深度解读 | PLC技术现状、发展趋势及市场现状

2017年6月1日正式实施的《网络安全法》[ 第二十三条 网络关键设备和网络安全专用产品应当按相关国家标准的强制性要求，由具备资格的机构安全认证合格或安全检测符合要求后，方可销售或者提供。]、四部委[ 国家互联网信息办公室、工业和信息化部、公安部、国家认证认可监督管理委员会。]发布的《网络关键设备和网络安全专用产品目录（第一批）》[ 明确了可编程逻辑控制器（PLC设备）等网络关键设备和网络安全专用产品的范围。]的要求，及与之相配套的强制性国家标准和推荐性标准等，是一个完整的系统，在完善和规范行业的同时，对行业和供应商也会产生重大的影响。尤其是强制性国家标准《网络关键设备安全通用要求》（GB 40050-2021）将于2021年8月1日正式实施，更是备受产业界关注。基于此，本着“支撑政府 服务企业”的宗旨，围绕PLC（可编程控制器）标准我们已组织专家与企业代表进行2次闭门专题研讨会，让企业与标准机构、检测机构、认证机构进行深入沟通，同时也详细梳理相关的法律法规、政策文件及标准以供各方参考。

一、PLC技术现状

1.国际PLC发展

PLC是Richard E.Morley于1968年发明的自动化设备。其核心设计思想是使用软件编程代替硬连线继电器控制来建程序控制系统。同年，通用汽车公司制定了PLC的设计标准。自此PLC广泛应用于各种工业领域。

20世纪70年代是PLC的崛起期。自罗克韦尔自动化于1977年首次提出基于8位微处理器的PLC以来，许多制造商纷纷效仿并生产基于8位微处理器的PLC产品，如Intel8080和Zilog的Z80。

20世纪80年代，随着微电子技术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设计了基于8位微处理器8085的PLC，它具有手动编程器和CRT显示终端，程序段可以显示在CRT上。

第二十三条 网络关键设备和网络安全专用产品应当按相关国家标准的强制性要求，由具备资格的机构安全认证合格或安全检测符合要求后，方可销售或者提供。

国家互联网信息办公室、工业和信息化部、公安部、国家认证认可监督管理委员会。

明确了可编程逻辑控制器（PLC设备）等网络关键设备和网络安全专用产品的范围。

20世纪90年代，随着PLC国际标准IEC61131的正式颁布，PLC技术进入了第三个发展时期。这时，在系统结构上从传统的单机到多处理器的发展，在控制系统配置上从独立控制系统到分布式和远程控制系统的开发；在编程语言中，倾向于多样化和相互转化。除自动化生产线以外，还开发了基于PLC的分布式控制系统（DCS）、监控和数据采集系统（SCADA）、灵活多变制造系统（FMS）、安全联锁保护（ESD）系统、运动控制系统等，以提高PLC在各方面的应用范围和水平。

自20世纪90年代末以来，由于信息技术的飞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，面向现场总线网络，采用开放式通信接口。逐步打破每个PLC产品封闭状态，采用相关的国际工业标准，使用户开发的应用可以移植到不同的PLC产品之间。

2.国内PLC发展

自20世纪70年代以来，中国开始了PLC的研究和应用。1974年，中国首次复制了在美国生产的第二代PLC。1977年，中国采用美国摩托罗拉公司的mc14500集成芯片，成功开发出第一台在中国具有实用价值的PLC。1979年，从美国引进MODICON584的PLC首先在电站的辅助设备成功应用。

20世纪80年代起，业内以北京机械工业自动化研究所、上海工业自动化仪表研究所、成都机床电器研究所、上海自力电子设备厂为代表的科研单位和工厂开始了PLC的研发生产，具有代表性的PLC产品包括北京机械工业自动化研究所研制出的国产PLC一位机、上海工业自动化仪表所推出的TCMS-300/D等。

