彭 瑜:上海工業(yè)自動化儀表研究院，PLCopen中國組織

林雪萍：南山工業(yè)書院發(fā)起人，北京聯(lián)訊動力咨詢公司總經(jīng)理

皮實、簡單、可靠，這就是自動化控制系統(tǒng)的全部要義。智能制造的根基，也未能離開這一點，而可編程控制器PLC，則是一個傳奇的產(chǎn)品常青樹。

借助福特汽車產(chǎn)線的驅(qū)動力，美國莫迪康Modicon公司率先在1969年制造出第一臺可編程控制器PLC。這是一個劃時代的產(chǎn)品，如果按照德國工業(yè)4.0的說法，這是工業(yè)3.0開始啟動的標志。如果把MO-DI-CON拆開了看，還是大有講究的，它代表“模塊化MOdular-數(shù)字化DIgital-控制CONtorl”三個字意思。這實在是一種經(jīng)典傳世的設(shè)想，五十年后今天的自動化領(lǐng)域，似乎都未曾離開過這個圈圈。

這種簡單部署、成本相對較低的控制器，隨后在機器產(chǎn)線上風(fēng)靡。全球自動化界為之卷動。從70年代開始特別是80年代，到處都是PLC品牌的大發(fā)展。在日本，正是機械大發(fā)展的時代，機械與電子融合迅速成為日本自動化崛起的契機。日本富士、歐姆龍、日立、安川、東芝都有PLC，像安川就是購買Modicon許可證。在美國，除了Modicon，還有SquareD，瑞恩Reliance、AB等。法國的Telemachanique的PLC也不錯，至今在港機大吊車上依然能夠看到。新開的邊疆，到處都是熱土，到處都是新興者的樂園。西門子也在這個時候，走向了PLC控制系統(tǒng)的舞臺。

1980-1990年，是一個PLC亮出底牌的十年，技術(shù)訣竅變得不再神秘，企業(yè)家的管理開始發(fā)威。春秋無義戰(zhàn)，收編時期開始。經(jīng)營不善的Modicon也開始成為德國一家公司的獵物，并在輾轉(zhuǎn)之后，賣給了施耐德 。法國TE也被施耐德收購。而反應(yīng)靈敏的羅克韋爾，則在1985年并購了百年老店AB，并在1995年收購瑞恩電氣，從此在自動化控制領(lǐng)域徹底站穩(wěn)腳跟。至此，美國四家最早的PLC公司，全部被收購。

在日本這個內(nèi)卷也很厲害的自動化市場，三菱電機脫穎而出。在1985前后，根據(jù)市場調(diào)研公司F&S的報告，在日本市場上三菱電機跟歐姆龍差不多，都是20%多。然而僅僅到了80年代末，日本市場已經(jīng)是三菱獨占50%。它只給歐姆龍、富士以及在傳感器戰(zhàn)無不勝的基恩士等同行，留下越來越小的市場。

到了1995年代，反復(fù)洗牌的PLC市場，基本呈現(xiàn)了明朗的態(tài)勢。開創(chuàng)者Modicon在1996年被施耐迪電氣收購之后，PLC發(fā)展的歷史基本進入平靜期。自動化控制系統(tǒng)的角色，像一處遲遲不能散場的演出，舞臺的角色比觀眾的壽命還要長。

在這樣的一個舞臺上，西門子、羅克韋爾、三菱電機等，基本是長期盤踞國際市場PLC的頭部位置。這有著技術(shù)實力、質(zhì)量保證體系，以及培育用戶策略的綜合性支撐。

圖 全球PLC市場（Source：美國ARC咨詢公司）

時間回到1983年。德國埃爾朗根西門子的PLC制造廠，當時只做中大型的PLC S5系列，而且很少對外銷售，大部分是自己的工程配套用的。令人印象最深的是PLC的設(shè)計開發(fā)人員只有十幾個人，而管制造工藝和質(zhì)量控制的部門有三十多人，而且大部分是博士，實力之雄厚是前者的兩倍。僅就這一點，沒有哪一個國內(nèi)自動化制造企業(yè)可以比。國內(nèi)企業(yè)里技術(shù)最強的一定是開發(fā)設(shè)計部門，工藝和質(zhì)量部門一定尾隨其后。

