PLC江湖无浪，自动化风云录
08-31 07:00 投诉阅读数：2026自动化领域的常青树
彭 瑜:上海工业自动化仪表研究院，PLCopen中国组织
林雪萍：南山工业书院发起人，北京联讯动力咨询公司总经理
皮实、简单、可靠，这就是自动化控制系统的全部要义。智能制造的根基，也未能离开这一点，而可编程控制器PLC，则是一个传奇的产品常青树。
崛起之后就是洗牌
借助福特汽车产线的驱动力，美国莫迪康Modicon公司率先在1969年制造出第一台可编程控制器PLC。这是一个划时代的产品，如果按照德国工业4.0的说法，这是工业3.0开始启动的标志。如果把MO-DI-CON拆开了看，还是大有讲究的，它代表“模块化MOdular-数字化DIgital-控制CONtorl”三个字意思。这实在是一种经典传世的设想，五十年后今天的自动化领域，似乎都未曾离开过这个圈圈。
这种简单部署、成本相对较低的控制器，随后在机器产线上风靡。全球自动化界为之卷动。从70年代开始特别是80年代，到处都是PLC品牌的大发展。在日本，正是机械大发展的时代，机械与电子融合迅速成为日本自动化崛起的契机。日本富士、欧姆龙、日立、安川、东芝都有PLC，像安川就是购买Modicon许可证。在美国，除了Modicon，还有SquareD，瑞恩Reliance、AB等。法国的Telemachanique的PLC也不错，至今在港机大吊车上依然能够看到。新开的边疆，到处都是热土，到处都是新兴者的乐园。西门子也在这个时候，走向了PLC控制系统的舞台。
1980-1990年，是一个PLC亮出底牌的十年，技术诀窍变得不再神秘，企业家的管理开始发威。春秋无义战，收编时期开始。经营不善的Modicon也开始成为德国一家公司的猎物，并在辗转之后，卖给了施耐德 。法国TE也被施耐德收购。而反应灵敏的罗克韦尔，则在1985年并购了百年老店AB，并在1995年收购瑞恩电气，从此在自动化控制领域彻底站稳脚跟。至此，美国四家最早的PLC公司，全部被收购。
在日本这个内卷也很厉害的自动化市场，三菱电机脱颖而出。在1985前后，根据市场调研公司F&S的报告，在日本市场上三菱电机跟欧姆龙差不多，都是20%多。然而仅仅到了80年代末，日本市场已经是三菱独占50%。它只给欧姆龙、富士以及在传感器战无不胜的基恩士等同行，留下越来越小的市场。
到了1995年代，反复洗牌的PLC市场，基本呈现了明朗的态势。开创者Modicon在1996年被施耐迪电气收购之后，PLC发展的历史基本进入平静期。自动化控制系统的角色，像一处迟迟不能散场的演出，舞台的角色比观众的寿命还要长。
长盛不衰的角色
在这样的一个舞台上，西门子、罗克韦尔、三菱电机等，基本是长期盘踞国际市场PLC的头部位置。这有着技术实力、质量保证体系，以及培育用户策略的综合性支撑。
图 全球PLC市场（Source：美国ARC咨询公司）
时间回到1983年。德国埃尔朗根西门子的PLC制造厂，当时只做中大型的PLC S5系列，而且很少对外销售，大部分是自己的工程配套用的。令人印象最深的是PLC的设计开发人员只有十几个人，而管制造工艺和质量控制的部门有三十多人，而且大部分是博士，实力之雄厚是前者的两倍。仅就这一点，没有哪一个国内自动化制造企业可以比。国内企业里技术最强的一定是开发设计部门，工艺和质量部门一定尾随其后。
而在90年代，如果去日本三菱电机参观访问，不能错过专门做小型PLC FX系列的姬路制作所。一个面积不算大的车间承担了全部FX系列的各种模块的生产。生产安排以半小时为一批，生产的品种和数量在看板上列出，记忆中每批就五六个品种、几百台的数量。令人惊讶的是元器件做到了零库存。每一批生产产品需要的元器件在半小时前由物流车送达，装在黄色的塑料盒内。除了元器件上料和整机下线后的老化有人辅助而外，生产线是全自动的，印版的焊接以至整机的装配都没有人干预。这种生产方式国内至今也难以做到。国内深圳有家生产PLC的公司，为了怕关键元器件断档，需要半年的库存量。对于PLC这种成本锱铢必较型的产品，库存，不仅仅是罪恶的，而且是致命的。