20世纪90年代，行业标准制定工作开始进行，中国工业过程测量和控制标准化技术委员会——可编程序控制器及系统分技术委员会SAC/TC124/SC5于1993年成立，该标准化技术委员会基于国外PLC技术、产品以及国际电工委员会发布的IEC61131等相关标准，结合中国工业控制领域的PLC应用需求，制定了GB/T 15969可编程序控制器系列国家标准，在行业标准化进程中取得重要进展，为中国PLC行业发展奠定了重要基础。

2001年至今，随着计算机技术、通信技术、自动控制技术等高新技术水平的逐步提高，PLC行业下游应用领域的多样化发展，PLC应用范围也呈现出扩大的趋势，PLC由最初进入中国时局限于大规模设备系统的应用逐步发展为适用于大、中、小型设备系统。

3.PLC技术发展现状

目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。

可编程控制器（PLC）是工厂自动化控制系统中的关键部件之一，中国PLC 市场份额仍主要被西门子、三菱、欧姆龙、罗克韦尔等外资巨头占据，业内具有品牌力和知名度的本土品牌数量较少。国内厂商的主要产品偏向于OEM市场的中小型 PLC。整体而言，本土研发生产PLC的企业规模小、产业基础薄弱、行业集中度较低、技术研发水平不足、竞争力较弱。本土品牌的PLC产品更多地面向专用而零散的细分市场，在产品通用性方面表现不足。在技术水平方面，本土品牌的PLC技术水平偏低，在系统软件研发、编程语言、可靠性技术等方面与外资品牌差距较大。但是，随着中国制造业的相关技术迅速发展，本土品牌对PLC的研发和生产投入逐年增加，市场占有率也在稳步提升。

4.PLC制造核心难点

PLC制造的核心难点包括：一是在数据量不断扩大的背景下，对PLC硬件背后算法要求的提升；二是配套编程软件简便化程度；三是对具体下游应用工程师操作习惯的理解。

首先，PLC的一大难点是为处理愈加庞大的生产数据而日益复杂的算法。PLC需要存储更多生产数据是工业化发展的必然，一方面伴随消费升级趋势的日益明显，终端消费者对产品的需求多样化和定制化程度均在不断提升，因此生产环节、工艺难度和制造水平都在相应增加，随之而来的就是底层控制系统需要处理规模愈加庞大的生产数据和逻辑关系。另一方面，现代半导体、计算机和通信技术的发展也为控制系统存储大量数据提供了强大的技术支持，当前CPU和存储器已经发生了巨大的进步：CPU的运算速度提升显著；存储器的存储规模逐渐扩大，使得PLC具备存储大量实时数据的能力。虽然PLC的硬件制造对于各大厂商来讲，已经不构成主要障碍。然而，为了处理大量的生产数据，对PLC硬件背后的算法提出了较高的要求，该环节仍然存在一定的技术门槛。

其次，PLC的另一重要难点在于配套编程软件设计简洁性的提升。由于当前工业生产复杂程度日益提升，需要PLC完成诸如PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等功能，功能的增加意味着编程难度在不断增加，编程的过程既繁琐又容易出错。并且，各大厂商PLC的编程语言不尽相同，这就使得用户需要掌握多种编程语言，对用户而言，难度较大。因此，PLC行业的竞争在于尽快设计出简捷方便的编程软件。

最后，PLC制造的难点在于对下游具体应用场景下工程师操作习惯的理解。由于PLC是硬件与软件相结合的产品，这也意味着根据不同应用场景，需要对PLC的软件做相应调整以适应具体的应用环境，另外应用场景的差别通常会衍生出工程师操作习惯的不同，这就需要PLC供应商针对下游客户具体的应用场景及工程师操作习惯对通用的PLC软件进行重构，因此往往PLC供应商想要开拓一个新的下游行业的难度会较高，而已经形成供货关系的客户粘性也会较强。

二、PLC发展趋势

1.PLC技术趋势

PLC技术发展趋势是高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能。具体表现在以下几个方面：

1.小型化、专用化、低成本——低档PLC向微型、简易、价廉方向发展，使之能以更优异的性能、更低廉的价格、更广泛地取代继电器控制系统。

2.大容量、高速度、多功能——中、高档PLC向大容量、高速、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模、复杂控制系统进行综合控制。

