) 編程的靈活性：PLC采用的標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言等。使用者只要掌握其中一種編程語(yǔ)言就可進(jìn)行編程，編程方法的多樣性使編程方便。由于PLC內(nèi)部采用軟連接，因此，在生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備更換后，可不必改變PLC的硬設(shè)備，通過程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)和數(shù)字電路控制系統(tǒng)所不能比擬的。正是由于編程的柔性特點(diǎn)，使PLC成為工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備，在柔性制造系統(tǒng)FMS，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）和計(jì)算機(jī)流程工業(yè)系統(tǒng)（CIPS）中，PLC正成為主要的控制設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用；

b) 擴(kuò)展的靈活性：PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展，即進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。它不僅可以通過增加輸入輸出卡件增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺(tái)PLC的通信來擴(kuò)大容量和功能，甚至可以與其它的控制系統(tǒng)如DCS或其它上位機(jī)的通信來擴(kuò)展其功能，并與外部的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這種擴(kuò)展的靈活性大大方便了用戶；

c) 操作的靈活性：操作的靈活性指設(shè)計(jì)工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡(jiǎn)化，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺(tái)和控制屏等。

④ 機(jī)電一體化

為了使工業(yè)生產(chǎn)的過程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對(duì)過程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化，即儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，具有體積小、功能強(qiáng)，抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、離散制造和過程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（PLC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一。

可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報(bào)表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設(shè)備的故障，這些技術(shù)上的改進(jìn)，讓PLC成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻(xiàn)者。

三、開放式PLC的概念

1．應(yīng)用中產(chǎn)生的開放性需求

長(zhǎng)期以來，制造與生產(chǎn)企業(yè)所采用控制系統(tǒng)大多是專用的、封閉的體系結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成系統(tǒng)的硬件是按照各自的標(biāo)準(zhǔn)量身定制的。無論是DCS，PLC還是FCS，雖然它們具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、產(chǎn)品批量大等優(yōu)點(diǎn)，但相對(duì)日新月異的生產(chǎn)要求，也越來越暴露出其固有的缺點(diǎn)。在許多情況下，當(dāng)用戶要想進(jìn)行功能上的擴(kuò)展或變化時(shí)，都必須求助于系統(tǒng)的提供商，如想把特殊要求融入到控制系統(tǒng)中去時(shí)，由于它們的封閉特性那是不可能的。再者，由于采用了專用的控制系統(tǒng)，如制造廠家想轉(zhuǎn)化一種控制系統(tǒng)也將變得極為困難。諸如此類，無形中不僅提高了制造企業(yè)的成本，也成為控制系統(tǒng)升級(jí)換代的"瓶頸"。

市場(chǎng)全球化的后果是競(jìng)爭(zhēng)空前劇烈，從而要求制造商具有較強(qiáng)的市場(chǎng)適應(yīng)能力，因而市場(chǎng)對(duì)適合中小批量加工，具有良好柔性和多功能性的制造系統(tǒng)的需求已逐步超過對(duì)大型單一功能的制造系統(tǒng)的需求。這一趨勢(shì)促成了一個(gè)新概念的產(chǎn)生，即模塊化、可重構(gòu)、可擴(kuò)充的軟硬件系統(tǒng)，這就是開放式控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)不僅能夠快速、經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)新的加工需求，而且為制造廠提供了將其技術(shù)與任何第三方的技術(shù)或產(chǎn)品進(jìn)行集成的可能性。

開放式控制系統(tǒng)的概念在80年代就已出現(xiàn)。早在1981年，美國(guó)國(guó)防部為了減少軍備制造對(duì)日本控制系統(tǒng)的依賴性，開始了名為“下一代控制器（NGC）”的計(jì)劃，并成立了“美國(guó)國(guó)家制造科學(xué)中心（NCMS）”，其主要目的是擬訂并推進(jìn)關(guān)于新一代開放式控制系統(tǒng)的詳細(xì)分析與規(guī)范。作為NGC的后續(xù)工作，美國(guó)國(guó)防部啟動(dòng)了OASYS項(xiàng)目，其目的是建立并安裝8套控制器，并在6種不同場(chǎng)所對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。其后有許多相關(guān)的研究計(jì)劃在世界各國(guó)相繼啟動(dòng)，其中影響較大的有美國(guó)的OMAC、歐洲的OSACA和日本的OSEC等計(jì)劃。但因?yàn)檫@些計(jì)劃的發(fā)起者是用戶而不是制造商，因此，進(jìn)程比較緩慢。

2．國(guó)際大型PLC制造商的開放路線

2003年，全球自動(dòng)化行業(yè)的控制系統(tǒng)市場(chǎng)大約為每年100億美元左右，其中99%被傳統(tǒng)的不開放系統(tǒng)所占據(jù)。據(jù)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)美國(guó)自動(dòng)化市場(chǎng)研究公司ARC（AUTOMATIONRESEARCHCORP）調(diào)查預(yù)計(jì)，在亞洲，基于PC的控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)的I/O模塊等開放式系統(tǒng)的銷售額預(yù)計(jì)近兩年的增幅達(dá)到145%，可見在控制系統(tǒng)市場(chǎng)中，開放系統(tǒng)的增長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。

資金永遠(yuǎn)是向高利潤(rùn)的方向流動(dòng)的，那么，國(guó)際的大型PLC制造商當(dāng)然不會(huì)對(duì)這么大的市場(chǎng)坐視不理。但是，分析這些PLC的制造商面對(duì)開放性的大趨勢(shì)所采取的策略，卻是微妙而饒有趣味的。

