可编程逻辑控制器（PLC） 市场现状与自主发展研究
来源:尖兵之翼
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作者:国防科技工业
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发布时间: 2019-08-14
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PLC控制系统主要由控制器、逻辑组态软件及监控组态软件组成，通过逻辑运算、顺序控制、状态推演、定时、计数等功能，实现对各类机械电子装置的控制。
工控系统安全是关系国家安全的重大战略问题，随着自主保障、信息安全问题逐渐暴露，工控系统的核心中枢--PLC系统的自主研发与推广应用刻不容缓。
可编程逻辑控制器（PLC）是应用于工业环境中的数字运算操作电子装置，通过数字或模拟的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。PLC是生产制造系统、重大基础设施和军用装备的通用基础核心控制设备，在电力、石化、制造、市政等领域及航天发射场、舰船、装甲车辆等军用装备中广泛应用，是控制系统信息域与物理域的重要交叉节点。然而，目前国内使用的PLC几乎全部来自国外厂商，核心技术严重受制于人，存在特殊时期禁运和断货、核心芯片和操作系统隐埋“后门”和“恶意逻辑”等隐患，对我国产业安全和网络安全带来诸多风险。 PLC系统概述
PLC控制系统主要由控制器、逻辑组态软件及监控组态软件组成，通过逻辑运算、顺序控制、状态推演、定时、计数等功能，实现对各类机械电子装置的控制。在典型控制系统架构中，可编程控制系统作为控制中枢，与现场设备层的传感器和执行器等互联构成控制回路。 PLC控制系统一般可划分为监控层、控制层、设备层三层结构，其中监控层主要包含逻辑组态软件、监控组态软件，控制层主要包含控制器模块、I/O功能模块等PLC硬件，设备层主要包含传感器、执行器等现场设备。逻辑组态软件是运行在上位机的集成开发环境，实现PLC的配置、控制逻辑编译，编译形成可执行文件下装到控制器或仿真器，实现调试、监控、在线诊断、在线修改变量和离线仿真等功能。监控组态软件是数据采集与过程控制的专用开发环境，为操作人员提供了一种灵活组态方式，从而实现控制系统监控功能，包括上层监控画面的组态、实时监视、历史数据查询、指令操作等。控制器模块由模块硬件、嵌入式操作系统及运行控制软件组成，整体构成基础平台，实现与组态软件和现场总线的交互，运行用户程序，完成现场控制功能。数字量和模拟量输入输出模块针对不同的物理信号转换需求，通过各类模块自由搭配，可适应不同控制需求 PLC市场现状及面临的问题 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。除此之外，还有韩国的LS，中国台湾的台达、永宏等企业也生产PLC产品。
随着两化深度融合、中国制造2025及工业互联网等高新技术的发展，我国每年PLC需求量不断攀升，2017年PLC市场规模超过100亿元，同比增长24.5%，然后，95%的PLC市场被国外品牌所占领，其中Siemens、三菱、欧姆龙分别以41.8%、10.4%和10.1%的市场份额排名前三位，见图2。特别是一些大型控制系统，几乎全部选用进口PLC产品，如我国的某些核电系统采用美国Rockwell的PLC产品，三峡启闭机采用德国Siemens的PLC产品，某些航天发射系统选用美国GE的产品。在国家重大基础设施和国防军工系统中大量使用国外进口产品，产品长期依赖国外，无法实现自主保障，不但在技术方面受制于人，而且在安全方面还缺乏相应的信息安全防护设计，面临较大的安全风险。 自主保障问题：现役控制系统主要选用Windows+Intel平台计算机和西门子PLC产品搭建。1）国外对应用于特殊环境的计算机平台、PLC控制器和驱动器等产品实行严格技术管控，目前仅能购买工业级产品，并且在特殊时期面临禁运和断货的风险。2）由于PLC在控制系统（如石油石化系统）中服役周期普遍较长，在较长服役期内，控制系统的技术服务、例行维护和维修升级严重依赖国外支持，因此相应服务会因产品更新换代和技术升级等原因面临较大风险。 信息安全问题：长期以来，控制系统设计只注重功能实现，缺乏相应信息安全防护设计，现役控制系统已暴露大量信息安全隐患，这些隐患问题一旦被利用，可直接造成设备停机、进入故障模式、自动重启、程序崩溃、破坏数据区等严重危害。国外产品存在的“漏洞”无法及时补救，仅能依赖国外厂家升级或发布修补程序，爆出的西门子PLC多个DoS高危漏洞仍在等待厂家提供补救措施，如震惊全球的“伊核事故”就是由于西门子S7-400型PLC控制系统的漏洞受到“震网”病毒攻击而引发。国外产品存在“后门”等风险，当前国际主流的PLC控制系统极易遭受全球同步流行和更新速度快的多变种病毒入侵。
