PLC（Programmable Logic Controller）即可編程序邏輯控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，也是現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)的重要組成部分，那么它是怎么誕生的呢？今天我們來捋一捋。

工業(yè)需求催生 PLC 誕生

二戰(zhàn)后，美國憑借汽車、鋼鐵、飛機等領(lǐng)域的絕對優(yōu)勢成為世界制造業(yè)霸主，1948-1966 年期間，美國一直是全球最大的貿(mào)易順差國，在強大的制造業(yè)驅(qū)動下，美國需要更先進的生產(chǎn)工具來推動其制造業(yè)的發(fā)展。

在此背景下，1947 年 12 月 23 日，美國貝爾實驗室正式地成功演示了第一個基于鍺半導體的具有放大功能的點接觸式晶體管，標志著現(xiàn)代半導體產(chǎn)業(yè)的誕生和信息時代的開啟，為后續(xù)的工業(yè)自動化控制飛速發(fā)展奠定了基礎。

1968 年，美國通用汽車公司在對工廠生產(chǎn)線調(diào)整時，發(fā)現(xiàn)繼電器、接觸器控制系統(tǒng)修改難、體積大、噪聲大、維護不方便以及可靠性差，于是提出“通用十條”招標指標，意在取代繼電氣控制裝置。

成立于 1957 年的 DEC 公司（美國數(shù)字設備公司），一直專注于開發(fā)小型計算機系統(tǒng)，看到通用汽車的招標要求后，創(chuàng)始人之一奧爾森接標，最終 DEC 開發(fā)了一套全新的控制系統(tǒng)——PDP-14，用于控制齒輪磨床，這就是世界上第一臺可編程邏輯控制器。

來源：菲尼克斯電氣

PDP-14 本質(zhì)是把 DEC 最成功的“迷你機”PDP-8 增加了工業(yè) I / O 接口，由一個控制單元和幾個外部接口盒組成；控制單元包括一個可變大小的 ROM，最多包含 4k 的 12 位指令；存儲器分為 256 個字節(jié)；通過擴展最多可以處理 256 個輸入輸出。

但 DEC 的 PDP-14 有一個缺陷，就是修改程序需要把產(chǎn)品發(fā)回 DEC 公司，整個處理過程耗時一周，導致它運行至 1970 年后被替換。

PDP-14 的誕生，其實只是 PLC 出現(xiàn)的開胃菜，與 DEC 同時競標的還有信息儀表公司（3-I）和貝德福德協(xié)會（Bedford Associates），他們也分別推出了相應的產(chǎn)品。

信息儀表公司（3-I）為通用交付的設備為 PDQ-II，其最大的優(yōu)勢是能提供高級邏輯運算功能，適用于正離合器生產(chǎn)線的控制。但該產(chǎn)品也存在修改程序不便的缺陷，在 GM 一直運行到 1971 年后，被 Modicon 084 全面替換。

圖片來源：菲尼克斯電氣

接下來主角誕生了，由 Dick Morley 和 George Schwenk 于 1964 年成立的貝德福德協(xié)會（Bedford Associates）也獲得了通用的原型機測試資格。Dick Morley 只因厭倦了重復的機床操作員工作，想要發(fā)明一個集所有功能于一個編輯器的“神器”，于是寫出了自己的梯形圖邏輯。

1968 年 Bedford 成立了第七家控制公司，取名 Modicon（莫迪康），其在 Dick Morley 領(lǐng)導下于 1969 年成功推出了自己的 PLC 產(chǎn)品，基于該產(chǎn)品是 Modicon 的第 84 個項目，產(chǎn)品取名“Modicon 084”。

圖片來源：菲尼克斯電氣

084 編程相對簡單，用戶插入編程單元，選擇適當?shù)能浖K，然后鍵入梯形圖即可快速進行編程；同時安裝在硬質(zhì)外殼內(nèi)，提高了安全等級，這是 DEC 的 PDP-14、3-I 的 PDQ-II 所無法比擬的，最終在 1971 年全面替代另兩個競品。

Modicon 隨后又于 1973 年推出“184”、1975 年推出“284”、1979 年推出工業(yè)通信網(wǎng)絡 Modbus、1994 年推出 Quantum（中文名“昆騰”）系列 PLC，最終于 1997 年被施耐德收購并成為施耐德旗下第 4 個主要品牌。

而 Dick Morley 所發(fā)明的“Modicon 084”可編程控制器及后續(xù)產(chǎn)品很快在離散制造業(yè)的控制器中占據(jù)統(tǒng)治地位，還逐漸擴散到流程工業(yè)和間歇制造的批量生產(chǎn)過程，Dick Morley 由此被譽為“PLC 之父”。

對自己所發(fā)明的 PLC 產(chǎn)品對工業(yè)的貢獻，Dick Morley 曾在采訪中如此比喻：IPod 賣的是音樂，奔馳賣的是知名度；而 PLC 賣的是上市時間，汽車制造商原本要 6-9 個月的時間才能使新產(chǎn)品上市，用了 PLC 后就只需要 6-9 周，這相當于節(jié)省了很大一筆錢！

左一為 PLC 之父 Dick Morley

進入快速發(fā)展期

Dick Morle 基于集成電路和電子技術(shù)發(fā)展的控制裝置使得電氣控制功能實現(xiàn)程序化，功能越來越強大，其概念和內(nèi)涵也不斷擴展，這就是第一代可編程序控制器，但當時還不叫 PLC，而是叫做 PC（Programmable Controller）。