首先，國(guó)際大型控制系統(tǒng)雖然絕對(duì)有能力推出自己的開放式控制系統(tǒng)，但是卻都遲遲按兵不動(dòng)。什么原因呢？

幾乎所有的制造商都已認(rèn)識(shí)到了開放系統(tǒng)必將是自動(dòng)化系統(tǒng)的未來。無論是SIEMENS，GE，還是ROCKWELL，還是SCHNEIDR，在他們的新產(chǎn)品樣本中，都可以看到“開放性”的字樣。但是，他們的開放性通常都是在原有的系統(tǒng)上層加上一些接口實(shí)現(xiàn)局部的互連和通信，并非真正意義上的開放。不要說控制器的底層，就是在操作站這一層，他們?cè)趯?shí)現(xiàn)與外界通信方面還存在著重重困難。這種狀況的產(chǎn)生并不是由于他們無法開發(fā)出全開放的系統(tǒng)，而是出于其產(chǎn)品戰(zhàn)略考慮，不愿也不能這樣做。以西門子為例，目前，主推的是西門子用了15年時(shí)間才開發(fā)出來的S7系統(tǒng)，2002年的工業(yè)控制產(chǎn)品的銷售額約為140億馬克，如果西門子要推廣新的開放式系統(tǒng)，必然要爭(zhēng)奪現(xiàn)有的S7系統(tǒng)的市場(chǎng)，而新的系統(tǒng)能否為現(xiàn)有的西門子的用戶所接受，還是一個(gè)未知數(shù)，況且目前其它開放式系統(tǒng)的市場(chǎng)總額才幾億美元，盡管這個(gè)市場(chǎng)的增長(zhǎng)率較高，但西門子絕對(duì)不可能為了總共幾千萬美元且風(fēng)險(xiǎn)極大、競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)的少量市場(chǎng)而放棄已經(jīng)現(xiàn)成的數(shù)十倍的市場(chǎng)。西門子是這樣，GE、AB都是這樣。

那么，這些公司對(duì)于開放式系統(tǒng)市場(chǎng)是否只能坐視不理、無能為力呢？也不是。目前，各個(gè)公司均在考慮用現(xiàn)有的產(chǎn)品組合出形式上的“開放式”系統(tǒng)。如西門子的PCS7和TIA概念，實(shí)際上就是用工控機(jī)下掛S7的PLC而組成的概念性的系統(tǒng)，宣傳口號(hào)是“不僅僅是基于PC的PC控制”，典型地表示了其一方面不想在開放式系統(tǒng)領(lǐng)域落后于他人，同時(shí)又不想失去老用戶的復(fù)雜情結(jié)。GE-FANUC在2000年底推出了HCS，實(shí)際上就是用原來的產(chǎn)品FANUC90-30和90-70加上工控機(jī)和軟件而組成的概念性的產(chǎn)品，才用了“為用戶量身定做（TAILORED）”的概念，口號(hào)是“把DCS和PLC的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來”；也具有同樣的心理。類似的還有ROCKWELL-AB的CONTROL-LOGIX，都是將原有的專用系統(tǒng)加上“開放”的標(biāo)簽，半推半就地走上開放式系統(tǒng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的舞臺(tái)。這些控制系統(tǒng)巨頭的目的都是相同的，那就是既不錯(cuò)過開放式系統(tǒng)這班航船，又可以將原有的系統(tǒng)盡量多地銷售出去。

以上分析可以得出結(jié)論，在開放式系統(tǒng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的初級(jí)階段，國(guó)外各大控制系統(tǒng)制造商會(huì)迎合發(fā)展趨勢(shì)推出自己的開放式系統(tǒng)，但是均會(huì)以其目前的產(chǎn)品為基礎(chǔ)，在軟件平臺(tái)、通訊方面做些裝飾性的工作，而不會(huì)真正推出全方位的真正的開放式系統(tǒng)。因?yàn)檫@樣做，對(duì)他們現(xiàn)有系統(tǒng)的市場(chǎng)所帶來的損失是他們不愿承受的。

3．目前開放式系統(tǒng)開發(fā)存在的問題

目前國(guó)際上已有的開放性控制系統(tǒng)從嚴(yán)格的角度來看，它們還不具備開放性控制系統(tǒng)的本質(zhì)特征，仍有許多需要改進(jìn)之處。

首先，開放式控制系統(tǒng)的概念不清晰，沒有解決開放控制系統(tǒng)的平臺(tái)問題。各系統(tǒng)所采用的體系結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議并不一致，仍是自成體系，相互之間缺乏兼容性和互換性，而且對(duì)體系結(jié)構(gòu)的闡述都只限于具體實(shí)現(xiàn)層，沒有提高到理論的、抽象的層次上來，因而各系統(tǒng)軟硬件不具備可移植性和互操作性。

其次，沒有充分利用像Windows、UNIX、OS/2等新型操作系統(tǒng)。軟件開發(fā)思想與技術(shù)落后，始終處于甚至低于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的水平。沒有充分利用面向?qū)ο?、軟件重用等軟件工程中的新理論、新技術(shù)，而這些正是實(shí)現(xiàn)開放性控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

此外，產(chǎn)品的升級(jí)、更新、修改和維修仍然依賴于生產(chǎn)廠家，沒有提供相應(yīng)的開發(fā)工具和環(huán)境，用戶無法把自己的或任何第三方的思想或產(chǎn)品融入到系統(tǒng)中去。