3.模块化——开发各种功能明确的专用扩展模块，使专用化的复杂功能由专门模块来完成，主机仅仅通过通讯设备向模块发布命令和测试状态，从而更方便用户系统根据自己的要求构成需要的控制系统。

4.多样化、标准化——生产PLC产品的各厂家都在大力度地开发自己的新产品，以求占据市场的更大份额，因此产品向多样化方向发展，出现了欧、美、日多种流派。与此同时，为了推动技术标准化的进程，一些国际性组织，如国际电工委员会（IEC）不断为PLC的发展制定一些新的标准，如对各种类型的产品作一定的归纳或定义，或对PLC未来的发展制定一种方向或框架。

5.增强网络与通讯能力——计算机与PLC之间以及各个PLC之间的联网和通讯的能力不断增强，使用工业网络可以有效地节省资源、降低成本、提高系统可靠性和灵活性，致使网络的应用有普遍化的趋势。

6.工业软件发展迅速——与可编程序控制器硬件技术的发展相适应，工业软件的发展非常迅速，它使系统应用更加简单易行，大大方便了PLC系统的开发人员和操作使用人员。

2.PLC应用趋势

微型PLC普及度提升

PLC微型化是行业未来的一大发展趋势。微型PLC是I/O点数小于64点的PLC，具有价格低、集成度高、体积小、高效率而低能耗等优势。在技术方面，微电子技术、自动控制技术等高新技术水平的持续革新为微型PLC的发展提供必备的技术前提和保障，技术驱动力有助于推动CPU、存储器等PLC组成模块的小型化且还能够维持PLC较高的性能和可靠性。

在市场应用方面，微型PLC主要应用于下游OEM市场，如机床、工程机械、包装机械、电子设备制造等设备生产制造领域，微型PLC因为外部接线简单、可装配性较强而适用于简单设备的自动化控制，包括设备起停控制、动作顺序控制、传动控制、运动控制等。受惠于“智能制造”推动的生产控制系统改造和升级，OEM市场增速较快，未来行业对微型PLC的市场需求有望进一步增大，微型PLC的普及度有望进一步提升。

PLC与“智能制造”的融合发展

工业4.0、物联网等新型工业业态模式近年来呈现出良好的发展态势，未来PLC将会在工业互联网、物联网、智能工厂等发展大势下，在设备通信、控制、数据采集等功能上得以提升，实现与“智能制造”的融合发展，推动制造生产控制系统的自动化，进而助推工业企业的信息化、智能化进程。

在大数据、云计算、人工智能等新兴信息技术的支撑下，“智能制造”具有制造生产环节智能化、生产设备联网互通、数据传输流畅高效等特点，对于生产制造的成本、效率、速度、质量和灵活性均具有高要求，对工业控制系统的性能、功能方面的可靠性、稳定性和精确性较为依赖。作为工业自动化控制的核心，PLC在通信、数据采集等方面的功能有望进一步提高，以更加准确、稳定、可靠和快速的性能特点应对“智能制造”的高要求，实现与“智能制造”的融合发展。

对于PLC信息安全的重视度提升

随着PLC行业的发展，嵌入于“智能制造”、物联网等发展图景中的PLC将在网络通信功能方面得以提升，因此PLC的开放性将逐渐提高，在接入、输出更多数据以助力设备通信、端对端通信的同时，PLC控制系统也将愈加暴露于信息泄露的威胁之下。因此行业对于PLC的信息安全性能和安全防护机制将愈加重视，以保证网络通信的稳定可靠和数据交换的精准无误，以及确保PLC以安全可控的方式进行对工业生产进行自动化控制。如为实现PLC通信和数据的完整性和保密性，PLC控制系统设备和网络通信安全的问题将得到更多关注；为确保PLC网络的安全访问，控制系统环境的可信状态判定处理、可信状态评估等方面的研究力度将加强，以提升PLC的安全性、为PLC实现自动控制功能提供安全保障。