而在90年代，如果去日本三菱電機參觀訪問，不能錯過專門做小型PLC FX系列的姬路制作所。一個面積不算大的車間承擔了全部FX系列的各種模塊的生產(chǎn)。生產(chǎn)安排以半小時為一批，生產(chǎn)的品種和數(shù)量在看板上列出，記憶中每批就五六個品種、幾百臺的數(shù)量。令人驚訝的是元器件做到了零庫存。每一批生產(chǎn)產(chǎn)品需要的元器件在半小時前由物流車送達，裝在黃色的塑料盒內(nèi)。除了元器件上料和整機下線后的老化有人輔助而外，生產(chǎn)線是全自動的，印版的焊接以至整機的裝配都沒有人干預(yù)。這種生產(chǎn)方式國內(nèi)至今也難以做到。國內(nèi)深圳有家生產(chǎn)PLC的公司，為了怕關(guān)鍵元器件斷檔，需要半年的庫存量。對于PLC這種成本錙銖必較型的產(chǎn)品，庫存，不僅僅是罪惡的，而且是致命的。

PLC的用戶使用習(xí)慣，對于一個品牌而言，是一個巨大的護城河。很多在校學(xué)生習(xí)慣了某種品牌的PLC之后，走到社會上往往也會下意識推薦工廠使用。

西門子培育PLC用戶的方式，可見一斑。它往往以極低成本給許多工科大學(xué)廣泛提供PLC實驗室，使得好多的大學(xué)開PLC的課就按機型教學(xué)?？梢哉f，這些PLC充滿了工科大學(xué)和高職高專的實驗室。而在大學(xué)課堂里，很少會認真?zhèn)魇赑LC控制標準的底層通識性內(nèi)容（如IEC 61131-3標準規(guī)范等），而只傳授品牌PLC的使用方式。這讓大學(xué)生的教育，陷入了一個只知道表象，而無法探究底層基礎(chǔ)原理的怪圈。這是當前非常普遍的現(xiàn)象。

在工業(yè)軟件領(lǐng)域也是如此。學(xué)校熱衷于傳授國外軟件的使用，學(xué)生則在工具的支撐下做著絢麗的圖表。MatLab軟件，幾乎是高校理科生的必備軟件，輕松進行各種仿真畫圖。然而，這種軟件，也會遮掩掉最底層的原理推斷，切斷了大學(xué)生對物理本原的思考，也阻斷了創(chuàng)新回路。有些有識之士，干脆不允許學(xué)生在研究生論文使用Matlab，就是從傅里葉變換這種最基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)公司開始。開人腦路，才是大學(xué)理工科教育最重要的方式。

西門子也會花費大氣力，扶植出版機構(gòu)，出版大量的西門子PLC的使用教科書。甚至培養(yǎng)和支持了很多著名的教授團隊，寫了許許多多西門子PLC、人界面HMI等的暢銷教科書。據(jù)說有的書已經(jīng)銷售二三十萬本。這使得這些PLC有了龐大的初學(xué)者基數(shù)。與此同時，“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽，受到了上千院校的參加，已經(jīng)都進入了十五屆，也都是教育部官方認可。

教育部自動化教學(xué)指導(dǎo)委員會召開的會議上，也有很多人對PLC的通識教育很感興趣。但似乎沒有人能夠改變這個局面，也很少有大學(xué)能夠落實。

這樣做其實并非西門子的孤例。三菱、羅克韋爾在大學(xué)院所實驗室和培訓(xùn)教材的布局，也是同樣的套路。有哪個大學(xué)，會拒絕企業(yè)主動提供的硬件、軟件和配套教學(xué)書呢？而它帶來最直接的結(jié)果就是，各科大學(xué)，各個技校的畢業(yè)生，就會成為這些PLC品牌的超級粉絲和擁躉。如果說工廠里PLC使用者，決定采購何種品牌，那么大學(xué)里的實驗室就是品牌教育，而培訓(xùn)教材則是第一采購指南。

當然，這種方法，似乎也無可厚非。這應(yīng)該算是教育和企業(yè)試圖聯(lián)合推動學(xué)生技能培養(yǎng)的一部分。對于工廠而言，也歡迎這樣提前有一技之長的畢業(yè)生。這是一種市場存在的需要。只是，高校職高的認知與技能培育，會形成一種逐漸發(fā)酵的機制。大學(xué)教育者只是從前端只看到了一塊面團，而真正面包的生意，是教授者沒有見到的市場。