問題是，目前各大控制系統(tǒng)制造商并非不了解這些問題現(xiàn)狀，而是不愿意進(jìn)行實(shí)質(zhì)的改進(jìn)來真正滿足用戶的要求，用戶要求開放式系統(tǒng)的目的是為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的信息流動(dòng)的無縫化和軟件、硬件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，目前各廠家所采取的措施充其量是幫助用戶向前邁了一小步，而且用戶必須為此付出高昂的費(fèi)用，如西門子的S7400僅通信模件所花的費(fèi)用就占整個(gè)系統(tǒng)的1/3以上，開放式系統(tǒng)應(yīng)有的性能價(jià)格比的提高用戶無法享受到。這種表面的開放性并不能代表真正的開放性，不少專家已毫不客氣地指出了這一點(diǎn)，許多明眼的用戶也認(rèn)識(shí)到了這個(gè)問題。

目前，全力致力于真正開放式系統(tǒng)開發(fā)的反而是一些新興的相對(duì)較小的公司，如美國(guó)的OPTO22，SOFTPLC，CONTROLSOFT以及英國(guó)的TRANSMITTON等等。這些公司沒有過去的包袱，所開發(fā)的產(chǎn)品的市場(chǎng)目標(biāo)也不存在搶自己飯碗的問題，所以他們可以沒有后顧之憂地宣傳。由于他們的產(chǎn)品是充分考慮了開放性的，今后將成為開放性控制系統(tǒng)的新的生力軍。但目前，這些公司普遍沒有信心對(duì)目前的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者所占據(jù)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)市場(chǎng)進(jìn)行全面進(jìn)攻，一般還是在鉆一些大公司不愿或忽視做的空白市場(chǎng)，在國(guó)際上沒有對(duì)現(xiàn)有的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者構(gòu)成威脅，因此，大公司對(duì)這些公司也沒有采取什么對(duì)策。

值得認(rèn)真分析的是，經(jīng)過兩年到三年的時(shí)間，開放式系統(tǒng)在目前被市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者壟斷的市場(chǎng)中打開了一個(gè)缺口后，如占到了10%或20%左右的份額時(shí)，那些目前的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者一定會(huì)加以重視，因?yàn)榧词顾麄冏约翰蝗ト〈袭a(chǎn)品，可能別的新興公司也要取而代之了。這時(shí)，他們一定會(huì)全力反撲，紛紛推出自己的新一代開放式產(chǎn)品。這些大公司的轉(zhuǎn)向，可以加速用戶對(duì)開放性系統(tǒng)的接受進(jìn)程，更快地推進(jìn)開放式系統(tǒng)的市場(chǎng)步伐。這時(shí)，大公司和小公司在開放性控制系統(tǒng)方面將站在同一個(gè)起跑線上，相對(duì)公平地從價(jià)格、服務(wù)、系統(tǒng)集成經(jīng)驗(yàn)等各方面來進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，控制系統(tǒng)長(zhǎng)期被數(shù)家巨頭所壟斷的局面可望在開放式系統(tǒng)普及后被打破。

四、PLC如何能夠更加開放

1．PLC在競(jìng)爭(zhēng)中的興起

從控制系統(tǒng)的角度看，各類控制系統(tǒng)的相互融合的情況已經(jīng)出現(xiàn)了。但認(rèn)真分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，PLC在這些控制系統(tǒng)中是比較獨(dú)特的一類。在現(xiàn)代各類控制系統(tǒng)中，PLC是誕生最早的工業(yè)控制器，每個(gè)新的控制器出來都揚(yáng)言要取代PLC，從DCS，到工控機(jī)，到現(xiàn)場(chǎng)總線，到嵌入式控制系統(tǒng)。這種情況的產(chǎn)生，一方面是由于早期的PLC的不開放造成的，但另一方面，也是由于PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域所占的比重份額太大引起的。但技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展的結(jié)果是，隨著新的技術(shù)越來越多，PLC不僅沒有逐漸被任何一種新的系統(tǒng)取代，反而在逐漸蠶食其它控制系統(tǒng)的市場(chǎng)。

比如，在流程工業(yè)，過去DCS占了絕對(duì)的統(tǒng)治地位，但現(xiàn)在，在中小型的工業(yè)裝置方面，已經(jīng)有相當(dāng)大的控制系統(tǒng)被PLC系統(tǒng)所取代。即便在大型系統(tǒng)中，現(xiàn)在各類DCS也面臨著高端PLC的威脅。這種現(xiàn)象的原因，一方面是由于PLC的技術(shù)不斷發(fā)展，DCS過去所獨(dú)有的一些復(fù)雜控制功能現(xiàn)在PLC基本上全部具備；第二是由于PLC的操作的簡(jiǎn)單性所決定的；第三，也是最重要的一點(diǎn)，就是，PLC的價(jià)格和成本是DCS系統(tǒng)所無法比擬的。

在低端設(shè)備，比如許多工業(yè)設(shè)備的控制器，過去是由單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)所控制的，現(xiàn)在也越來越多地被PLC所取代。從材料成本上來說，PLC的成本比單片機(jī)要高，但是，由于PLC所具有的編程的靈活性，使得用戶在開發(fā)新機(jī)型的時(shí)候，不必為新機(jī)型開發(fā)一個(gè)新的單片機(jī)控制器，而只要簡(jiǎn)單地在一個(gè)PLC的軟件上進(jìn)行程序更改即可，這大大降低了用戶的開發(fā)成本。因此，越來越多的機(jī)械逐步放棄了原來的專用控制器的方式，而改用PLC作為機(jī)械設(shè)備的主要控制器。