三、PLC题主要应用场景

1.强大的通信控制功能

现如今的工业自动化领域，数据传输的效率影响着最终工业化生产的效益。PLC系统是计算机控制和通信领域所衍生的技术，其能通过通信接口和终端相连，完成保存和记录工作，一方面有利于进行后续的升级改进，另一方面通信控制可以更好地帮助企业完成智能化建设，从而推进人工智能系统对工业设备的控制管理。PLC技术的通信控制的发展也可以加快物联网的进程，提高计算机对于工业设备的监管能力。

2.控制开关量的逻辑

PLC技术应用场景最频繁的便是开关量的控制，PLC控制系统在抗干扰方面和后期的维护工作上都具备较高的优势，通过运行速度达到降低时间消耗以及人工成本，如果将PLC系统和网络相结合，可以达到开关量顺序控制以及逻辑控制的最大化。PLC控制系统在开关量控制领域对于工业自动化生产带来了质的飞跃。

3.模拟量的控制

PLC系统的一大重要功能便是可以根据控制管理对象的基本特征进行功能模块重构，实现模拟量控制。通常在企业的模拟量控制中，PLC系统的模拟量控制是核心，首先它可以很好的把握对整个过程的进程，其次可以在模拟过程中对仪表运转进行控制。最后PLC系统可以根据模拟控制中记录的温度变化、电压电流的对应关系进行分析评估，从而使得企业工业自动化生产的质量与安全系数得以保障。

4.运动量控制、变速调频

工业自动化领域中的位置控制实现，主要是使用PLC设备来控制其运动。在现实生产过程中，PLC技术通过脉冲量的大小控制机械设备的运动轨迹，配备专有的控制运动模块，实现高精确度的运动控制，以便于适应各种工作环境。此外，PLC系统还可以实现变速调频，通过丰富的指令集利用脉冲大小对机械设备发出精确命令，从而达到变速调频的细节功能。

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系统集中控制

PLC技术不但能够完成对于系统的控制，还能对其自身进行集中控制。这一应用领域主要体现在系统的自检机制和故障检测上。通过编写代码进行逻辑自检监控是能够实现集中控制的根本原因。工业自动化生产每一个流程都需要花费一定的时间，在系统运转时，PLC可以通过工步检查以及定时装置进行集中控制，加装警报设置，可以在系统出现逻辑错误时提醒，从而大大降低了故障发生率，对于要求稳定的自动化生产是非常重要的保障。

从应用领域来看，小型PLC主要应用于纺织机械、电子、包装机械、食品饮料、动力电池、塑胶机械、制药、3C等细分行业。大型PLC主要应用于动力电池、物流、汽车、冶金、纺织机械等行业。

PLC属于技术密集型产品，从小型到大型，技术壁垒逐渐提高，进口替代难度也逐级上升。

四、PLC市场状况

目前，世界上有PLC企业200多家，PLC产品按地域可分成三个流派——美国、欧洲、日本。美国是PLC生产大国，有100多家PLC企业，其中著名的有Rockwell、GE、Emerson等；欧洲的主要知名厂商有德国Siemens、法国Schneider、瑞士ABB；日本的小型PLC具有较高的性价比，占有较高的市场份额主要有三菱、欧姆龙、富士机电、恩基士等。

中国PLC市场的参与厂商主要包括欧美品牌、日韩台品牌和本土品牌：

（1）欧美品牌以西门子、罗克韦尔、施耐德、GE为代表，在大型、中型PLC中应用较多，其中西门子在中国PLC市场占据领先的市场地位，其PLC产品门类较为齐全，大型、中型、小型PLC产品的可靠性、稳定性等性能较为良好，在大型、中型PLC细分市场中具有较强的竞争优势。

（2）日韩台品牌以三菱、欧姆龙、LG、台达为代表，主要依靠较高的性价比和渠道优势占据一定的市场份额，其中以三菱和欧姆龙为代表的日本PLC在小型控制系统、机床、OEM设备等细分领域中应用较多。