GE的PLC，就是美國PLC行業(yè)中追趕的苦行僧，修煉很苦，道行很差。在國內(nèi)的市場份額也不大。在GE的自動化歷史上，曾經(jīng)有三次大型行動，意圖扭轉(zhuǎn)在控制系統(tǒng)的落后局面。

早在1993年前后韋爾奇剛剛上任的時候，新官三把火，第一把火就指向統(tǒng)一控制系統(tǒng)的工廠。那個時候，它擁有跟日本數(shù)控系統(tǒng)老大FANUC的合資公司，在機床控制有著很好的優(yōu)勢。這個以“未來工廠”命名、用單一控制系統(tǒng)，來整合所有機器的控制系統(tǒng)。當時數(shù)控系統(tǒng)，還是處于萌芽期，機器接口更是五花八門。這一大張旗鼓的行動，以耗費10億美元而落敗。在追求自動化大統(tǒng)一的戰(zhàn)場上，GE栽了一個大跟頭。這次技術(shù)上的失敗，不過是一個小小的戰(zhàn)術(shù)瑕疵，淹沒在韋爾奇?zhèn)髌娴墓芾砉适轮小E的PLC繼續(xù)保持頹勢。沒有人愿意提及這一點，GE控制系統(tǒng)在前進的道路上，還有更大的坑，等著抹掉記憶的人掉進去。

2001年美國自動化咨詢公司ARC提出來PAC（可編程自動化控制系統(tǒng)），這是一個基于PLC控制和基于PC控制的混合體。意在通過開放的自動化控制標準，既有PLC編程簡單成本低廉的特點，又有PC-Based強大的計算能力。PAC的概念，得到了GE Fanuc公司的積極響應(yīng)，2003年發(fā)布了相應(yīng)的產(chǎn)品。然而，似乎缺乏控制基因的GE，仍然無法通過PAC來改變面貌。實際上，機器控制要求高度可靠，無法直接采用PC技術(shù)來實現(xiàn)。英特爾芯片在工業(yè)環(huán)境，表現(xiàn)弱爆，散熱問題需要專門解決。要把芯片改造成果適應(yīng)PLC結(jié)構(gòu)的模塊，有很多工作要做。這非GE特長。而PAC在軟件方面，沒有做到面向?qū)ο?、可建模的程度，于是這更像是一個噱頭。隨著旗手GE的弱勢，PAC概念也就像一陣風(fēng)的刮過去，市場上仍然是PLC的天下，只是基于PC控制的PLC結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始呈現(xiàn)倔強的生命力。

2016年，GE與FANUC平靜地分手。這場三十年的婚姻，雙方各自分得家產(chǎn)，F(xiàn)anuc保留數(shù)控領(lǐng)域的全球業(yè)務(wù)，而通用電氣公司則繼續(xù)保留軟件，嵌入式系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的全球業(yè)務(wù)，再加上前一年收購阿爾斯通也繼承了一部分自動化業(yè)務(wù)，現(xiàn)在統(tǒng)稱為智能平臺GE-IP。這場合資的結(jié)果，被看成是日本制造蹭美國大腿的一個經(jīng)典案例。美日合資沒有不失敗的，基本都以日本勝出而告終，無論是在機床，還是半導(dǎo)體，甚至還有汽車。在這三十年，日本FANUC已經(jīng)從名不經(jīng)傳的數(shù)控系統(tǒng)，成為全球數(shù)控系統(tǒng)的王者地位，只有西門子才能與之匹敵。GE成功地將自己的渠道，做成了輸液管，F(xiàn)ANUC趁機擴散到整個北美市場。GE則仍然一臉茫然地面對多年來無法搞定的PLC市場。