后來隨著個人電腦（也叫 PC）的快速發(fā)展，為了反映可編程控制器的功能特點，美國 A-B 公司將可編程序控制器命名為可編程序邏輯控制器 Programmable Logic Controller，即 PLC，并將“PLC”作為其產(chǎn)品的注冊商標。

當美國人發(fā)明了 PLC 之后，其他國家也紛紛跟進，1971 年日本成功研制出第一臺 PLC 產(chǎn)品 DCS-8；緊接著 1973 年德國西門子公司也研制出歐洲第一臺型號為 SIMA TICS4 的可編程邏輯控制器。

雖然現(xiàn)在的中國在半導體領(lǐng)域很弱，但在上世紀，中國與國際先進國家?guī)缀跬窖芯堪雽w、電子技術(shù)，因此在歐美研制出 PLC 不久后，中國也于 1974 年研制出第一臺可編程邏輯控制器，并于 1977 年開始在工業(yè)上進行應用。

從上世紀 70 年代中后期開始，PLC 進入了實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)得以全面引入 PLC 中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID 功能以及極高的性價比，都奠定了其在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。

自上世紀 80 年代初開始，PLC 在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用，同時世界上生產(chǎn) PLC 的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升，標志著 PLC 已經(jīng)步入成熟應用階段。至 90 年代中期，這段時間是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40%。

在這時期 PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力方面也得到了大幅度提高，PLC 逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。

到 20 世紀末期，工業(yè)發(fā)展大爆發(fā)，誕生了各種各樣的大型機和超小型機、特殊功能單元、各種人機界面單元、通信單元等產(chǎn)品，為更加適應于現(xiàn)代工業(yè)，使應用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設備的配套變得更加容易。

在多年的生產(chǎn)實踐中，PLC 已經(jīng)與 DCS（集散控制系統(tǒng)）、IPC（工業(yè)計算機技術(shù)）三足鼎立，同時還在其它的單回路智能式調(diào)節(jié)器等在市場上占一定的市場份額。近年， IPC 和 FCS（現(xiàn)場總線技術(shù)）發(fā)展迅速，擠占了一部分 PLC 市場，PLC 增長速度出現(xiàn)漸緩的趨勢，但其在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，仍將是無法取代的存在。

PLC 的主要分類及應用

從上世紀 90 年代開始，PLC 就根據(jù) I/O 點數(shù)發(fā)展出小、中、大型等多種類型產(chǎn)品。

小型 PLC

I/O 點數(shù)< 256 點；單 CPU、8 位或 16 位處理器、用戶存儲器容量 4K 字以下；主要代表產(chǎn)品有美國通用電氣（GE）公司的 GE-I 型、美國德洲儀器公司的 TI100/ 日本三菱電氣公司的 F/F1/F2、日本立石公司（歐姆龍）的 C20/C40、德國西門子公司的 S7-200、日本東芝公司的 EX20/EX40、中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司的 SR-20/21 等；

中型 PLC

I/O 點數(shù) 256～2048 點；雙 CPU，用戶存儲器容量 2～8K，代表產(chǎn)品有德國西門子公司的 S7-300、無錫華光的 SR-400、德國西門子公司的 SU-5/SU-6、日本立石公司的 C-500、GE 公司的 GE-Ⅲ等；

大型 PLC

I/O 點數(shù)> 2048 點；多 CPU，16 位、32 位處理器，用戶存儲器容量 8～16K，代表產(chǎn)品有德國西門子公司的 S7-400、GE 公司的 GE-Ⅳ、立石公司的 C-2000、三菱公司的 K3 等。

目前大型、超大型的 PLC 產(chǎn)品也不少，單機支持 300 回路和 65000 點 I/O 設備也日益得到重視。不過整體看， I/O 點數(shù)≤64 的 PLC 銷售額占整體 PLC 市場總量的 47%，64~256 點數(shù) PLC 占 31%，微型、小型 PLC 占據(jù)市場的絕對主流，而 I/O 點數(shù)大于 256 的中型、大型、超大型 PLC 累計市場容量才 22%。

PLC 主要應用于紡織、機械、電梯、冶金、電力、石油、市政、化工、樓宇建筑、建材、機床、塑料機械、橡膠機械、電子專用設備等行業(yè)，而汽車業(yè)是最有潛力的 PLC 行業(yè)之一。

目前全球 300 多品種 PLC 產(chǎn)品中，應用在汽車上的最多，達 23%，其后分別為糧食加工（16.4%）、化學 / 制藥（14.6%）、金屬 / 礦山（11.5%）、紙漿 / 造紙（11.3%）等行業(yè)。

主要品牌中，西門子、施耐德、羅克韋爾（A-B）、OMRON、三菱、GE 等少數(shù)幾家企業(yè)是絕對的行業(yè)巨頭，其中羅克韋爾、施耐德、西門子長期把持中國大型 PLC 市場的強三強，西門子獨占中型 PLC 市場半壁江山。

而國內(nèi)的 30 家 PLC 生產(chǎn)廠家中，都沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，我國尚未形成 PLC 制造產(chǎn)業(yè)化；不過已經(jīng)可以在小型、微型等 PLC 領(lǐng)域與國際品牌同臺競技。

審核編輯黃昊宇