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对国产PLC产业化的几点思考
2006年2月27日 14:55  

   自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)取代传统继电器控制装置以来,PLC得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术、网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的
作用。
    
    作为离散控制的首选产品,PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展,世界范围内的PLC年增长率保持为20%~30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大,近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是,在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料,2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右,在自动化领域占据着十分重要的位置。
    
    自上世纪七十年代引进PLC以来,PLC在我国的应用已有30年的历史。引进初期,由于PLC价格昂贵,引进的PLC主要用于冶金、电力、自动化生产线等大的设备和系统。近10年来,随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大,越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制,PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。
    
    在引进国外PLC产品的过程中,我国也曾组织了相关单位消化、吸收PLC的关键技术,试图对PLC进行国产化。

    但是,受各种因素的影响,国产PLC一直没有形成产业化规模,目前中国市场上95%以上的PLC产品来自国外公司。

    2  PLC发展趋势    
    从刚一问世至今,PLC一直表现出强大的生命力和高速增长态势。近年来,有关媒体进行过PLC和DCS(Distributed Control System, 分布式控制系统)谁更有生命力以及PLC是否会被IPC(Industrial PC,工业PC)、嵌入式控制器、FCS(Fieldbus Control System,现场总线控制系统)等取代的讨论。随着计算机技术和控制技术的不断发展,PLC和DCS都在不断吸收对方的优点,因此在部分高端PLC应用领域PLC的功能与DCS的功能越来越接近。但是,笔者认为,DCS有DCS的传统应用领域,PLC有PLC的传统应用领域,二者在今后5年内谁也不会代替谁,只是互相吸收对方的优点,在高端逐渐走向融合。至于经过一段时间发展后,DCS和高端PLC功能越来越接近,它们的名字叫什么都无关紧要,传统DCS厂商可能会叫它DCS,传统PLC厂商可能会叫它PLC,也可能叫FCS、PAC(Programmable Automation Controller,可编程自动化控制器)或其它名字。无论是PLC还是DCS,市场上的主流产品都采用了现场总线技术,尽管它们都不是严格意义上的FCS,但人们也可在一定程度上认为它们就是FCS,其实有不少厂商就是这么做的。因为FCS与DCS、PLC的关系不是本文讨论的重点,在此不多叙述。
    IPC加软件能实现PLC的主要功能,在一些场合能代替PLC进行控制,实现所谓软PLC的功能。这是IPC可靠性得到较大程度提高,并充分利用IPC通用性时PLC的一个发展分支,但笔者认为它毕竟只是一分支,近期内绝对不会成为PLC应用的主流。通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器,但PLC相对一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的稳定性。笔者实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器,现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。
    PLC将不断丰富功能、提高性能,其主要发展趋势体现为以下几点。
    ·  功能更强大  在原有开关量处理的基础上,PLC将进一步增强模拟量处理能力,并不断融合顺序控制、过程控制和运动控制功能。同时,PLC的运算速度、处理能力和存储容量也将不断提高。大型PLC系统在控制的基础上,不断增加管控一体化功能。小型PLC不仅具有顺序控制和逻辑联锁功能,还移植了大中型PLC的一些高级功能,如模拟量的闭环调节和运动控制等。
    ·  网络化  无论是大型PLC还是小型PLC,网络功能不断增强。PLC向上可以连接各种管理网,向下可连接各种现场设备。即使是小型PLC,不仅要完成单机设备的控制,还要对相关设备进行协调,因此通过网络交换信息就显得十分重要。为满足现代工厂自动化对PLC系统开放性和互联性的要求,北京和利时系统工程股份有限公司(以下简称和利时公司)推出的小型一体化PLC HOLLiAS-LEC就有多种联网功能。HOLLiAS-LEC G3不仅设计了与CPU集成一体的标准MODBUS协议、专有协议和自由协议串行通讯接口,还可通过网络接口模块与其它系统进行互连,接口模块包括自由协议串口、Profibus-DP、Ethernet、evicenet、Lonworks、CAN、FF、Modem、GPRS/GSM等。
    
