开放式plc控制系统的概念

　　1．plc控制系统应用中产生的开放性需求

　　长期以来，制造和制造公司使用的控制系统大多是专用的——封闭式架构，构成系统的硬件是根据各自的标准量身定制的。无论是DCS，PLC还是FCS，虽然它们具有简单的结构——技术成熟的——产品批量大小等优点，但生产要求相对较快，也越来越暴露其固有的缺点。在许多情况下，当用户想要扩展或更改功能时，他们必须求助于系统提供商。如果他们想将特殊要求整合到控制系统中，由于其封闭性质，它是不可能的。此外，由于使用专用控制系统，制造商很难转换控制系统。这样，它不仅提高了制造企业的资金，而且成为控制系统升级的“瓶颈”。

　　市场全球化的后果是竞争空前剧烈，从而要求制造商具有较强的市场适应能力，因而市场对适合中小批量加工，具有良好柔性和多功能性的制造系统的需求已逐步超过对大型单一功能的制造系统的需求。这一趋势促成了一个新概念的产生，即模块化、可重构、可扩充的软硬件系统，这就是开放式控制系统。这一系统不仅能够快速、经济地适应新的加工需求，而且为制造厂提供了将其技术与任何第三方的技术或产品进行集成的可能性。

　　开放式plc控制系统的概念在80年代就已出现。早在1981年，美国国防部为了减少武备制造对日本控制系统的依靠性，开始了名为“下一代控制器（NGC）”的计划，并成立了“美国国家制造科学中心（NCMS）”，其主要目的是拟订并推进关于新一代开放式控制系统的具体分析与规范。作为NGC的后续工作，美国国防部启动了OASYS项目，其目的是建立并安装8套控制器，并在6种不同场所对其进行测试。其后有很多相关的研究计划在世界各国相继启动，其中影响较大的有美国的OMAC、欧洲的OSACA和日本的OSEC等计划。但由于这些计划的发起者是用户而不是制造商，因此，进程比较缓慢。

　　2．国际大型plc控制系统制造商的开放路线

　　2003年，全球自动化行业的控制系统市场大约为每年100亿美元左右，其中99%被传统的不开放系统所占据。据国际权威机构美国自动化市场研究公司ARC（AUTOMATIONRESEARCHCORP）调查预计，在亚洲，基于PC的控制系统、以太网的I/O模块等开放式系统的销售额预计近两年的增幅达到145%，可见在控制系统市场中，开放系统的增长率远远高于传统的控制系统。

　　资金永远是向高利润的方向活动的，那么，国际的大型PLC制造商当然不会对这么大的市场坐视不理。但是，分析这些PLC的制造商面对开放性的大趋势所采取的策略，却是微妙而饶有趣味的。

　　首先，国际大型控制系统固然尽对有能力推出自己的开放式控制系统，但是却都迟迟按兵不动。什么原因呢？

　　几乎所有的制造商都已熟悉到了开放系统必将是自动化系统的未来。无论是SIEMENS，GE，还是ROCKWELL，还是SCHNEIDR，在他们的新产品样本中，都可以看到“开放性”的字样。但是，他们的开放性通常都是在原有的系统上层加上一些接口实现局部的互连和通讯，并非真正意义上的开放。不要说控制器的底层，就是在操纵站这一层，他们在实现与外界通讯方面还存在着重重困难。这种状况的产生并不是由于他们无法开发出全开放的系统，而是出于其产品战略考虑，不愿也不能这样做。以西门子为例，目前，主推的是西门子用了15年时间才开发出来的S7系统，2002年的产业控制产品的销售额约为140亿马克，假如西门子要推广新的开放式系统，必然要争夺现有的S7系统的市场，而新的系统能否为现有的西门子的用户所接受，还是一个未知数，况且目前其它开放式系统的市场总额才几亿美元，尽管这个市场的增长率较高，但西门子尽对不可能为了总共几千万美元且风险极大、竞争能力不强的少量市场而放弃已经现成的数十倍的市场。西门子是这样，GE、AB都是这样。