商场决战，大学早已定音
PLC的用户使用习惯，对于一个品牌而言，是一个巨大的护城河。很多在校学生习惯了某种品牌的PLC之后，走到社会上往往也会下意识推荐工厂使用。
西门子培育PLC用户的方式，可见一斑。它往往以极低成本给许多工科大学广泛提供PLC实验室，使得好多的大学开PLC的课就按机型教学。可以说，这些PLC充满了工科大学和高职高专的实验室。而在大学课堂里，很少会认真传授PLC控制标准的底层通识性内容（如IEC 61131-3标准规范等），而只传授品牌PLC的使用方式。这让大学生的教育，陷入了一个只知道表象，而无法探究底层基础原理的怪圈。这是当前非常普遍的现象。
在工业软件领域也是如此。学校热衷于传授国外软件的使用，学生则在工具的支撑下做着绚丽的图表。MatLab软件，几乎是高校理科生的必备软件，轻松进行各种仿真画图。然而，这种软件，也会遮掩掉最底层的原理推断，切断了大学生对物理本原的思考，也阻断了创新回路。有些有识之士，干脆不允许学生在研究生论文使用Matlab，就是从傅里叶变换这种最基础的数学公司开始。开人脑路，才是大学理工科教育最重要的方式。
西门子也会花费大气力，扶植出版机构，出版大量的西门子PLC的使用教科书。甚至培养和支持了很多著名的教授团队，写了许许多多西门子PLC、人界面HMI等的畅销教科书。据说有的书已经销售二三十万本。这使得这些PLC有了庞大的初学者基数。与此同时，“西门子杯”中国智能制造挑战赛，受到了上千院校的参加，已经都进入了十五届，也都是教育部官方认可。
教育部自动化教学指导委员会召开的会议上，也有很多人对PLC的通识教育很感兴趣。但似乎没有人能够改变这个局面，也很少有大学能够落实。
这样做其实并非西门子的孤例。三菱、罗克韦尔在大学院所实验室和培训教材的布局，也是同样的套路。有哪个大学，会拒绝企业主动提供的硬件、软件和配套教学书呢？而它带来最直接的结果就是，各科大学，各个技校的毕业生，就会成为这些PLC品牌的超级粉丝和拥趸。如果说工厂里PLC使用者，决定采购何种品牌，那么大学里的实验室就是品牌教育，而培训教材则是第一采购指南。
当然，这种方法，似乎也无可厚非。这应该算是教育和企业试图联合推动学生技能培养的一部分。对于工厂而言，也欢迎这样提前有一技之长的毕业生。这是一种市场存在的需要。只是，高校职高的认知与技能培育，会形成一种逐渐发酵的机制。大学教育者只是从前端只看到了一块面团，而真正面包的生意，是教授者没有见到的市场。
失败的追赶者
GE的PLC，就是美国PLC行业中追赶的苦行僧，修炼很苦，道行很差。在国内的市场份额也不大。在GE的自动化历史上，曾经有三次大型行动，意图扭转在控制系统的落后局面。
早在1993年前后韦尔奇刚刚上任的时候，新官三把火，第一把火就指向统一控制系统的工厂。那个时候，它拥有跟日本数控系统老大FANUC的合资公司，在机床控制有着很好的优势。这个以“未来工厂”命名、用单一控制系统，来整合所有机器的控制系统。当时数控系统，还是处于萌芽期，机器接口更是五花八门。这一大张旗鼓的行动，以耗费10亿美元而落败。在追求自动化大统一的战场上，GE栽了一个大跟头。这次技术上的失败，不过是一个小小的战术瑕疵，淹没在韦尔奇传奇的管理故事之中。GE的PLC继续保持颓势。没有人愿意提及这一点，GE控制系统在前进的道路上，还有更大的坑，等着抹掉记忆的人掉进去。