    ·  标准化和开放性  通过自由组合模块化和标准化的硬件,同一厂商的产品可以灵活地组成满足不同要求的控制系统。同时,PLC将越来越开放,它提供的将是一个开放性平台,通过提供标准化和开放性的接口,PLC可以很方便地接入其它系统。另外,越来越多的PLC采用标准的编程语言。编程语言国际标准IEC 61131-3以前更多地被欧美厂商采用,现在包括日本厂商在内的主流PLC厂商都倾向于采用符合IEC 61131-3标准的编程语言。
    
    ·  专业化  不同行业在采用PLC时其关注点会有所不同,故其功能需求也会不一样。因此,在PLC通用功能的基础上针对不同行业应用特点开发专业化PLC产品,不仅可以提高产品性能、降低产品成本,而且可以提高产品的易用性和专业化水平,提高产品的综合竞争实力。这种专业化应用不仅体现在软件功能上,也体现在硬件构成上。
3  中国PLC应用现状    我国工业企业的自动化程度普遍较低,PLC产品有很大的应用空间,如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。因此,PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。
    
    我国大中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制,但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。随着竞争的日益加剧,越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制,以提高企业的经济效益和竞争实力。
    
    中国加入WTO后越来越多的国际公司把其制造基地转移到中国。同时,中国的国有企业和民营企业也在利用难得的历史机遇大力发展制造业。中国正在努力成为世界新的制造业基地。制造业的控制主要以离散控制为主,PLC是该领域控制系统的首选。制造企业为提高劳动生产率和产品质量,必然会大量采用PLC,从而为PLC的应用提供广阔的应用前景。
    
    自2001年以来,作为基础工业之一的机械工业成为我国工业发展新的增长点,年均增长率超过20%。与流程工业对模拟量的反馈调节不同,机械工业需对开关量进行连锁及顺序控制,因此PLC成为其控制产品的首选。机械行业的高速增长和自动化现状为PLC应用提供了巨大的市场空间。
    
    我国在“十五”规划中已明确提出了“用信息化带动工业化”的发展计划,大量传统产业的自动化改造将为PLC的应用提供巨大的发展空间。
    
    我国的工业发展及自动化应用水平与工业发达国家相比有几十年的滞后,按目前的经济形势分析,我国将迎来一个PLC市场高速增长的时期。
    
    基于上述原因和中国经济高速增长的现状,今后若干年内中国PLC市场将保持持续高速增长。综合相关资料提供的数据,并分析目前中国PLC市场主要厂商的经营数据,初步估计目前在我国本土销售的PLC总量为30~40亿元人民币(不含随进口主设备配套的PLC),年增长率为15~20%。按保守数据(2004年市场总量为30亿元,年增长率为15%)估计,未来5年内中国PLC市场的销售收入见表1。表1  未来5年中国PLC市场容量(单位:亿元)
 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 34.5 39.7 45.6 52.5 60.
    
    3    巨大的市场需求为发展PLC业务提供了难得的历史机遇,国内有实力的自动化公司应充分利用在市场、技术、行业影响和品牌等方面的积累,大力拓展PLC业务,使国产PLC早日成为中国PLC市场的主要参与者之一。
     
    目前中国PLC市场主要厂商为Siemens、Mitsubishi、Omron、Rockwell、Schneider、GE-Fanuc等国际大公司,欧美公司在大、中型PLC领域占有绝对优势,日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置,韩国和中国台湾的公司在小型PLC领域也有一定市场份额,中国大陆PLC厂商的市场份额几乎可以忽略。
    
    大型PLC的目标用户在选用PLC时一般不会把价格作为首要考虑因素,而是更关注产品性能、质量和品牌,对价格不是十分敏感,故日本产品很难进入该领域。韩国和中国台湾的产品从一开始就是模仿日本产品,基本沿袭日本产品的技术路线,其在中国的市场策略、行业影响基本是步日本厂商的后尘,只不过比日本产品滞后一段时间。
    
