在過去的十年中，PLC市場在經受了前些年顯著的下降之後，目前又呈現強勢反彈，估計到2018年市場將達到148.5億美元，比前五年增長40%。令人感到興奮的是，中小型PLC將在市場增長中起著至關重要的作用。 1、近年來PLC的市場發展概況 根據Frorst & Sullivan釋出的全球PLC市場報告，有足夠的證據證明，PLC市場在所有範圍內都呈正增長。在過去的十年中，PLC市場在經受了前些年顯著的下降之後，目前又呈現強勢反彈，估計到2018年市場將達到148.5億美元，比前五年增長40%。令人感到興奮的是，中小型PLC將在市場增長中起著至關重要的作用。 ARC在2015年8月發表有關PLC和PAC的市場發展報告，其要點是：PLC與PAC市場在2014年實現擴張。其中特別是中國和北美成為增長引擎。預計該市場在2015和2016年增長前景不容樂觀，主要原因是金磚四國(巴西、俄羅斯、印度、中國)已不再是增長因素。估計目前PLC裝機數量達5200萬臺，其中以微小型PLC佔相當數量，預計到2019年將達到6500萬臺。其中很大數量在未來5年內都已經到了其生命週期的最後階段。現有裝機PLC的更新換代，將是未來5年內PLC市場增長的一個重要因素。此外，軟體和服務對PLC供應商和終端使用者越來越重要。終端使用者更多地會要求將硬體完成的功能需求利用軟體來實現。PLC相關服務也變得更重要。為了更專注於自己的核心競爭力，更有效充分利用工程資源，一些終端使用者已經外包了許多PLC相關服務，如配置、培訓和維護。有跡象表明越來越多的使用者打算外包他們大部分的維護、培訓或備件業務，已經成為趨勢。 據美國相關自動化人士在社交網路的討論，比較集中的意見認為是終端使用者推動著市場。機械裝備製造商偏愛PLC，是因為它使用簡單可靠，價效比好。從技術人員的角度分析，則是掌握PLC的人群遠多於掌握PC和PAC的人群。不過，也不能認為PLC會永遠保持其傳統的形態。在未來的5年時間內，由於工業物聯網的快速普及，以及雲服務逐漸進入工業市場，需要PLC提供直接與MES、ERP等上層管理軟體資訊系統的介面，PLC系統一定要從硬體和軟體上適應新工業革命也即智慧製造的需求，不然PLC製造廠商還會遭遇嚴峻的挑戰。

2、智慧製造對PLC功能的新要求 PLC作為裝置和裝置的控制器，除了傳統的邏輯控制、順序控制、運動控制、安全控制功能之外，還承擔著工業4.0和智慧製造賦予的以下任務： 1)、越來越多的感測器被用來監控環境、裝置的健康狀態和生產過程的各類引數，這些工業大資料的有效採集，迫使PLC的I/O由集中安裝在機架上，必須轉型為分散式I/O。 2)、各類智慧部件普遍採用嵌入式PLC，或者微小型PLC，儘可能地在現場完成越來越複雜的控制任務。 3)、應用軟體程式設計的平臺化，進一步發展工程設計的自動化和智慧化。 4)、大幅提升無縫連通能力，相關的控制引數和裝置的狀態可直接傳輸至上位的各個系統和應用軟體，甚至送往雲端。 概括而言，即滿足工業大資料採集的需求，就地實時自治控制，程式設計的自動化和智慧化，提升無縫的連通能力。 PLC系統作為工業控制主力軍的地位會不會因為正在掀起的第四次工業革命而被逐步替代呢？回答是否定的。同時，這也取決於PLC軟硬體技術能否快速的進行適應性的轉型和升級。事實上，PLC的軟體技術以PLCopen為先導，一直在為滿足工業4.0和智慧製造日益清晰的要求做準備。圖1所表述的是PLCopen歷年來所開發的各種規範在工業4.0參考架構模型(RAMI4.0)相應維度和層級中的位置,可以明顯地看到，PLCopen國際組織長期以來為提高自動化效率所做的工作。