此時，GE應(yīng)該并沒有意識到這是另外一次的失敗，因為它有著更大的宏圖正在展開：那就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。GE已經(jīng)堅決走向了數(shù)字化的路線。這次是Predix工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。英雄造勢，振臂高呼，天下機器，在此一聯(lián)。這次打前鋒的則是工業(yè)軟件，思維方式又是大一統(tǒng)的控制平臺。然而，應(yīng)該說這次控制系統(tǒng)的振興，選擇一個糟糕的機會，首先是全球能源環(huán)境發(fā)生巨大變化，GE在這方面的投資出現(xiàn)巨大虧損；其次還有很多金融信托問題都一一暴雷。重要的是，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)迅速開始褪色，證明自己光靠燒錢是不可靠的。對于需要強力支撐的工業(yè)而言，它還只是一條嬰兒的小腿。

2018年，由于整個產(chǎn)品線受到了大環(huán)境的影響，GE數(shù)字化戰(zhàn)略也因此受到了嚴重的干擾。GE不得不以22億美元低價格，將整個GE-IP智能平臺，賣給了流程行業(yè)的自動化巨頭艾默生，后者一直試圖在混合流程行業(yè)有所作為。

三次意欲一統(tǒng)機器江湖的失敗，讓GE應(yīng)該徹底涼心。但GE自動化平臺GE-IP應(yīng)該感謝艾默生的野心，否則只有2億美元的自動化業(yè)務(wù)，很難在當時賣出10倍的價格。然而，包袱終究是包袱，接手了GE多年郁悶不得志的PLC，艾默生最近三年也沒有什么太多進展。

根據(jù)MIR睿工業(yè)咨詢的估計，中國PLC市場大概有130億元人民幣的規(guī)模。而PLC的主陣地，在于機械設(shè)備制造市場，大約占比70%左右。其余則分布在各種工程項目中。西門子以覆蓋小到大的產(chǎn)品廣譜占據(jù)了國產(chǎn)市場40%左右的份額，而歐姆龍、三菱電機、羅克韋爾和施耐德則尾隨其后。各自定位不同，羅克韋爾，則基本放棄小型PLC，專注在中型PLC之上。而日系在小型PLC市場有很大的發(fā)言權(quán)。

在傳統(tǒng)PLC廠商的夾縫中，如果說表現(xiàn)卓越者，則有很小眾的德國倍福和奧地利貝加萊（已經(jīng)被ABB收購）的基于PC控制，搶出了一片生存空間。他們基本都是從高端市場切入，走高端市場低成本化的路線。

這是一種不同PLC簡單圖形編程的道路。倍福采用了控制和軟件同步發(fā)展的策略，并且結(jié)合有力的通訊協(xié)議，軟件/系統(tǒng)工程方法，實現(xiàn)了局部領(lǐng)域的突破。在中高端應(yīng)用上，價格比西門子公司便宜，而且非常靈活。它充分展示PC機在軟件工程方面的靈活性和開發(fā)性。倍福還通過提供軟件開發(fā)套件的方式，支撐第三方廠家的深度定制需求。在這方面，那些領(lǐng)先的PLC廠商基本上是不會對外開放。

考慮到PLC在低廉成本、用戶習(xí)慣成為天然壁壘的局面，經(jīng)營利潤太低的PLC并不是一個好的選擇。對于大部分工業(yè)廠家而言，賣掉PLC反而是明智。這跟大企業(yè)很難進行大型自研工業(yè)軟件的開發(fā)，是一樣的道理，經(jīng)濟性往往很差。

而倍福和貝加萊，都早早地意識到了成本的問題，因此二者不約而同，采用了相同的策略，那就是高度重視細分行業(yè)的特殊功能模塊的開發(fā)。

施耐德電氣，則在最近幾年呈現(xiàn)了更加積極的進取心。在美國倡導(dǎo)發(fā)起的開放自動化體系中，施耐德電氣表現(xiàn)得異?；钴S。作為一種開放環(huán)境的編程語言61499，成為自動化界一股新銳熱潮，它基于模型的編程思路使得軟件硬件解耦成為可能——這將打破生產(chǎn)線改動時所形成的漫長的調(diào)試切換。而施耐德似乎全力擁抱這種新的自動化規(guī)范，在整合了老牌Modicon和TE的PLC產(chǎn)品后，已經(jīng)將Unity Pro軟件作為未來中高端PLC的統(tǒng)一平臺。

中國制造一向以低成本而著稱。這聽上去像是說，凡是低成本制造，中國所向披靡。然而，還真不是這樣。在自動化領(lǐng)域，可編程控制器PLC以其編程簡單、成本低廉一直是穩(wěn)穩(wěn)的常青樹產(chǎn)品。但這個領(lǐng)域，中國PLC制造商，還沒有形成決定性的力量。