    对中、小型PLC的目标用户而言,市场上主要厂商的PLC产品均能满足其要求,所以在产品选型时价格是十分重要的因素。因此,日本产品在该领域占有绝对优势。Siemens在推出新一代小型PLC产品S7200后其价格与日本产品相差不大,最近几年其小型PLC的市场增长迅速,已经与日本主要产品(Mitsubishi和Omron)在小型PLC领域取得了类似的市场地位。近年来,由于具有明显的价格优势,中国台湾的部分PLC厂商在小型PLC领域发展势头十分强劲,抢占了原来日本产品的一部分低端市场。
    
    目前,中国PLC市场的95%以上被国外产品占领。国内曾有研究单位开发PLC产品,后因种种原因没有发展起来。值得欣慰的是,国内已有具有较强实力的公司开始拓展PLC业务,并在中国PLC市场有了一定声音,如和利时公司、德维森公司、安控公司。4  对国产PLC产业化的几点思考    尽管国产PLC在中国PLC市场所占份额很小,但只要国内有实力的厂商下定决心,仔细分析自身的劣势和优势,充分利用各方有利资源,踏踏实实、有针对性地做好各项工作,国内PLC厂商一定能够在PLC领域有所作为。

    4.1  国产PLC产业化的外部环境
    
    应该说,国产PLC产业化的外部环境越来越成熟,在市场需求、技术水平和生产工艺等方面,我国企业已经完全具备规模化生产PLC的条件。
    
    首先,中国的PLC市场将会高速增长,为国产PLC产业化提供了良好的市场基础。
   
    其次,从技术角度来说,PLC技术正在由封闭走向开放,在硬件设计和软件平台上大量采用通用技术和标准化技术,使得PLC的设计和开发不再存在技术壁垒。这为后来者提供了开放的技术平台,降低了进入门槛。
   
    最后,随着国内生产工艺及质量管理水平的不断提高,PLC产品在设计、制造、工艺流程和质量控制等方面都具备了规模化生产的条件,从而保证了高质量PLC的生产。

    4.2  竞争形式分析
    
    相对于国际大公司而言,国内PLC厂商具有如下明显的劣势:
    
    ·  品牌劣势  在市场开拓初期,国产PLC的品牌在较长一段时间内不为用户认可,从而加大了市场开拓难度。
    
    ·  应用业绩劣势  相对于国际著名的PLC厂商而言,国内公司的PLC应用业绩较少,用户对国产PLC的性能、产品质量和技术支持持怀疑态度。
    
    ·  产品线劣势  在国内公司开展PLC业务的最初几年,PLC产品线不完善,产品的品种较少,不利于全方位的市场开拓。
    
    ·  研发实力劣势  相对于实力雄厚的著名PLC厂商而言,国内公司的研发实力较弱。
在清醒地认识到国内PLC厂商竞争劣势的同时,人们也高兴地看到国内公司在开展PLC业务时存在较大的竞争优势:
    
    ·  需求优势  国内PLC厂商能够确切了解中国用户的需求,并适时地根据中国用户的要求开发、生产适销对路的PLC产品。例如,和利时公司具有12年的控制类产品生产、销售及工程实施经验,积累了大量客户资源,了解国内不同行业、不同地区、不同所有制用户的真正需求,因此在产品设计时可以充分考虑中国用户的需求和使用习惯,产品的针对性和易用性更强。
    
    ·  产品定制优势  由于是完全本地化的研发、生产、销售和技术支持,国内PLC厂商可以根据用户的特殊需求定制个性化产品。在实际工作中,有些用户希望在一个PLC模块上同时具有开关量输入、开关量输出、模拟量输入和模拟量输出等功能,同时输出既要有继电器的,还要有晶体管的。这种一般通用PLC不能提供的特殊需求,国内PLC厂商可以快速为用户专门定制。跨国公司的中国用户和中国雇员很难迅速将这种特殊需求直接反馈到国外的生产厂家,难以促成产品的改进。
   
     ·  成本优势  由于是完全本地化的研发、生产、销售和技术支持,国内PLC厂商具有较大的成本优势,这种成本优势直接转变为产品价格优势。
    
    ·  服务优势  国内PLC厂商的服务由公司相关人员去实施,PLC生产厂商可以直接面向最终用户。由于公司技术人员充分了解自己的产品,能够迅速解决实际应用中发现的问题,因而能显著提高服务水平和服务质量。另外,国内PLC厂商可以在PLC的售前、售中和售后中为用户提供免费增值服务。例如,面对众多的中小用户,和利时公司开展了免费培训和免费方案设计服务,得到了广大用户的一致好评。
    
