--本文由知識自動化(zhishipai)授權轉載，原標題為《彭瑜 | 漫談自動控製與被忽略的工業軟件》。

自動控製永遠是工廠裏麵的焦點，無論是智能製造，還是工業互聯網，都無法回避。而最近圈裏對PLC和基於PC控製這兩種控製器又有了很多討論。實際上，關於這兩種控製的爭論有很長的曆史。筆者想起二十多年前在美國全球最大的自動化展會ISA Show上，看到有一個專做PC控製的公司，打著一個很醒目的標語“PLC die，PC-based Control immortal”（可編程控製器死了，基於PC的控製永生）。這個剪影深深留在人們的記憶中。這就是說早在二十多年前，在美國的自動化界就有過PLC與PC-based控製孰優孰劣、孰勝孰輸的爭論。這一爭論至少持續了七八年，結果呢？

PLC與PC誰與爭鋒？

那個高唱PLC死了的美國公司
，經過幾年的折騰卻早已銷聲匿跡了。當然，這個公司沒有了並不能掩蓋PC控製依然存在
、依然在發展的事實。

事實證明，PLC是個常青樹
，它不僅不會死，還在發展演進，還在與時俱進。要打倒經典PLC的“魯莽小生”並不少，本世紀前十年它還經曆了PAC（可編程自動控製器，基本上相當於PLC+PC的部分功能）的一輪衝擊，而最近幾年還出現了一個新的品種EPIC（邊緣可編程工業控製器），同時具備PLC
、運動控製和工業互聯網的功能。但PLC依然長盛不衰。

這背後有著深刻的原因。自動化界中明智之士指出，PLC的兩個本征特性是高可靠和容易使用。PLC本身是按工業應用要求設計的：要在嚴酷的工業環境下長期可靠使用，具有很高的電磁兼容性（可抗各類工業電磁幹擾，現在還要求抗各類頻譜的無線幹擾）、環境適應性（寬溫度範圍、防高濕、防黴防鹽霧

、耐振動衝擊等等）；要容易編程，一般的電工，隻要經過適當培訓，就可以編寫邏輯控製的梯形圖程序；容易維護。這些看似簡單的要求
，其實是需要很深的工業功底。

這方麵筆者有很多親身經曆。我見到過用了三十多年的一家日本公司的PLC仍然能正常使用
；也親自處理過中國二汽製造廠一台萬噸臥式壓力機，因在高強度的震動和衝擊下PLC的輸出繼電器的接點發生顫動而無法正常工作
，後來改用另一家公司PLC，不用任何加固就能正常運行；我還為上海的通用汽車公司的行車解決了由於變頻器的幹擾使得GE的PLC老是出故障的問題。以上這些例子說明一台工業用的控製器要提供的除了軟件的控製功能以外，還需要I/O和電源具有足夠高的抗幹擾，以及堅固的機械結構等等性能。

PC控製從它出世的那一天起，就是想取代PLC的軟件控製功能。它的I/O常常是插在PC總線上，或者是通過RS 485與外掛的I/O連接。這些I/O用在實驗室裏沒有問題。不過
，沒有工業級的I/O和電源來加固PC控製
，就無法具有PLC的抗幹擾和環境適應性。何況還有一個在工業應用上的敏感因素——成本。PC控製最早發端於美國，也一度盛行於美國，但最後的成功應用
，卻是在歐洲。靠著貝加萊、倍福等公司將PC控製PLC化，讓PC控製具有PLC所有的優勢，提供適應各類工業要求的的I/O

，解決了電源的散熱和抗幹擾問題


，可以直接安裝在嚴酷的工業現場，具有統一的工程設計運維平台等。

PLC如何滿足市場和技術發展的要求？

在當下，簡單去比較PLC與PC控製沒有太多意義。我們需要的搞清楚的是，在硬件、軟件和通信突飛猛進二十年多年之後
，如何能讓PLC和PLC化的PC控製滿足市場和技術發展的要求。

上世紀90年代美國密執根大學機械學院有一篇博士論文，專門評述曾經出現過的幾十種自動化控製編程語言
，包括IEC 61131-3規範的5zhongtuxinghewenbenyuyan，yijizaimeiguoyiduliuxingdeliuchengtuyuyan。daojintian
，nenggouchendianhejileijishiniangongkongjiedejingyan，zhenzhengyoushengminglinenggouxingchengshengtaide，yejiushizhiyouyouxianjizhong，jiLD、SFC、FBD、STL。就連類似彙編語言的IL指令表語言，也因用的越來越少
，也即將從IEC 61131-3的新版本中被刪除。而麵向對象的編程方式已經引入了IEC 61131-3，甚至像C
、C++等高級語言，也實際變成PLC常用的編程語言。下圖是2020年美國的的一個名為automation.com的網站和PLCopen國際組織聯合調查的結果