可喜的是，這期間有很多挑戰(zhàn)者。和利時、浙大中控憑借早先在過程自動化控制市場的積累，加上南大傲拓，在大型PLC領(lǐng)域也都有一些突破。但在離散制造業(yè)的PLC，尚未形成真正的挑戰(zhàn)。目前看上去深圳匯川和無錫信捷，已經(jīng)有不錯的表現(xiàn)。但根據(jù)智研咨詢的報告，在2019年，這兩者加起來的市場份額，在整個國產(chǎn)品牌中也只有5%。

被稱為小華為的匯川正在積極突圍PLC領(lǐng)域。2020年匯川收入不到120億，但目前市值已經(jīng)接近2000億。真是驚人的溢價。那么匯川能在PLC領(lǐng)域，殺開一條血路嗎？

從既有的路徑來看，德國倍福，奧地利貝加萊的思路，是往高端做的突破口。剩下的兩條路，無論是做工藝配套，還是硬件成本血拼，都是比較狹窄的道路。

就中低端控制系統(tǒng)，各家自動化廠商，都會有自己的硬件。如和利時，中控等企業(yè)，工程項目依然很重。要養(yǎng)活龐大的的工程實施團隊，繼續(xù)血拼控制系統(tǒng)是必須的。

匯川更是有這方面的動力的，它要為自己的伺服和變頻器而戰(zhàn)。目前看上去，匯川的產(chǎn)品還是過于零散，小諸侯太多，但還缺乏強有力的粘合劑，能夠?qū)⒉煌尿?qū)動、伺服產(chǎn)品、控制系統(tǒng)整合在一起。最好的方法，當然還是軟件平臺。正如西門子的策略，采用TIA博途，將各個產(chǎn)品連接在一起。施耐德電氣也很好地利用了Eco Sturxture的平臺力量，將所有變頻器、PLC、人機界面甚至低壓電氣，都統(tǒng)合在一起。

實際上， PLC硬件背后，還有一個沉默的尖刀：那就是軟件編程平臺。

這是一個狹小的市場。能夠符合開放式PLC的61131-3編程平臺，絕大部分都留給了3S公司的Codesys，和另外一個相對不知名的一方梯隊Infoteam。作為第三方的PLC編程軟件，Codesys是控制系統(tǒng)的隱者。像倍福、施耐德電氣都有Codesys的影子。以電氣連接見長的菲尼克斯則收購了另外一家KW編程平臺，該平臺正是三菱PLC進行二次開發(fā)的基礎(chǔ)。而羅克韋爾則花費大氣力開發(fā)了自有的編程平臺?？梢哉f，在自動化圈子里，看上去體量有些單薄的羅克韋爾（2020年營收為63億美元），是最注重自我平衡的一家公司。為了避免各種眼紅的自動化巨頭的并購，羅克韋爾極盡騰挪之術(shù)，在外部構(gòu)成了各種聯(lián)盟。而在內(nèi)部，則非常注意加強軟件部門的投入。

實際上，讓匯川最難受的應(yīng)該就是它也坐在了Codesys的椅子上。太師椅，還是老虎椅，只有匯川自己知道，但看上去它也要向這種如坐針氈的局面告別了。然而，要徹底擺脫Codesys編程環(huán)境，還是路途遙遠，不見星光。

借助于工業(yè)現(xiàn)場的復(fù)雜性，和惡劣的環(huán)境——現(xiàn)場的油氣似乎讓白領(lǐng)IT人員望而卻步，自動化廠商，已經(jīng)證明了它可以繼續(xù)在數(shù)字化制造中大浪中閃閃發(fā)光。而PLC這個半百老翁，更是精神抖擻地挺直了腰桿。物聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)軟件都讓它變得更加強壯，進一步確立了它在自動化領(lǐng)域的中心位置。如果不能進入控制領(lǐng)域，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就沒有進入主戰(zhàn)場。PLC就是這樣一個標桿。而四面八方的制造信徒，則有足夠多理由繼續(xù)向它的地盤發(fā)起進攻。

鳴謝和利時的丁研、奧特思的張海偉、致迪的周舟給予的大力支持。