（3）本土品牌以信捷电气、汇川技术、麦格米特、和利时为代表，市场规模相对较小，主要以小型PLC产品为主，本土品牌的发展策略是以技术研发门槛较低的小型PLC进入市场，通过产品定制、成本、服务、响应速度等方面的优势提升行业影响力和市场占有率，在积累一定的技术实力和竞争力后，逐渐由小型PLC向中型、大型PLC产品转型。

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1.法律法规

(1)《中华人民共和国网络安全法》（主席令第五十三号）

1)立法过程

2014年——萌芽：2014年2月，中央网络安全与信息化领导小组成立，中共中央总书记习近平任组长。两会上，“维护网络安全”首次写入政府工作报告。

2015年——发展：2015年6月，十二届全国人大常委会审议了《网络安全法（草案）》；7月，向社会公开征求意见，并根据全国人大常委会组成人员和各方面的反馈意见，对草案作了修改，形成了《网络安全法（草案第二次审议稿）》。

2016年——确定：2016年6月，十二届全国人大常委会对《网络安全法（草案）》进行二次审议；7月，《网络安全法（草案）》二次审议稿正式在中国人大网公布，并向社会公开征求意见；11月7日下午，十二届全国人大常委会第二十四次会议以154票赞成、1票弃权表决通过《中华人民共和国网络安全法》。

2017年——实施。《网络安全法》于6月1日正式生效。

2)简介

《网络安全法》是我国第一部网络安全领域的法律，是保障网络安全的基本法。《网络安全法》不是网络安全立法的终点，相反，是网络安全立法的起点。与《网络安全法》相关的法律有《国家安全法》、《保密法》、《反恐怖主义法》、《反间谍法》、《刑法修正案》（九）、《治安管理处罚法》、《电子签名法》等，这些法律与《网络安全法》不是上位法与下位法的关系，同属同一法律位阶。《网络安全法》是我国网络安全管理的基础法律，与其它相关法律在相关条款和规定上互相衔接、互为呼应，共同构成了我国网络安全管理的综合法律体系。《网络安全法》共7章79条。

《网络安全法》具有六大亮点：一、明确了网络空间主权的原则；二、明确了网络产品和服务提供者的安全义务；三、明确了网络运营者的安全义务；四、进一步完善了个人信息保护规则；五、建立了关键信息基础设施安全保护制度；六、监测预警与应急处置措施制度化、法制化。

3)相关条款及解读

《网络安全法》第二十三条：网络关键设备和网络安全专用产品应当按照相关国家标准的强制性要求，由具备资格的机构安全认证合格或者安全检测符合要求后，方可销售或者提供。国家网信部门会同国务院有关部门制定、公布网络关键设备和网络安全专用产品目录，并推动安全认证和安全检测结果互认，避免重复认证、检测。

国家互联网信息办公室网络安全协调局负责人就《网络安全法》实施的有关问题答记者问中说到“国家互联网信息办公室、工业和信息化部、公安部、国家认监委即将发布第一批网络关键设备和网络安全专用产品目录。列入这一目录的设备和产品，应该按照有关国家标准的强制性要求，由具备资格的机构进行认证或检测。此前，已经按照国家有关规定检测符合要求或认证合格的，在有效期内无须进行认证或检测。”

(2)《关于发布＜网络关键设备和网络安全专用产品目录（第一批）＞的公告》（2017年第1号）

1)发布背景

为加强网络关键设备和网络安全专用产品安全管理，依据《中华人民共和国网络安全法》，国家互联网信息办公室会同工业和信息化部、公安部、国家认证认可监督管理委员会等部门制定了《网络关键设备和网络安全专用产品目录（第一批）》，于2017年6月1日实施。

2)政策解读

《网络关键设备和网络安全专用产品目录（第一批）》明确了应进行安全认证或检测的15类网络关键设备和网络安全专用产品。其中，网络关键设备包括路由器、交换机、服务