，也印證了上述的結論。這也是PLC與日俱進的一個實證。而IEC 61131-8

，裏麵詳細說明了IEC 61131-3 選擇這5種語言的實際背景和緣由。

圖1  automation.com網站的調查結果

1970年誕生的第一台PLC在通用汽車GM投入工業應用
，對金屬切割、鑽孔、材料處理和裝配等環節進行控製。世界上首次推出PLC的成功，表現為兩個方麵：一是用計算機來解析過去用繼電器實現的邏輯控製；二是采用梯形圖邏輯編程，使原來的電氣工程技術人員能在自己原有的技術基礎上采用計算機編程。

這應該是早期工業軟件應用的一個標誌
，可是至今為止很少有人在談論工業軟件時提及這一重要的貢獻。

被譽為PLC之父的Richard Morley當時是Bedford Associategongsidegongchengshi
，talvxianwanchenglechuangxindezuichusheji
，ranhouyutadetuanduiyanzhilegongchangzidonghuahelianxuchuliyingyongdegutaideshunxuluojijiesuanqi，zheshidiyitaishijikeyunyongdekebianchengluojikongzhiqi，beimingmingweiModicon 084。1969年11月在得知GM公司的要求後，他們向公司的液壓部門展示了Modicon 084，獲得GM的青睞。

編程語言為什麼被歸納為工業軟件？

梯形圖邏輯作為一種控製語言
，第一次用在矽器件搭建的控製器上大約是在1969年。為了支持這個控製語言的運用
，構建了由三個部分組成的硬件平台，即一台雙端口的存儲器
、一台邏輯解算器（後來被命名為PLC）和(he)一(yi)台(tai)通(tong)用(yong)計(ji)算(suan)機(ji)。這(zhe)個(ge)語(yu)言(yan)最(zui)大(da)的(de)優(you)點(dian)是(shi)能(neng)被(bei)世(shi)界(jie)上(shang)所(suo)有(you)從(cong)業(ye)的(de)電(dian)氣(qi)工(gong)程(cheng)人(ren)員(yuan)理(li)解(jie)。之(zhi)後(hou)梯(ti)形(xing)圖(tu)擴(kuo)展(zhan)為(wei)多(duo)個(ge)節(jie)點(dian)，還(hai)附(fu)加(jia)了(le)一(yi)些(xie)功(gong)能(neng)。梯(ti)形(xing)圖(tu)邏(luo)輯(ji)的(de)功(gong)能(neng)性(xing)和(he)PLC的適用性迅速在所有的工業中大量采用。

梯形圖邏輯編程極受電氣工程技術人員歡迎，其優點是不言而喻的。首先
，這種由Bedford公(gong)司(si)開(kai)發(fa)的(de)梯(ti)形(xing)圖(tu)邏(luo)輯(ji)編(bian)程(cheng)中(zhong)相(xiang)關(guan)的(de)符(fu)號(hao)，來(lai)源(yuan)於(yu)電(dian)氣(qi)工(gong)程(cheng)中(zhong)描(miao)述(shu)順(shun)序(xu)操(cao)作(zuo)功(gong)能(neng)，這(zhe)使(shi)廣(guang)大(da)的(de)電(dian)氣(qi)工(gong)程(cheng)師(shi)和(he)電(dian)工(gong)能(neng)以(yi)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)理(li)解(jie)的(de)方(fang)式(shi)用(yong)計(ji)算(suan)機(ji)對(dui)PLC編程。這體現了工業軟件最基本的特征——源自工業的基礎電氣工業。其次

，這個語言是最早利用通用計算機作為工具，對工業控製器進行編程的案例之一。沿用至今
，既體現了“工業軟件以工具軟件為主流”的de特te點dian

，又you曆li經jing幾ji十shi年nian電dian氣qi工gong程cheng和he工gong業ye自zi動dong化hua從cong業ye人ren員yuan的de反fan複fu錘chui煉lian，並bing在zai所suo有you的de工gong業ye場chang合he中zhong廣guang泛fan采cai用yong。僅jin憑ping這zhe兩liang點dian就jiu應ying該gai奠dian定ding其qi在zai工gong業ye軟ruan件jian發fa展zhan中zhong的de地di位wei。可ke惜xi的de是shi，在zai眾zhong多duo討tao論lun工gong業ye軟ruan件jian的de文wen章zhang中zhong我wo們men卻que沒mei有you發fa現xian其qi蹤zong跡ji，人ren們men似si乎hu已yi將jiang它ta忘wang卻que。