3、PLC硬體如何適應智慧製造的要求 儘管人們較普遍的認識是PLC硬體技術進步是漸進的，但也不能否認，PLC的硬體技術一直在為滿足工業4.0和智慧製造日益清晰的要求積累經驗。 特別是微電子技術的飛躍進展，使得SoC晶片在主鍾頻率越來越高的同時而功耗卻顯著減小；多核SoC的發展，又促進了在PLC的邏輯和順序控制處理的同時，可以進行高速的運動控制處理、視覺演算法的處理等；而通訊技術的進展使得分散式I/O運用越來越多，泛在的I/O運用也有了起步。 為迎接工業4.0的挑戰，PLC硬體設計應該在以下方面有一定的改善空間： 1)、極大改善能耗和減小空間。PCB板85%的空間被模擬晶片和離散元器件所佔，需要採取將離散元器件的功能集中於單個晶片中，採用新型的流線類比電路等措施。 2)、增加I/O模組的密度。 3)、進行良好的散熱設計，降低熱耗散。 4)、突破資訊保安的瓶頸(如何防範黑客攻擊、惡意軟體和病毒)。 概括起來說，PLC的硬體必須具備綜合的效能，即更小的體積，更高的I/O密度，更多的功能。 舉例來說，選用新型的器件收效顯著：為了減小I/O模組的體積，減少元器件的數量，採用多通道的並行/序列訊號轉換晶片(serializer)，可以對感測器24V的輸出訊號進行轉換、調理和濾波，並以5V的CMOS相容電平輸入PLC的MCU。這樣可把必要的光電隔離器件減少至3個，來自多通道的並行/序列訊號轉換晶片(serializer)的訊號，可共享相同的光電隔離資源。 Maxim公司的模擬器件整合設計，簡化了訊號鏈，使10V的雙極性輸入可以多通道取樣、放大、濾波和模/數變換，而且只需單路的5V電源。這種設計取消了15V的電源，減少了元器件的數量和系統成本，降低了功耗，縮小了元器件所佔用的面積。

4、PLC軟體如何適應智慧製造的要求 可程式設計控制器作為一類重要的工業控制器裝置，之所以能夠在長達數十年的工控市場上長盛不衰，本質上的原因必須從其內部去發掘。其中，軟體與硬體發展的相輔相成、相得益彰應該是重要原因。 IEC61131-3推動PLC在軟體方面的進步，體現在： 1)、程式設計的標準化，促進了工控程式設計從語言到工具性平臺的開放，同時為工控程式在不同硬體平臺間的移植創造了前提條件。 2)、為控制系統創立統一的工程應用軟環境打下堅實基礎。從應用工程程式設計的管理，到提供邏輯和順序控制、過程控制、批量控制、運動控制、傳動、人機介面等統一的設計平臺，以至於將除錯、投運和投產後的維護等，統統納入統一的工程平臺。 3)、應用程式的自動生成工具和模擬工具。 4)、為適應工業4.0和智慧製造的軟體需求， IE C61131-3的第3版將面向使用者的程式設計OOP納入標準。

之前已開發了許多為PLC控制系統工程設計、程式設計和執行，以及管理的工具性軟體。其中包括控制電路設計軟體包、接線設計軟體、PLC程式設計軟體包、人機介面和SCADA軟體包、程式除錯模擬軟體以及自動化維護軟體等等。儘管這些軟體都是為具體的工程服務的，但即使在對同一物件進行控制設計和監控，它們卻都互不關聯。不同的控制需求(如邏輯和順序控制、運動控制、過程控制等)要用不同的開發軟體，在不同的工作階段(如程式設計組態、模擬除錯、維護管理等)又要用不同的軟體。而且往往在使用不同的軟體時必需自行定義標籤變數(Tags)，而定義變數的規則又往往各取其便，導致對同一物理物件的相同控制變數不能做到統一的、一致的命名。 缺乏公用的資料庫和統一的變數命名規則，造成在使用不同軟體時不得不進行繁瑣的變數轉換，重複勞動導致人力資源成本高、效率低下。 工控程式語言是一類專用的計算機語言，建立在對控制功能和要求的描述和表達的基礎上。作為實現控制功能的語言工具，工控程式語言不可能是一成不變的。其進步必然受到計算機軟體技術和程式語言的發展，以及它所服務的控制工程在描述和表達控制要求和功能的方法的影響。 但是不論其如何發展和變化，這些年來的事實表明，它總是在IEC 61131-3標準的基礎和框架上展開的。這就告訴我們，IEC61131-3不僅僅是工控程式語言的規範，也是程式設計系統實現架構的基礎和參照。 長期以來PLCopen國際組織注重與許多國際標準化組織和基金會(如ISA、OPC基金會等)合作，開發了基礎性的規範。圖2對此形象地做了詮釋。這些工作都為智慧製造和工業4.0的應用和發展做了很多先導性的探索和準備，從而打下了堅實的基礎。 多年來PLCopen一直堅持與開放標準化組織合作建立一種開放標準的生態系統。譬如與OPC基金會合作開發的：IEC61131-3的資訊模型(2010年5月釋出)，IEC 61131-3 的OPC UA Client FB客戶端功能塊(2015年3月釋出)，IEC 61131-3的OPC UA Server FB服務端功能塊(2015年3月釋出)。已經成功地應用於包裝行業建立PackML系列規範，大大簡化了包裝機械與上位生產管理系統的通訊。 這些標準拓展瞭如今廣泛運用於計算技術行業的SOA面向服務的架構的應用範圍，同時也推進了一度落後於計算技術和軟體的自動化系統技術，快速跟上IT技術的進展。