在原來大量采用工控機(jī)系統(tǒng)的場(chǎng)合，工控機(jī)也越來越多被PLC取代，而工控機(jī)則逐漸從實(shí)時(shí)控制退到只負(fù)責(zé)操作站的層面。而且，大家漸漸發(fā)現(xiàn)，這種工控機(jī)加PLC的結(jié)構(gòu)，提供了最優(yōu)良的控制性能、最方便的操作、最低的成本。因此，逐漸開始在越來越多的地方采用?？梢哉f，工控機(jī)的誕生不僅沒有削減PLC的份額，卻因?yàn)楣た貦C(jī)的運(yùn)算功能、圖形處理能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力彌補(bǔ)了PLC的不足，而PLC的可靠性則大大彌補(bǔ)了工控機(jī)的弱點(diǎn)，因此，工控機(jī)的誕生反而大大促進(jìn)了PLC在更多場(chǎng)合的應(yīng)用。

同樣，在離散制造業(yè)，PLC作為一種設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集的方便器件，在企業(yè)實(shí)施ERP和CIMS系統(tǒng)時(shí)，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸提供了無與倫比的方便性。目前，無論是數(shù)控、機(jī)械還是傳動(dòng)、物流等行業(yè)，都把PLC作為控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的首選。

因此，至少?gòu)默F(xiàn)在來看，PLC在各類控制系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)中逐漸占了上風(fēng)。但是，隨著競(jìng)爭(zhēng)的白熱化，PLC也面臨著一個(gè)發(fā)展瓶頸，那就是各類系統(tǒng)的不開放，或者說假開放。

2．工業(yè)以太網(wǎng)——真正開放的現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)

從根本上來說，開放式控制系統(tǒng)要具備：采用從操作系統(tǒng)到通訊協(xié)議都是通用的系統(tǒng)。目前，操作系統(tǒng)其實(shí)只有WINDOWS、UNIX等少數(shù)幾種，而通訊總線問題，則沒有什么疑義。在工控界爭(zhēng)論不休的問題，在計(jì)算機(jī)界早就停息了。事實(shí)上，用戶們?cè)缫炎鞒隽诉x擇，那就是：以太網(wǎng)總線，它占了全球所有計(jì)算機(jī)通訊總線的96%！而其余所有的總線只占了不到4%。因此，工業(yè)界所有的總線向以太網(wǎng)的方向靠攏，是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的。

眾所周知，以太網(wǎng)最初是為辦公自動(dòng)化設(shè)計(jì)的，因此沒有考慮到工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的一些要求。特別是，它采用的CSMA/CD介質(zhì)訪問控制機(jī)制，具有通訊延時(shí)不確定的缺點(diǎn)，不能滿足工業(yè)自動(dòng)化控制的實(shí)時(shí)通信需求。因此，在20世紀(jì)90年代以前，很少有人將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。

近幾年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及與推廣，以太網(wǎng)也得到了飛速發(fā)展，特別是以太網(wǎng)通訊速率的提高、以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)的非確定性問題帶來了新的契機(jī)：首先，以太網(wǎng)的通信速率一再提高，從10Mbps，到100Mbps甚至到10Gbps，在相同通信量的情況下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕和碰撞的減少，也就意味著提高確定性；其次，以太網(wǎng)交換機(jī)為連接在其端口上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供了獨(dú)立的帶寬，連接在同一個(gè)交換機(jī)上的不同的設(shè)備不存在資源的爭(zhēng)奪，這就相當(dāng)于每個(gè)設(shè)備獨(dú)占一個(gè)網(wǎng)段；第三，全雙工技術(shù)又為每個(gè)設(shè)備與交換機(jī)端口之間提供了發(fā)送與接收的專用通道，因此使不同的以太網(wǎng)設(shè)備之間的沖突大大降低（半雙工交換式）或完全避免（全雙工交換式）。因此，以太網(wǎng)成了確定的網(wǎng)絡(luò)，從而為它應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制消除了主要的障礙。

與其它現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、成本低廉、通信速率高、軟硬件資源豐富、易于與INTERNET連接、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)點(diǎn)，因此，不僅壟斷了工廠綜合自動(dòng)化的信息管理層網(wǎng)絡(luò)，而且在過程監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)也得到了廣泛應(yīng)用，并有直接向下延伸，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)。

從通訊網(wǎng)絡(luò)的角度來看，采用扁平式和樹型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，如果能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信，其實(shí)，要求上下所有的硬件采用同樣的操作系統(tǒng)是不經(jīng)濟(jì)的。比如，在上位機(jī)，用于顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能是主要的功能。這時(shí)，采用WINDOWS的操作系統(tǒng)是沒有什么問題。而在底層控制端，則只要采用類似RTOS或VXWORKS這樣的操作系統(tǒng)會(huì)更好，不僅是價(jià)格便宜，而且還能夠更可靠地執(zhí)行實(shí)時(shí)控制任務(wù)。

目前，PLC之所以能夠在越來越多的場(chǎng)合取得應(yīng)用，同前面所提到的PLC的特點(diǎn)是分不開的。這些特點(diǎn)就是：可靠性，易操作性，和靈活性。這些特點(diǎn)是PLC必須要保留的。這些特點(diǎn)的形成，是由PLC的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部軟件和硬件的構(gòu)成特點(diǎn)決定的，同時(shí)也是PLC之所以是PLC是不是其它控制系統(tǒng)的標(biāo)志。而PLC的缺點(diǎn)，則是在處理大量數(shù)據(jù)包括圖形等方面的運(yùn)算能力不足的方面。實(shí)際上，在工業(yè)應(yīng)用中，需要實(shí)時(shí)控制而同時(shí)又需要處理大量信息的場(chǎng)合雖然存在，但并不多見。因此，只要能解決PLC的通訊問題，可以讓PLC來?yè)?dān)負(fù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制任務(wù)，而將數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、顯示等任務(wù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)，傳到其它系統(tǒng)中，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成，這是解決開放式控制系統(tǒng)的根本方式。也是開放式PLC的設(shè)計(jì)的思想基礎(chǔ)。

