自1969年第一台可编程控制器诞生以来，可编程控制器已经成为业界的掌上明珠。经过近半个世纪的发展，可编程控制器已经成为工业自动化系统的核心部件。在工业转型升级的智能化时代，PLC不仅满足控制功能，还具有数据分析、过程优化、网络安全保护、故障预测等功能。完成从经典控制到智能控制的转变。
1.传统可编程控制器发展与应用
1.1国际可编程控制器发展和应用历史
PLC，又称可编程逻辑控制器，是理查德E莫利于1968年发明的自动化设备。其核心设计思想是用软件编程代替硬连线继电器控制来构建程序控制系统。同年，通用汽车公司制定了PLC的设计标准。从此，PLC被广泛应用于各个工业领域。
70年代是PLC的兴起时期。自1977年罗克韦尔自动化首次提出基于8位微处理器的PLC以来，很多厂商都在模仿和生产基于8位微处理器的PLC产品，如Zilog的Intel8080和Z80。
20世纪80年代，随着微电子和微处理器技术的发展以及PC的应用，PLC技术处于成熟阶段。Athani设计了一种基于8位微处理器8085的PLC，它有手动编程器和CRT显示终端，程序段可以在CRT上显示。
20世纪90年代，随着IEC61131的正式颁布，PLC技术进入第三个发展时期。此时，系统结构从传统的单机向多机发展，控制系统配置从独立控制系统向分布式、远程控制系统发展；在编程语言中，它们倾向于多样化和相互转换。除了自动化生产线之外，还开发了基于PLC的分布式控制系统(DCS)、监控与数据采集系统(SCADA)、柔性制造系统(FMS)、安全联锁保护(ESD)系统和运动控制系统，以提高PLC在各个方面的应用范围和水平。
自20世纪90年代末以来，由于信息技术的快速发展和用户对开放性的强烈需求，在保留PLC功能的前提下，现场总线网络采用了开放的通信接口。逐步打破各个PLC产品的封闭状态，采用相关的国际行业标准，让用户开发的应用可以移植到不同的PLC产品上。
综上所述，自从PLC问世以来，一直显示出强大的生命力和快速的成长。目前，世界上有200多家PLC制造商和数千种产品。
1.2国内可编程控制器发展及应用历史
在中国，从20世纪70年代开始，中国开始了可编程控制器的研究和应用。1974年，中国首次复制了美国生产的第二代PLC。1977年，中国利用美国摩托罗拉公司的mc14500集成芯片，成功研制出国内第一台具有实用价值的PLC。1979年，从美国引进的莫迪康584型可编程控制器首次成功应用于电站辅助设备。
80年代初，在积极引进国外PLC生产线的同时，开发了一些国产PLC产品，可靠性大大提高，逐渐被用户认可。
据了解，国内PLC市场总需求较大，而国内PLC市场份额较小。国内PLC落后的原因是技术问题和缺乏开放性；二是缺乏大量资金，没有规模；第三，制造工艺需要加强；第四，迫切需要提升竞争力，形成品牌。因此，我们应该集中资金和技术开发一系列具有自主产权的产品。特别是要抓住智能制造时代的机遇，充分利用软硬件性能不断提高的时代优势，开发专业、高性能、智能化的大数据PLC。
2.在智能制造时代，对可编程控制器的发展和应用提出了新的要求和新的基础
2.1可编程控制器发展的新需求
2.1.1近年来，可编程控制器的市场发展对可编程控制器提出了新的要求
Frorst&Sullivan发布的全球PLC市场报告显示，PLC市场在很多领域都在积极发展。预计目前PLCs装机容量为5200万台，其中微型PLCs占比相当大，预计到2019年将达到6500万台，大部分将被替代。未来五年更换现有PLC将是PLC市场增长的重要因素。随着工业物联网的快速普及和云服务逐渐进入工业市场，PLC需要与MES、ERP等上层管理软件信息系统直接连接。PLC系统必须适应硬件和软件的智能化制造要求。作为工业物联网的一部分，可编程控制器作为边缘计算越来越重要。在设备或流程附近部署PLC作为第一层计算功能，可以实现智能或协调的事件响应，有助于减轻云的数据处理负担。在一个有几十个、几百个甚至几千个传感器的系统中，来自这些传感器的大部分数据可能价值不大，只报告“正常”的工作状态。可编程逻辑控制器可以更有效地过滤、丢弃或重组数据，以便传输到云中进行存储和分析。当关键事件发生时，PLC可以快速确定正确的响应，向连接的设备发出适当的指令，并在适合云使用的报告中总结事件。
2.1.2面对复杂控制的需求，对可编程控制器的功能提出了新的要求
在机器控制领域，需要一些类似于过程控制领域的PID调节和过程算法，要求PLC具有优秀的算法设计和处理能力；运动控制应用广泛，PLC需要满足电子齿轮、电子凸轮、定位控制的要求，还需要开发有安全和设备安全要求的产品。为了满足机器人复杂的路径规划和矩阵变换，有必要将数控系统和机器人库集成到可编程控制器中。