　　那么，这些公司对于开放式系统市场是否只能坐视不理、无能为力呢？也不是。目前，各个公司均在考虑用现有的产品组合出形式上的“开放式”系统。如西门子的PCS7和TIA概念，实际上就是用工控机下挂S7的PLC而组成的概念性的系统，宣传口号是“不仅仅是基于PC的PC控制”，典型地表示了其一方面不想在开放式系统领域落后于他人，同时又不想失往老用户的复杂情结。GE-FANUC在2000年底推出了HCS，实际上就是用原来的产品FANUC90-30和90-70加上工控机和软件而组成的概念性的产品，才用了“为用户量身定做（TAILORED）”的概念，口号是“把DCS和PLC的优点结合起来”；也具有同样的心理。类似的还有ROCKWELL-AB的CONTROL-LOGIX，都是将原有的专用系统加上“开放”的标签，半推半就地走上开放式系统市场竞争的舞台。这些控制系统巨头的目的都是相同的，那就是既不错过开放式系统这班航船，又可以将原有的系统尽量多地销售出往。

　　以上分析可以得出结论，在开放式系统的市场竞争的低级阶段，国外各大控制系统制造商会迎合发展趋势推出自己的开放式系统，但是均会以其目前的产品为基础，在软件平台、通讯方面做些装饰性的工作，而不会真正推出全方位的真正的开放式系统。由于这样做，对他们现有系统的市场所带来的损失是他们不愿承受的。

　　3．目前开放式plc控制系统开发存在的题目

　　目前国际上已有的开放性控制系统从严格的角度来看，它们还不具备开放性控制系统的本质特征，仍有很多需要改进之处。

　　首先，开放式控制系统的概念不清楚，没有解决开放控制系统的平台题目。各系统所采用的体系结构和通讯协议并不一致，还是自成体系，相互之间缺乏兼容性和互换性，而且对体系结构的阐述都只限于具体实现层，没有进步到理论的、抽象的层次上来，因而各系统软硬件不具备可移植性和互操纵性。

　　其次，没有充分利用像Windows、UNIX、OS/2等新型操纵系统。软件开发思想与技术落后，始终处于甚至低于结构化程序设计的水平。没有充分利用面向对象、软件重用等软件工程中的新理论、新技术，而这些正是实现开放性控制系统的关键所在。

　　此外，产品的升级、更新、修改和维修仍然依靠于生产厂家，没有提供相应的开发工具和环境，用户无法把自己的或任何第三方的思想或产品融进到系统中往。

　　题目是，目前各大控制系统制造商并非不了解这些题目现状，而是不愿意进行实质的改进来真正满足用户的要求，用户要求开放式系统的目的是为了实现企业内部的信息活动的无缝化和软件、硬件的标准化和通用化，目前各厂家所采取的措施充其量是帮助用户向前迈了一小步，而且用户必须为此付出高昂的用度，如西门子的S7400仅通讯模件所花的用度就占整个系统的1/3以上，开放式系统应有的性能价格比的进步用户无法享受到。这种表面的开放性并不能代表真正的开放性，不少专家已尽不客气地指出了这一点，很多明眼的用户也熟悉到了这个题目。

　　目前，全力致力于真正开放式系统开发的反而是一些新兴的相对较小的公司，如美国的OPTO22，SOFTPLC，CONTROLSOFT以及英国的TRANSMITTON等等。这些公司没有过往的包袱，所开发的产品的市场目标也不存在抢自己饭碗的题目，所以他们可以没有后顾之忧地宣传。由于他们的产品是充分考虑了开放性的，今后将成为开放性控制系统的新的新气力。但目前，这些公司普遍没有信心对目前的市场领导者所占据的传统控制系统市场进行全面进攻，一般还是在钻一些至公司不愿或忽视做的空缺市场，在国际上没有对现有的市场领导者构成威胁，因此，至公司对这些公司也没有采取什么对策。

　　值得认真分析的是，经过两年到三年的时间，开放式系统在目前被市场领导者垄断的市场中打开了一个缺口后，如占到了10%或20%左右的份额时，那些目前的市场领导者一定会加以重视，由于即使他们自己不往取代老产品，可能别的新兴公司也要取而代之了。这时，他们一定会全力反扑，纷纷推出自己的新一代开放式产品。这些至公司的转向，可以加速用户对开放性系统的接受进程，更快地推进开放式系统的市场步伐。这时，至公司和小公司在开放性控制系统方面将站在同一个起跑线上，相对公平地从价格、服务、系统集成经验等各方面来进行竞争，控制系统长期被数家巨头所垄断的局面可看在开放式系统普及后被打破。