2001年美国自动化咨询公司ARC提出来PAC（可编程自动化控制系统），这是一个基于PLC控制和基于PC控制的混合体。意在通过开放的自动化控制标准，既有PLC编程简单成本低廉的特点，又有PC-Based强大的计算能力。PAC的概念，得到了GE Fanuc公司的积极响应，2003年发布了相应的产品。然而，似乎缺乏控制基因的GE，仍然无法通过PAC来改变面貌。实际上，机器控制要求高度可靠，无法直接采用PC技术来实现。英特尔芯片在工业环境，表现弱爆，散热问题需要专门解决。要把芯片改造成果适应PLC结构的模块，有很多工作要做。这非GE特长。而PAC在软件方面，没有做到面向对象、可建模的程度，于是这更像是一个噱头。随着旗手GE的弱势，PAC概念也就像一阵风的刮过去，市场上仍然是PLC的天下，只是基于PC控制的PLC结构已经开始呈现倔强的生命力。
2016年，GE与FANUC平静地分手。这场三十年的婚姻，双方各自分得家产，Fanuc保留数控领域的全球业务，而通用电气公司则继续保留软件，嵌入式系统和控制系统的全球业务，再加上前一年收购阿尔斯通也继承了一部分自动化业务，现在统称为智能平台GE-IP。这场合资的结果，被看成是日本制造蹭美国大腿的一个经典案例。美日合资没有不失败的，基本都以日本胜出而告终，无论是在机床，还是半导体，甚至还有汽车。在这三十年，日本FANUC已经从名不经传的数控系统，成为全球数控系统的王者地位，只有西门子才能与之匹敌。GE成功地将自己的渠道，做成了输液管，FANUC趁机扩散到整个北美市场。GE则仍然一脸茫然地面对多年来无法搞定的PLC市场。
此时，GE应该并没有意识到这是另外一次的失败，因为它有着更大的宏图正在展开：那就是工业互联网。GE已经坚决走向了数字化的路线。这次是Predix工业互联网平台。英雄造势，振臂高呼，天下机器，在此一联。这次打前锋的则是工业软件，思维方式又是大一统的控制平台。然而，应该说这次控制系统的振兴，选择一个糟糕的机会，首先是全球能源环境发生巨大变化，GE在这方面的投资出现巨大亏损；其次还有很多金融信托问题都一一暴雷。重要的是，工业互联网迅速开始褪色，证明自己光靠烧钱是不可靠的。对于需要强力支撑的工业而言，它还只是一条婴儿的小腿。
2018年，由于整个产品线受到了大环境的影响，GE数字化战略也因此受到了严重的干扰。GE不得不以22亿美元低价格，将整个GE-IP智能平台，卖给了流程行业的自动化巨头艾默生，后者一直试图在混合流程行业有所作为。
三次意欲一统机器江湖的失败，让GE应该彻底凉心。但GE自动化平台GE-IP应该感谢艾默生的野心，否则只有2亿美元的自动化业务，很难在当时卖出10倍的价格。然而，包袱终究是包袱，接手了GE多年郁闷不得志的PLC，艾默生最近三年也没有什么太多进展。
如果说有破局者
根据MIR睿工业咨询的估计，中国PLC市场大概有130亿元人民币的规模。而PLC的主阵地，在于机械设备制造市场，大约占比70%左右。其余则分布在各种工程项目中。西门子以覆盖小到大的产品广谱占据了国产市场40%左右的份额，而欧姆龙、三菱电机、罗克韦尔和施耐德则尾随其后。各自定位不同，罗克韦尔，则基本放弃小型PLC，专注在中型PLC之上。而日系在小型PLC市场有很大的发言权。
在传统PLC厂商的夹缝中，如果说表现卓越者，则有很小众的德国倍福和奥地利贝加莱（已经被ABB收购）的基于PC控制，抢出了一片生存空间。他们基本都是从高端市场切入，走高端市场低成本化的路线。
这是一种不同PLC简单图形编程的道路。倍福采用了控制和软件同步发展的策略，并且结合有力的通讯协议，软件/系统工程方法，实现了局部领域的突破。在中高端应用上，价格比西门子公司便宜，而且非常灵活。它充分展示PC机在软件工程方面的灵活性和开发性。倍福还通过提供软件开发套件的方式，支撑第三方厂家的深度定制需求。在这方面，那些领先的PLC厂商基本上是不会对外开放。
考虑到PLC在低廉成本、用户习惯成为天然壁垒的局面，经营利润太低的PLC并不是一个好的选择。对于大部分工业厂家而言，卖掉PLC反而是明智。这跟大企业很难进行大型自研工业软件的开发，是一样的道理，经济性往往很差。