5、PLC是智慧製造和工業物聯網的先行官 實現工業4.0、智慧工廠和智慧製造，必須建立在一類包括實時控制和及時監控在內的、強有力的聯網技術和規範的基礎上。這類聯網技術和規範可以在一定程度上繼承原有的聯網技術和規範，但更重要的是一定要突破原有技術和規範的侷限，以及明顯不能滿足實現工業4.0、智慧工廠和智慧製造的多層遞階的架構和按功能分層進行通訊的思維。這就是說，除了對時間有嚴酷要求的實時控制和對安全有嚴酷要求的功能安全仍然保留在工廠層而外，所有的製造功能都將按產品、生產製造和經營管理這三個維度做到通訊扁平化，實現資訊虛擬化，從而構成全連結和全整合的智慧製造生態系統。 在智慧製造系統中，PLC不僅僅是機械裝備和生產線的控制器，而且還是製造資訊的採集器和轉發器。從這個意義上講，只有PLC具有面向服務架構(SOA)的功能，才有可能完成這些重要任務。譬如PLC呼叫視覺系統的攝像頭所攝製的影象服務，或者PLC呼叫某個RFID讀取器的服務，都需要視覺系統或RFID讀取器直接與PLC通訊，或者當PLC要傳送大資料應用的資料給雲端。圖4所描述的是今年德國漢諾威博覽會上SAP公司展示的系統：3D列印系統所製造的零件資訊由視訊系統的影象採集，通過OPC UA送到機器人控制器，再由機器人將零件抓取後放置在傳送帶上。還可以把有關資訊送至SAP雲中。 目前，在MES級與PLC的資料交換通常是通過一個耗時的握手過程。例如MES系統發出一個訊號要向PLC傳送一個配方資料，等待PLC確認訊號返回；接著MES系統向PLC傳送該配方資料，當PLC接收到這一組資料後向MES發出接收確認訊號。如果PLC同時具有OPC UA的服務端功能和客戶端的功能，這種PLC就是一種面向服務架構的PLC(也可簡稱為SOA-PLC)。這時MES系統向PLC傳送一個配方資料就是執行一次通訊服務，這次服務的輸入引數是配方，輸出資料是PLC的確認訊號，再也不需要MES系統和PLC之間的多次握手過程。實際上就是OPC UA遠端呼叫了PLC的功能塊，大大縮短了MES與PLC之間通訊來往過程，提高了生產排程安排的效率。同時顯著減少了工程成本，極大地加強了工廠層與上位執行排程和管理層的資料通訊能力。 一臺SOA-PLC實際上是把支援確保資訊保安的虛擬專用網路(VPN)的Web服務權植入PLC。這種服務權執行面向物件的資料通訊，包括實時資料和歷史資料、報警資料和其它服務。PLC通過這類服務把對應的大量資料連線至上級的服務和資料層，供資訊模型的建模能力使用和處理。 讓一臺PLC集成了OPC UA的服務端功能和OPC UA的客戶端功能，就能保證這臺PLC通過VPN進行有安全保證的資料通訊。正如前面所述PLCopen和OPC基金會合作制定了IEC61131-3的OPC UA資訊模型，使PLC的相關資訊都可以運用OPC UA的通訊機制進行傳輸。而PLCopen組織所釋出的OPC UA的服務端功能塊的規範和客戶端的功能塊規範，為實現這類通訊的模組化和便利化奠定了標準基礎。由圖5可以看出不同廠商的PLC可以實現OPC的通訊、PLC與MES/ERP之間可以實現OPC的通訊，PLC還可以通過OPC實現與微軟的Azure公共雲和亞馬遜的AWS公共雲的直接通訊。 現在已經有一些公司能夠提供在PLC上完整實現OPC UA通訊的軟體平臺支援。圖6所示即為德國倍福公司的EthenCATIII平臺軟體。德國菲尼克斯軟體公司開發的PC WORX UA軟體平臺支援200臺PLC之間進行PLCopen所規範的OPC UA的通訊，選用不同的版本通訊變數可以是10萬個、1萬個、5千個。 在此順便指出，至少到目前為止OPC UA並不適合於硬實時的M2M的通訊，而非常適合於監控級或生產管理執行級的軟實時B2M的通訊，以及軟實時的B2B的通訊。對此應該有清醒的認識。

PLC可謂是工業自動化控制的常青樹，即使是在工業轉型升級的智慧製造年代，或者是工業4.0的時代，它仍然足夠勝任各種控制要求和通訊要求。但它早已不再是三、四十年前只能完成邏輯控制、順序控制的繼電邏輯系統的替代物，它已完成了由經典PLC向現代PLC的蛻變。繼承了高性價比、高可靠性、高易用性的特點，再具有了分散式I/O、嵌入式智慧和無縫聯接的效能，尤其是在強有力的PLC軟體平臺的支援下，我們完全可以相信PLC將持久不衰地活躍在工業自動化的世界中。