有人或許會質疑，編程語言憑什麼可以算是工業軟件
？

殊不知用於工控領域的編程語言特別是圖形化的編程語言，與IT領ling域yu的de編bian程cheng語yu言yan是shi有you很hen大da區qu別bie的de。工gong控kong用yong的de編bian程cheng語yu言yan都dou是shi用yong來lai表biao達da和he實shi現xian控kong製zhi係xi統tong所suo必bi須xu完wan成cheng的de功gong能neng，而er這zhe些xie功gong能neng則ze是shi嚴yan格ge按an照zhao工gong藝yi要yao求qiu和he加jia工gong順shun序xu製zhi定ding的de。工gong業ye生sheng產chan過guo程cheng千qian變bian萬wan化hua，經jing過guo不bu斷duan的de抽chou象xiang和he提ti煉lian，概gai括kuo起qi來lai基ji本ben上shang就jiu是shi用yong於yu流liu程cheng工gong業ye的de連lian續xu流liu程cheng、用於離散製造業的邏輯控製
、順序控製和運動控製（或是這三種控製的集合），以及兼有離散和連續的批量間歇過程。

功gong能neng塊kuai圖tu能neng夠gou完wan美mei表biao達da連lian續xu流liu程cheng控kong製zhi的de各ge種zhong要yao求qiu，梯ti形xing圖tu和he順shun序xu功gong能neng圖tu能neng夠gou完wan美mei表biao達da離li散san過guo程cheng控kong製zhi的de各ge種zhong要yao求qiu。具ju體ti將jiang這zhe些xie圖tu形xing化hua的de編bian程cheng語yu言yan集ji合he起qi來lai實shi現xian編bian程cheng的de軟ruan件jian
，都dou是shi以yiIT領域的編程語言為工具運用一些相關的數學方法（例如圖論
、邏輯代數等等）編bian製zhi而er成cheng。由you此ci可ke以yi推tui斷duan
，用yong於yu工gong控kong領ling域yu的de編bian程cheng語yu言yan不bu僅jin屬shu於yu工gong業ye軟ruan件jian中zhong用yong於yu控kong製zhi類lei別bie的de基ji礎chu軟ruan件jian，而er且qie是shi運yun用yong範fan圍wei最zui為wei廣guang泛fan的de一yi類lei工gong業ye軟ruan件jian。更geng何he況kuang近jin二er十shi多duo年nian的de發fa展zhan已yi經jing形xing成cheng了le包bao括kuo概gai要yao設she計ji
、詳細設計、編程
、調試、運行維護、工程項目管理等在內的綜合性的統一工程平台的軟件套件
，已經是能夠自立於自動化領域的公司的標準配置和係統基礎。

一個成熟的控製係統的應用軟件需要經過設計、驗證和測試等過程，按照V&V的(de)模(mo)式(shi)在(zai)經(jing)過(guo)係(xi)統(tong)的(de)概(gai)要(yao)設(she)計(ji)後(hou)還(hai)要(yao)將(jiang)其(qi)劃(hua)分(fen)為(wei)模(mo)塊(kuai)進(jin)行(xing)詳(xiang)細(xi)設(she)計(ji)
，之(zhi)後(hou)才(cai)能(neng)動(dong)手(shou)寫(xie)代(dai)碼(ma)。接(jie)著(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)將(jiang)所(suo)有(you)的(de)模(mo)塊(kuai)集(ji)成(cheng)起(qi)來(lai)形(xing)成(cheng)係(xi)統(tong)的(de)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)，並(bing)通(tong)過(guo)硬(ying)件(jian)在(zai)環(huan)仿(fang)真(zhen)測(ce)試(shi)和(he)檢(jian)驗(yan)。這(zhe)些(xie)過(guo)程(cheng)雖(sui)然(ran)嚴(yan)謹(jin)，但(dan)大(da)大(da)限(xian)製(zhi)了(le)工(gong)作(zuo)進(jin)度(du)和(he)效(xiao)率(lv)。IEC 61131標準定義了幾種控製語言，但依賴於單個控製器的模型，而不是分布式係統。IEC 61499標準的主要提升是：它(ta)允(yun)許(xu)將(jiang)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)建(jian)模(mo)和(he)開(kai)發(fa)集(ji)成(cheng)為(wei)單(dan)一(yi)的(de)係(xi)統(tong)
，但(dan)在(zai)部(bu)署(shu)時(shi)卻(que)是(shi)一(yi)個(ge)分(fen)布(bu)式(shi)係(xi)統(tong)。這(zhe)就(jiu)為(wei)今(jin)後(hou)發(fa)展(zhan)成(cheng)為(wei)無(wu)需(xu)硬(ying)件(jian)在(zai)環(huan)就(jiu)能(neng)實(shi)現(xian)仿(fang)真(zhen)創(chuang)造(zao)了(le)前(qian)提(ti)條(tiao)件(jian)。

結語

未來的統一工程平台一定會大大提高工程項目的設計，乃至現場調試
、運維的效率和質量。控製器快速發展，它與控製類工業軟件的聯動，將會使得自動化上升到一個全新的境界。

作  者

彭 瑜：上海工業自動化儀表研究院，PLCopen中國組織

編  審

林雪萍：北京聯訊動力谘詢公司總經理，上海交大中國質量發展研究院客座研究員

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