開放式PLC將最常見也是今后控制系統(tǒng)最常用的通訊接口------以太網(wǎng)和串口內(nèi)置進(jìn)了PLC的CPU單元，使PLC在保持傳統(tǒng)各種可靠功能的同時(shí)，可以低成本地具備通訊的功能。而且，專門開發(fā)了靈活而方便的通訊模塊，用這些通訊模塊，只要簡(jiǎn)單地輸入各類協(xié)議，就可以將這些模塊作為一種專用協(xié)議的控制模塊來使用，而價(jià)格十分低廉。同時(shí)，更令人驚異的是，在OpenPLC內(nèi)部，還具有JAVA功能，和WebServer功能，也就是說，即使不用上位機(jī)，OpenPLC可以將PLC的狀態(tài)，包括故障報(bào)警信息和事件處理信息通過通訊模塊自動(dòng)傳送到互聯(lián)網(wǎng)上，用戶可以通過電子郵件的方式來接收這些信息，也可以通過移動(dòng)通信系統(tǒng)，利用手機(jī)的短信方式來接收這些信息，甚至可以通過GPRS、CDMA等先進(jìn)的通訊方式來進(jìn)行控制信息的跨越時(shí)空的通信。這些通訊，使用戶可以最及時(shí)地了解到設(shè)備的運(yùn)行狀況，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)于生產(chǎn)過程控制、制造過程的信息化、生產(chǎn)過程和管理的優(yōu)化等都有極大的幫助。

同時(shí)，在傳統(tǒng)的控制功能方面，開放式PLC盡量保留了傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點(diǎn)，如模塊式結(jié)構(gòu)，多種編程語(yǔ)言，嚴(yán)格的可靠性設(shè)計(jì)，甚至是與PLC完全相同的生產(chǎn)工業(yè)，這樣，使得原來的PLC用戶在使用開放式PLC的時(shí)候并不會(huì)產(chǎn)生任何不適應(yīng)的感覺，除了上面所提到的一些新的功能外，其它的方面，如選型、編程、組態(tài)等，完全與傳統(tǒng)的PLC一樣。

可以預(yù)見的是，OpenPLC的出現(xiàn)，必將改變控制系統(tǒng)的格局，尤其是對(duì)于現(xiàn)有PLC的制造商來說，將在市場(chǎng)和應(yīng)用方面產(chǎn)生巨大的沖擊。

五、真正開放的PLC——OpenPLC

1．OpenPLC概念的由來

OpenPLC的概念也是在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中產(chǎn)生的。1995年，在中國(guó)的馬鞍山鋼鐵公司的動(dòng)力調(diào)度中心，面臨一個(gè)問題，動(dòng)力調(diào)度中心要監(jiān)控馬鋼來自發(fā)電廠、水廠、煤氣廠和動(dòng)力廠（負(fù)責(zé)電力輸送）的各類能源和動(dòng)力信號(hào)，但這四個(gè)數(shù)據(jù)來源，包括這些能源與動(dòng)力的輸送的管網(wǎng)所涉及的上百個(gè)變電所、增壓站和泵站的自身的控制系統(tǒng)是不兼容的，有的還是專用系統(tǒng)，不僅沒有協(xié)議，連開發(fā)人都已經(jīng)無法找到。除了通訊不兼容外，連這幾個(gè)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)也大相徑庭，電廠是類似于DCS的結(jié)構(gòu)，水廠和氣廠是PLC結(jié)構(gòu)，動(dòng)力廠是SCADA結(jié)構(gòu)，對(duì)集成人員理解系統(tǒng)也形成了較大的困難。該項(xiàng)目最后雖然沒有用OpenPLC解決（當(dāng)時(shí)還沒有），但該項(xiàng)目的需求導(dǎo)致了OpenPLC的誕生。

針對(duì)過程控制和離散制造業(yè)普遍存在的，各類控制要求不同的系統(tǒng)的互連的問題，本文作者提出了設(shè)計(jì)一個(gè)新型的開放式控制系統(tǒng)的構(gòu)想。因?yàn)樵撓到y(tǒng)的目的是要盡可能地適用各類不同的應(yīng)用場(chǎng)合，因此，定名為開放式可編程控制系統(tǒng)，而英文則是OpenProgrammableLogicController，縮寫為OpenPLC。該系統(tǒng)從1995年開始構(gòu)思，到1997年基本明確設(shè)計(jì)思想，幾條主要的設(shè)計(jì)原則如下：

① OpenPLC應(yīng)該是一種以PC技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，尤其是在能夠發(fā)揮出PC特色的場(chǎng)合（如網(wǎng)絡(luò)，與外界的連接，優(yōu)化，專家系統(tǒng)，操作界面，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，文件記錄和打印等），工作由以PC為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來承擔(dān)；

② 在底層，需要高可靠和實(shí)時(shí)控制時(shí)，由分散控制系統(tǒng)承擔(dān)，但它不同于現(xiàn)場(chǎng)總線，它不是基于儀表的系統(tǒng)，而是基于系統(tǒng)的系統(tǒng)，儀表仍是普通儀表，只是將I/O和控制單元放在了現(xiàn)場(chǎng)，傳回中央控制室的是數(shù)字信號(hào)，而不是模擬的4—20mA信號(hào)，要求原來的儀表仍然可用；

③ 在I/O點(diǎn)較集中的場(chǎng)合，可以采用類似于DCS或PLC的機(jī)柜或機(jī)架，內(nèi)部模塊用總線或網(wǎng)絡(luò)連接，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該具有較高的可靠性，同時(shí)有較好的兼容性和開放性；