而倍福和贝加莱，都早早地意识到了成本的问题，因此二者不约而同，采用了相同的策略，那就是高度重视细分行业的特殊功能模块的开发。
施耐德电气，则在最近几年呈现了更加积极的进取心。在美国倡导发起的开放自动化体系中，施耐德电气表现得异常活跃。作为一种开放环境的编程语言61499，成为自动化界一股新锐热潮，它基于模型的编程思路使得软件硬件解耦成为可能——这将打破生产线改动时所形成的漫长的调试切换。而施耐德似乎全力拥抱这种新的自动化规范，在整合了老牌Modicon和TE的PLC产品后，已经将Unity Pro软件作为未来中高端PLC的统一平台。
国产的路径
中国制造一向以低成本而著称。这听上去像是说，凡是低成本制造，中国所向披靡。然而，还真不是这样。在自动化领域，可编程控制器PLC以其编程简单、成本低廉一直是稳稳的常青树产品。但这个领域，中国PLC制造商，还没有形成决定性的力量。
可喜的是，这期间有很多挑战者。和利时、浙大中控凭借早先在过程自动化控制市场的积累，加上南大傲拓，在大型PLC领域也都有一些突破。但在离散制造业的PLC，尚未形成真正的挑战。目前看上去深圳汇川和无锡信捷，已经有不错的表现。但根据智研咨询的报告，在2019年，这两者加起来的市场份额，在整个国产品牌中也只有5%。
被称为小华为的汇川正在积极突围PLC领域。2020年汇川收入不到120亿，但目前市值已经接近2000亿。真是惊人的溢价。那么汇川能在PLC领域，杀开一条血路吗？
从既有的路径来看，德国倍福，奥地利贝加莱的思路，是往高端做的突破口。剩下的两条路，无论是做工艺配套，还是硬件成本血拼，都是比较狭窄的道路。
就中低端控制系统，各家自动化厂商，都会有自己的硬件。如和利时，中控等企业，工程项目依然很重。要养活庞大的的工程实施团队，继续血拼控制系统是必须的。
汇川更是有这方面的动力的，它要为自己的伺服和变频器而战。目前看上去，汇川的产品还是过于零散，小诸侯太多，但还缺乏强有力的粘合剂，能够将不同的驱动、伺服产品、控制系统整合在一起。最好的方法，当然还是软件平台。正如西门子的策略，采用TIA博途，将各个产品连接在一起。施耐德电气也很好地利用了Eco Sturxture的平台力量，将所有变频器、PLC、人机界面甚至低压电气，都统合在一起。
实际上， PLC硬件背后，还有一个沉默的尖刀：那就是软件编程平台。
这是一个狭小的市场。能够符合开放式PLC的61131-3编程平台，绝大部分都留给了3S公司的Codesys，和另外一个相对不知名的一方梯队Infoteam。作为第三方的PLC编程软件，Codesys是控制系统的隐者。像倍福、施耐德电气都有Codesys的影子。以电气连接见长的菲尼克斯则收购了另外一家KW编程平台，该平台正是三菱PLC进行二次开发的基础。而罗克韦尔则花费大气力开发了自有的编程平台。可以说，在自动化圈子里，看上去体量有些单薄的罗克韦尔（2020年营收为63亿美元），是最注重自我平衡的一家公司。为了避免各种眼红的自动化巨头的并购，罗克韦尔极尽腾挪之术，在外部构成了各种联盟。而在内部，则非常注意加强软件部门的投入。
实际上，让汇川最难受的应该就是它也坐在了Codesys的椅子上。太师椅，还是老虎椅，只有汇川自己知道，但看上去它也要向这种如坐针毡的局面告别了。然而，要彻底摆脱Codesys编程环境，还是路途遥远，不见星光。
小记：OT不点头，IT莫进来
借助于工业现场的复杂性，和恶劣的环境——现场的油气似乎让白领IT人员望而却步，自动化厂商，已经证明了它可以继续在数字化制造中大浪中闪闪发光。而PLC这个半百老翁，更是精神抖擞地挺直了腰杆。物联网，工业软件都让它变得更加强壮，进一步确立了它在自动化领域的中心位置。如果不能进入控制领域，工业互联网就没有进入主战场。PLC就是这样一个标杆。而四面八方的制造信徒，则有足够多理由继续向它的地盘发起进攻。
鸣谢和利时的丁研、奥特思的张海伟、致迪的周舟给予的大力支持。