    ·  响应速度优势  相对于国际PLC厂商而言,国内PLC厂商能更快响应用户的要求。

    
    4.3  国产PLC产业化不成功的原因分析
    
    分析以前国产PLC产业化不成功的原因,可以为今后国产PLC产业化提供十分有价值的帮助和指导。
    
    首先,是技术方面的原因。早期的PLC技术相对封闭,开放性不够,缺乏一个通用的技术平台,国内研发单位很难得到前沿的PLC核心技术,需要长时间的不断尝试和摸索。“七五”和“八五”期间,国内部分研究单位在PLC研发上进行了科技攻关,取得了一些攻关成果,也基本具备了自主研发PLC的能力。但是,缺乏持续研发和产品化能力,最终没能形成规模经营。
    
    第二,是资金问题。PLC既是专业产品,也是自动化领域的一个通用产品,要形成规模经营必须具有较大的资金投入。有人意识到了开展PLC业务的重要性,但资金不够;有人有资金,却认识不到其长远价值。应该说,部分国产PLC产品确有其独到之处,但由于缺乏足够的资金支持,无法形成规模经营。作坊式生产或者受短期盈利目标的约束,使其无法形成再投入和扩大再生产,制约了产品的健康发展。
   
    第三,是制造工艺问题。在10年前甚至5年前,国内的制造环境如生产工艺、模具制造、质量控制等方面仍存在较大欠缺,无法满足工艺要求较高的PLC批量生产。
    
    第四,面临的是一个与大批国际跨国公司竞争的成熟市场,如何有效地将产品推广出去尤为重要,而国内公司恰恰缺少一支具有独到经营理念的市场队伍,市场开拓力量薄弱。
    
    最后,是体制问题。原来许多做PLC的是研究所或者国营企业,体制和机制问题限制了PLC的产业化发展。

    4.4  做好国产PLC产业化的几点考虑
    
    首先,不断完善设计方案,充分考虑产品的可靠性、稳定性和可生产性。
    
    第二,在生产环节加强工艺控制和质量控制。这方面在我国消费类电子产品中已经做到了,而且有许多宝贵经验值得借鉴。关键的问题是要认认真真地去做,踏踏实实地去执行。
    
    第三,为适应各种现场应用环境,PLC产品在经过严格的质量控制生产出来后,还需要进行相应的检测和测试,这种测试不仅要在公司内部做,还要拿到相应的权威检测机构去做。例如,对和利时开发的PLC就进行了严格的EMC测试和论证。必要的测试和认证是必不可少的,这既是对产品负责,也是对用户负责,更是创立自主品牌的品质保证。
    
    第四,要认真研究中国用户的需求,根据中国用户特点和使用习惯,设计、开发、生产质量可靠、性能稳定、价格合适的产品,并有针对性地开展营销推广、市场开拓和服务工作。
    
    最后,国内PLC厂商要正视与国际大公司的差距,虚心向国际大公司学习先进技术和营销理念,并学以致用,努力缩小差距,迎头赶上国际先进水平。

    4.5  国内PLC厂商间的合作
    
    中国PLC市场被国外各大公司分割是不争的事实,国内有志于发展PLC产业的厂商应联合起来,共同推动国产PLC的产业化工作,一起宣传国产PLC的必要性、可行性及国产PLC的优势,使国产PLC早日在中国乃至世界PLC市场占有重要一席。
    
    5  结语    

    PLC是一种高投入的高科技产品,要取得用户的信任非常不容易,目前国产PLC还从没有真正得到用户的认可,国产PLC品牌要得到众多用户认可绝非易事。一方面,PLC生产厂商要明确目标、认真做好每一件事,确保产品性能和质量,同时加大市场营销和市场推广力度。另一方面,相关主管部门和广大用户也要给国产PLC足够的支持,给国产PLC更多机会,同时为国产PLC产业化提出中肯的意见和建议。笔者坚信,只要大家齐心协力,国产PLC的产业化一定会有一个美好的未来。 

 
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