④ 系統(tǒng)應(yīng)該具有真正的分布性，前端可集中，也可以延續(xù)幾百米、幾公里甚至幾千公里（在地球的另一端），為此，系統(tǒng)必須具備與TCP/IP兼容的協(xié)議和WEB服務(wù)器；

⑤ 規(guī)模也可以從小至幾十點(diǎn)，大至幾千點(diǎn)甚至幾十萬點(diǎn)。系統(tǒng)I/O規(guī)模的增加不應(yīng)該導(dǎo)致系統(tǒng)的大的改變。

OpenPLC的概念的創(chuàng)始人建立了德維森公司，當(dāng)時(shí)公司很小，沒有開發(fā)硬件和軟件的實(shí)力；因此他們采取了OEM的方式，也就是利用國(guó)際上其它公司的合適的軟件和硬件來實(shí)現(xiàn)OpenPLC的系統(tǒng)理念。所幸，這時(shí)國(guó)際上也開始興起了開放式系統(tǒng)的浪潮，涌現(xiàn)出了一批熱衷于開放式系統(tǒng)的公司（但沒有一家是有名氣的大公司）。該系統(tǒng)一開始曾經(jīng)受過日本橫河公司的CENTUMCS的概念的啟發(fā)，也考慮了ROSEMOUNT的DELTA-V的現(xiàn)場(chǎng)總線與PC-BASED的合一的開放概念，也參考過美國(guó)OPTO22的SNAPI/O系統(tǒng)的帶有以太網(wǎng)接口的I/O模塊，但上述系統(tǒng)的昂貴的價(jià)格使得OpenPLC不得不尋求更新的價(jià)格。最終，對(duì)OpenPLC影響最大的，是美國(guó)SOFTPLC的概念，OpenPLC的研究小組希望將SOFTPLC的概念成功在更廣的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，為了擺脫SOFTPLC的品牌關(guān)聯(lián)，當(dāng)時(shí)決定以柔性控制系統(tǒng)TCS(Tailored Control System)的名稱形成了開放式可編程控制系統(tǒng)的前身系統(tǒng)。

第一套TCS的誕生所采用的是***盟立自動(dòng)化公司生產(chǎn)的FAMA的PLC的硬件，但在通訊方面做了加強(qiáng)。1998年，盟立公司準(zhǔn)備打入大陸市場(chǎng)，在廣州自動(dòng)化展覽會(huì)上，德維森公司發(fā)現(xiàn)盟立的硬件結(jié)構(gòu)比較適合實(shí)現(xiàn)柔性控制系統(tǒng)的理念，與盟立公司達(dá)成了OEM的協(xié)議。但在系統(tǒng)構(gòu)架和市場(chǎng)推廣應(yīng)用方面，OpenPLC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

TCS的第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用是馬鋼第一煉鐵廠的高爐監(jiān)控系統(tǒng)，該套系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)過程控制系統(tǒng)，但又加入了過程燃燒優(yōu)化和專家系統(tǒng)，同時(shí)，高爐的所有數(shù)據(jù)都在第一時(shí)間通過LAN和WEBSERVER送到了生產(chǎn)調(diào)度和廠長(zhǎng)辦公室等管理部門，形成了信息化制造系統(tǒng)的雛形。隨后，隨著TCS在云南個(gè)舊化肥廠、攀鋼熱電廠、邯鄲鋼鐵廠、深圳高科豫電廠、水廠等行業(yè)的應(yīng)用，確立了在連續(xù)流程中作為過程控制系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。2001年，OpenPLC在廣東中山彎管機(jī)上實(shí)現(xiàn)了與機(jī)械的NC技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的結(jié)合，進(jìn)入了CAM應(yīng)用領(lǐng)域。

因?yàn)門CS的概念的先進(jìn)性和實(shí)用性，中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)于2000年8月對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了專家鑒定和評(píng)審，會(huì)議由中國(guó)的原子彈和氫彈元?jiǎng)?、中?guó)政府高技術(shù)863計(jì)劃的倡議人、中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)工程院兩院院士楊嘉墀主持，系統(tǒng)被認(rèn)為具有國(guó)際先進(jìn)水平，隨后，在2001和2002年，TCS獲得廣東省和深圳市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

與此同時(shí)，OpenPLC的研究小組認(rèn)為TCS的概念仍然太過籠統(tǒng)，并且試圖用一種系統(tǒng)涵蓋所有的應(yīng)用的想法有些不切實(shí)際。因此，重新審視OpenPLC的概念，認(rèn)為開始以開放式PLC的概念從PLC的產(chǎn)品向其它控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域延伸是比較好的想法。隨后成立的加拿大在線控制有限公司和中國(guó)的合控電氣（深圳）有限公司繼續(xù)在OpenPLC這個(gè)概念上研發(fā)，新一代的OpenPLC產(chǎn)品于2003年底終于重新面世。隨后，OpenPLC在數(shù)控切割機(jī)、注塑機(jī)、機(jī)車監(jiān)控系統(tǒng)、污水處理設(shè)備的應(yīng)用，開辟了在機(jī)械OEM系統(tǒng)等離散制造業(yè)中的應(yīng)用。