2.1.3大数据需求对PLC功能提出了新的要求
越来越多的传感器被用来监测环境、设备的健康状况和生产过程的各种参数。这些工业大数据的有效收集，迫使PLC采用嵌入式PLC，尽可能地完成日益复杂的领域，极大地提高了无缝连接性。相关控制参数和设备状态可以直接传输到上层系统和应用软件，甚至可以发送到云端。
2.2可编程控制器发展的新基础
2 . 2 . 1 PLC硬件辅助智能制造的要求
随着主时钟频率的提高，SoC芯片的功耗显著降低，为开发体积更小、I/O密度更高、功能更多的PLC奠定了基础。随着多核SoC的发展，可以进行高速运动控制处理和视觉算法处理。随着通信技术的发展，分布式I/O的应用越来越多，无处不在的I/O应用也开始出现。
2.2.2帮助智能制造的可编程控制器软件的要求
为解决PLC控制系统在工程设计、编程、运行和管理中使用不同软件导致同一对象命名不一致的问题，PLCopenInternational致力于与多个国际标准化组织和基金会合作，开发IEC61131-3、OPC UA ClientFB和OPC UA ServerFB的信息模型，建立开放的标准生态系统。
2.2.3帮助智能制造的it技术要求
随着IT技术的发展，CPU处理能力、通信速度、存储和扩展能力、软件功能块(OPC)、诊断维护能力和显示能力都有了很大的提高，IT技术的发展也带来了硬件成本的不断下降。
3.智能制造时代可编程控制器发展的新趋势
3.1绩效指标不断提高
随着IT技术的发展，PLC的性能指标由速度向安全、稳定可靠、通讯能力、运动控制能力、实时通讯能力、数据处理能力、过程优化能力、故障诊断能力转变。
3.2网络支撑能力不断增强
随着现场设备智能化程度的提高和控制系统保证可靠性、稳定性和可用性的需要，网络覆盖能力直接决定了系统对现场过程设备的控制水平。因此，PLC将从总线、以太网、实时以太网等方面增强其接口支持能力。以太网的高速数据传输满足了视频数据、视觉识别、图像处理等工业数据传输的应用。实时以太网满足机器人、数控、运动控制和安全高速同步控制中数据交换能力的要求，数据刷新速度在s级，同步精度为0.1s
3.3软件支持能力不断增强
为了完成智能控制，软件开发平台必须有支持复杂算法的高级语言。高端PLC利用RTOS可以提高实时处理，支持多任务处理。为了实现逻辑和运动控制的统一编程和安全性，PLCopen规范了程序接口和自定义库的支持。
3.4安全技术不断提高
全网连接后，现场生产工艺设备与管理软件甚至云连接后，对信息安全的要求更高。因此，我们必须遵循IEC61508标准，加强对安全类型和总线安全性的研究。
3.5软件平台的集成不断增强
集成平台代表了提供功能的整体解决方案。通过集成PLC基础技术、HMI技术、Motion技术、传感器技术和总线技术，为PLC提供编程、仿真、测试、维护和诊断等功能的服务能力，为客户提供价值。
3.6行业标准不断得到加强
IEC/PLCopen集成了PLCopenLogic、XML、Safety、Motion、Hydraulic、IEC61131-3等标准，可以基于这些库轻松开发软件应用。Unicode作为一种通用标准，可以满足系统的多语言支持库，保证PLC产品能够支持全球各种语言，并使产品能够在全球范围内销售。为了与管理层的上层SCADA和ERP系统连接，微软等自动化厂商联合开发了针对不同PLC连接的OPC服务器，以保证与管理系统的连接[5]。
3.7信息处理能力不断增强
在智能制造系统中，PLC不仅是控制器，还是采集器和中继器。只有利用面向服务架构的功能，可编程逻辑控制器才能完成这些重要的任务。SOAPLC实际上是把支持信息安全的虚拟专用网(VPN)的Web服务放到PLC中。该服务权限执行面向对象的数据通信，包括实时数据和历史数据、报警数据等服务。通过这些服务，PLC将大量对应的数据连接到上级服务和数据层，用于建模和使用信息模型。它允许PLC集成OPCUA的服务器功能和OPC UA的客户端功能，保证PLC可以通过VPN进行安全的数据通信。
3.8用户体验性能不断提高
未来，所有设备都将通过以太网直接将智能开发、现场设备和现场仪表连接到控制系统。监控系统的屏幕会变得非常大，但设备应该尽可能小，以提高舒适度和效率。这就需要解决EMC干扰，解决散热问题，解决电路布局问题，在更小的空间内实现更强大的控制器。
3.9专业素质能力不断提高
为了降低系统的生产和制造成本，PLC产品正在向模块化和标准化设计方向发展。因为硬件的通用化和标准化降低了系统的成本，为了寻求差异化的竞争力，高端PLC会更加注重软件功能和行业应用库的开发，而更细分的市场使得应用差异化成为一种竞争武器。
负责编辑：YYX