2004年，OpenPLC在加拿大阿爾伯達(dá)省的LANDPETROLEUM公司的一個(gè)天然氣處理廠和天然氣田作為SCADA系統(tǒng)得到應(yīng)用。該系統(tǒng)除了通過無線數(shù)字電臺(tái)將井口的數(shù)據(jù)傳到氣處理廠的中央控制室外（這是標(biāo)準(zhǔn)的SCADA系統(tǒng)的功能），另外增加了兩個(gè)引人注目的功能，一個(gè)是將所有的數(shù)據(jù)通過北美移動(dòng)公司的網(wǎng)絡(luò)上連互聯(lián)網(wǎng)，使油田的業(yè)主在300公里外的卡加利總部可以看到一分鐘以前的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)，不僅可以了解氣田的實(shí)時(shí)銷售狀況，也便于總部的工程師隨時(shí)了解井口和廠區(qū)的狀況，對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行診斷；另一個(gè)是在井口的控制器中，結(jié)合采油增產(chǎn)工藝對(duì)栓塞式增產(chǎn)工藝進(jìn)行了控制，將增產(chǎn)工藝成功地以軟件功能塊的方式存儲(chǔ)在OpenPLC的井口生產(chǎn)控制器中，達(dá)到了增產(chǎn)20%的效果。該套系統(tǒng)的成功使用，標(biāo)志著OpenPLC作為E-PRODUCTION的基礎(chǔ)系統(tǒng)得到了實(shí)踐的驗(yàn)證。同年，OpenPLC在美國(guó)通用汽車的別克轎車的大燈開關(guān)的壽命測(cè)試儀上進(jìn)行投入使用，該項(xiàng)目由美國(guó)EMERSON公司在深圳的工廠招標(biāo)采用，考慮到世界第一臺(tái)PLC就是通用汽車使用的，這一臺(tái)OpenPLC在通用汽車的開關(guān)生產(chǎn)線的測(cè)試設(shè)備上使用，也具有特殊的意義。

2．OpenPLC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

① 傳統(tǒng)系統(tǒng)的不開放帶來的不便

目前，市場(chǎng)上的PLC產(chǎn)品基本上由十幾家公司占據(jù)，這些公司大部分是著名的跨國(guó)公司，包括SIEMENS、ROCKWELL、GE、三菱、SCHNEIDER、ABB、KOYO等等。目前，幾乎所有的系統(tǒng)都是由原廠家開發(fā)的不兼容系統(tǒng)，當(dāng)初都是由其各自獨(dú)立按自己的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)出來的，互相之間不能互連。雖然最近各廠家都開發(fā)了通訊模件，但都價(jià)格昂貴，而且與外界的通訊由于各種原因都未做到完全通暢。許多制造業(yè)用戶特別是大型企業(yè)為了避免過分依賴一家系統(tǒng)提供商而形成的商業(yè)和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，通常會(huì)同時(shí)采用幾家不同的控制系統(tǒng)。而傳統(tǒng)系統(tǒng)的不開放和不兼容令企業(yè)難以充分利用自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)企業(yè)內(nèi)部的系統(tǒng)集成、系統(tǒng)升級(jí)和管理帶來了極大的困難。如何將控制系統(tǒng)互連以及與ERP和MES系統(tǒng)相連，形成由生產(chǎn)過程的最低層生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到管理決策人員的無縫的雙向信息流，是許多企業(yè)自動(dòng)化和信息人員以及領(lǐng)導(dǎo)層關(guān)心的問題，而對(duì)于這個(gè)問題，傳統(tǒng)的封閉式的控制系統(tǒng)是無法解決的。

此外，各廠家的PLC系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)、控制指令、通信標(biāo)準(zhǔn)都不能共用，這樣，一旦用戶購(gòu)買了某一種專用系統(tǒng)，就被迫繼續(xù)采用，因?yàn)楫?dāng)他們由于某些原因想改換PLC時(shí)，工程師不得不學(xué)習(xí)另外的新的編程語(yǔ)言。這是為什么要指定IEC61131-3，為所有的可編程控制器訂立編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)的原因。專用系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工程、維護(hù)都需要專門進(jìn)行，造成其生產(chǎn)成本以及售價(jià)都居高不下。

今天制造企業(yè)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的維護(hù)升級(jí)等技術(shù)支持的要求很高，同時(shí)要求系統(tǒng)供應(yīng)商了解工廠的制造工藝，并需要一個(gè)專業(yè)的技術(shù)支持，對(duì)制造專用系統(tǒng)的公司來說，在一個(gè)區(qū)域性市場(chǎng)要保持一支經(jīng)過良好訓(xùn)練的維護(hù)隊(duì)伍成本很高，這個(gè)原因?qū)е铝丝刂葡到y(tǒng)的技術(shù)服務(wù)難以令人滿意，即使有服務(wù)，其備件和人工費(fèi)也都很昂貴。由于系統(tǒng)是專用的，用戶對(duì)這種狀況沒有其它選擇。大家知道，設(shè)備所造成的停產(chǎn)代價(jià)是非常之大的，而且現(xiàn)代工廠需要對(duì)生產(chǎn)過程不斷進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此制造企業(yè)迫切需要一個(gè)高靈活性的、兼容能力強(qiáng)、低成本、可靠并具有強(qiáng)大的通信能力的系統(tǒng)和良好的技術(shù)支援服務(wù)，傳統(tǒng)的PLC公司在解決這方面的問題上尚未做到令人滿意。

② OpenPLC的開放性給用戶的好處

OpenPLC就是因應(yīng)這種需求而產(chǎn)生的一種開放式的控制系統(tǒng)平臺(tái)，其長(zhǎng)處在于具有開放性和通用性的特點(diǎn)，它并非專為某一個(gè)或兩個(gè)行業(yè)所設(shè)計(jì)的，而是可以適合許許多多不同的行業(yè)，并應(yīng)用在不同的場(chǎng)合。而且，由于它所具有的開放性特點(diǎn)，還可以和目前的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)混合使用，并不斷地升級(jí)和延伸，因此受到市場(chǎng)的歡迎。

OpenPLC的自動(dòng)化平臺(tái)也是最徹底的開放式方案，國(guó)際上的各大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手雖然也推出了開放式系統(tǒng)的概念，但通常都是在原有的系統(tǒng)上層加上一些接口，實(shí)現(xiàn)局部的互連和通信，并非真正意義上的開放；而OpenPLC把PC兼容的技術(shù)引入到現(xiàn)場(chǎng)控制器內(nèi)部，系統(tǒng)采用WINTEL芯片和軟件結(jié)構(gòu)，通訊采用全球通用的Ethernet協(xié)議TCP/IP作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和現(xiàn)場(chǎng)控制總線協(xié)議，并且內(nèi)部可以內(nèi)置Web-Server因此具有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。用戶還可以通過互聯(lián)網(wǎng)或公司內(nèi)部的Intranet網(wǎng)絡(luò)來訪問任何現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并實(shí)行控制，反過來，供應(yīng)商也可以通過Internet對(duì)用戶的系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，從而實(shí)現(xiàn)全天候的低成本的24小時(shí)的技術(shù)支持服務(wù)。

OpenPLC的特點(diǎn)是開放性，是將電子、通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)（IT）方面的國(guó)際最新技術(shù)成果在自動(dòng)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，全球的IT業(yè)都有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢(shì)，也就是任何一家公司只要按照標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，都可以和世界上任何一家大公司的產(chǎn)品兼容或競(jìng)爭(zhēng)。所以有關(guān)的技術(shù)目前在國(guó)際各種媒體包括互聯(lián)網(wǎng)上可以方便地得到，這就使OpenPLC的制造商和系統(tǒng)集成商可以借助國(guó)際上所有的IT行業(yè)的最新成果，包括INTEL、MICROSOFT、IBM等國(guó)際眾多巨型公司的技術(shù)和力量來和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的專業(yè)公司抗衡，相當(dāng)于是借助了全球IT行業(yè)的技術(shù)力量來進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)。同時(shí)，這些技術(shù)雖然是通信、電腦、網(wǎng)絡(luò)、軟件等行業(yè)的通用技術(shù)，但也并不是可以直接用在自動(dòng)化行業(yè)的，必須對(duì)之進(jìn)行加工、改造，尤其是在抗干擾和可靠性方面以及如何適應(yīng)工業(yè)控制的具體情況等方面進(jìn)行大量細(xì)致的工作。

另外，通過采用通用的產(chǎn)品與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使OpenPLC的制造商可以低成本地利用標(biāo)準(zhǔn)器件和現(xiàn)有技術(shù)，如大量的通用軟件如通訊軟件、網(wǎng)絡(luò)軟件、圖形軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件使開發(fā)成本大大降低，研發(fā)周期大大縮短，所用的元器件也由于是與主流技術(shù)兼容的產(chǎn)品而可以低成本方便地得到。使OpenPLC可以做到在價(jià)格比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的價(jià)格低三到五成的情況下仍然能夠保證較高的邊際利潤(rùn)。OpenPLC由于其所具有的開放性和靈活的通訊特點(diǎn)，可以構(gòu)成足以令人眼花繚亂的各種各樣的控制系統(tǒng)，但是，OpenPLC的基本單元是十分簡(jiǎn)單的。除了前述的開放性特點(diǎn)之外，OpenPLC還有一個(gè)最為重要的特點(diǎn)，那就是簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單就是美，OpenPLC所有的解決方案，從設(shè)計(jì)到應(yīng)用，從軟件到硬件，從集成到組態(tài)，處處都體現(xiàn)出“簡(jiǎn)單”的特點(diǎn)。

六、結(jié)束語(yǔ)

PLC的未來發(fā)展不僅取決于產(chǎn)品本身的發(fā)展，還取決于PLC與其它控制系統(tǒng)和工廠管理設(shè)備的集成情況。PLC通過網(wǎng)絡(luò)，被集成到計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）系統(tǒng)中，把他們的功能和資源與數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)以及分層軟件系統(tǒng)結(jié)合起來，在工廠的未來發(fā)展中，將占據(jù)重要的地位。

新的PLC的技術(shù)進(jìn)展包括：更好的操作員界面，圖形用戶界面（GUI），人機(jī)界面；也包括與設(shè)備、硬件和軟件的接口；并支持人工智能，比如邏輯I/O系統(tǒng)等。

軟件進(jìn)展將采用廣泛使用的通訊標(biāo)準(zhǔn)提供不同設(shè)備的連接，新的PLC指令將立足于增加PLC的智能性，基于知識(shí)的學(xué)習(xí)型的指令也將逐步被引入，以增加系統(tǒng)的能力。

用戶對(duì)于柔性制造系統(tǒng)的需求將決定未來的控制哲學(xué)?？梢钥隙ǖ氖?，未來的工廠自動(dòng)化中，PLC將肯定占據(jù)重要的地位，控制策略將被智能地分布開來，而不是集中，超級(jí)PLC將在需要復(fù)雜運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)通信和對(duì)小型PLC和機(jī)器控制器的監(jiān)控的應(yīng)用中獲得使用。

所有上述的發(fā)展，都取決于一個(gè)因素：PLC的開放性。只有開放了，PLC才能與其它控制系統(tǒng)集成；只有開放了，PLC才能與CIM、機(jī)器人、CAD/CAM、個(gè)人計(jì)算機(jī)、MIS結(jié)合，在工廠的未來發(fā)展中占有重要地位；只有開放了，PLC才可能發(fā)展更好的人機(jī)界面，才能與其它設(shè)備具備更靈活的接口；只有開放了，PLC才能適應(yīng)更多的通訊標(biāo)準(zhǔn)；只有開放了，才能采用更多、更復(fù)雜的控制策略