工業(yè)生產(chǎn)過程日趨復雜工業(yè)控制系統(tǒng)前景廣闊

工業(yè)生產(chǎn)過程日趨復雜，工業(yè)控制系統(tǒng)前景廣闊

工業(yè)生產(chǎn)過程日趨復雜，工業(yè)控制系統(tǒng)前景廣闊工業(yè)控制系統(tǒng)包括監(jiān)控控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及分布式控制系統(tǒng)和使用可編程邏輯控制器控制本地化過程的小型控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)也屬于工業(yè)控制系統(tǒng)范疇。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的迅速提高與生產(chǎn)規(guī)模的持續(xù)擴大，工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谧詣涌刂葡到y(tǒng)的要求不斷提升，對于工業(yè)自動控制系統(tǒng)的需求日益旺盛。根據(jù)AMRAnalysis數(shù)據(jù)，2019年我國工業(yè)控制系統(tǒng)市場規(guī)模為105．6億美元。2020年受新冠疫情影響，預計市場規(guī)模有所下降。未來隨著工業(yè)自動化技術(shù)在我國各工業(yè)領(lǐng)域的普及和疫情恢復，我國工業(yè)控制市場規(guī)模將穩(wěn)步提升，AMRAnalysis預計2027年我國工業(yè)控制系統(tǒng)市場規(guī)模將達到151．6億美元。工控系統(tǒng)主要包括PLC、DCS和SCADA三大類工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS，Industrialcontrolsystem）是各式各樣控制系統(tǒng)類型的總稱，是由各種自動化控制組件以及對實時數(shù)據(jù)進行采集、監(jiān)測的過程控制組件，共同構(gòu)成的確保工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施自動化運行、過程控制與監(jiān)控的業(yè)務(wù)流程管控系統(tǒng)。工業(yè)軟件分為嵌入式軟件（工業(yè)通信、汽車電子等）、研發(fā)設(shè)計類（CAX、PLM等）、生產(chǎn)制造類（MES、DCS等）、信息管理類（ERP、CRM等）。而生產(chǎn)制造類軟件主要包括：生產(chǎn)控制類（PLC/DCS/SCADA）和制造執(zhí)行類（MES）。工業(yè)控制系統(tǒng)涵蓋了多種類型的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）。在ISA-95企業(yè)管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)集成的五層系統(tǒng)中，PLC屬于Level1，而DCS屬于Level1和Level2，而SCADA則屬于Level2。DCS與SCADA是一種控制系統(tǒng)，PLC只是一種控制裝置。在工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，PLC作為重要的底層控制部件，通常應用在SCADA和DCS系統(tǒng)中，用于實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的具體操作與工藝控制，PLC控制系統(tǒng)重要的基礎(chǔ)。DCS與SCADA側(cè)重點不同。SCADA側(cè)重于各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測，SCADA主要用于控制點分散，比如天然氣的長輸管道、電力調(diào)度系統(tǒng)等等。DCS側(cè)重于分散控制，也兼具了SCADA的功能?；旧希谝恍┥a(chǎn)企業(yè)會包含3種系統(tǒng)，SCADA作為生產(chǎn)管理級上位監(jiān)控，DCS實現(xiàn)復雜控制，而PLC實現(xiàn)單機及簡單控制。過程控制產(chǎn)業(yè)鏈分析順序控制是指按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作，如物料輸送中搬運機械手的運動控制、包裝生產(chǎn)線的控制、交通信號燈的控制等，控制程序較簡單。相較于順序控制，過程控制被控對象的被控參數(shù)的影響因素較多，且往往相互影響，控制邏輯復雜、難度大。過程控制行業(yè)未來發(fā)展趨勢傳統(tǒng)模式下，工業(yè)自動化行業(yè)內(nèi)自動控制系統(tǒng)與自動檢測系統(tǒng)相對獨立，自動檢測系統(tǒng)提供商專注于提供專業(yè)的檢測設(shè)備，自動控制系統(tǒng)提供商專注于對各類設(shè)備進行系統(tǒng)集成和控制。隨著全球工業(yè)和制造業(yè)正向著一體化、數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展，對檢測、控制設(shè)備等均出現(xiàn)更精細化、專業(yè)化的要求，對自動化的需求上也將從單一系統(tǒng)轉(zhuǎn)向整體解決方案。面對下游行業(yè)對于自動化產(chǎn)品的需求，過程控制企業(yè)在設(shè)備生產(chǎn)和發(fā)展上更加關(guān)注下游行業(yè)的生產(chǎn)場景，由原有的僅提供專業(yè)檢測設(shè)備或控制集成服務(wù)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁z測、控制一體的解決方案。過程控制行業(yè)基本概念過程控制在工業(yè)領(lǐng)域是指以厚度、水分、成分、溫度和壓力等工藝參數(shù)作為被控變量的自動控制，是計算機及時地采集檢測數(shù)據(jù)，經(jīng)過算法得出最佳值迅速地對控制對象進行自動控制和自動調(diào)節(jié)，也被稱為實時控制。過程控制是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗及成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量的重要手段。PLC：工控系統(tǒng)中的重要底層控制部件PLC（ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器）是一種以微處理器為基礎(chǔ)，集合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程，可以將控制指令隨時載入內(nèi)存進行儲存與執(zhí)行。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，將其存入PLC的用戶程序存儲器，運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC于上世紀60年代末研制出應用于汽車制造業(yè)，PLC是從摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，70年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，所以被命名為可編程邏輯控制器。PLC具有適用范圍廣、可靠性高、編程簡單、使用方便等特點。PLC主要由CPU結(jié)構(gòu)、存儲器、I/O單元、電源模塊、外部設(shè)備接口等部分組成。大中型PLC主要用于項目型市場，小型PLC應用于OEM市場。國內(nèi)大中型PLC主要應用于項目型市場，產(chǎn)品的安全性、可靠性、穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)通信能力要求比較高，如汽車、冶金、電力、化工、建材等；小型PLC主要應用于OEM市場，如紡織機械、包裝機械、起重機械、食品機械等器械設(shè)備。中國PLC市場主要由外資品牌主導。歐美品牌主要以西門子、羅克韋爾、施耐德、GE為代表。西門子在中國市場占而有率44%，占據(jù)領(lǐng)先的市場地位，其大型、中型、小型PLC產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性等性能較為良好，在大型、中型PLC市場中具有較強競爭優(yōu)勢，羅克韋爾排名第四，市占率為5%，但是其在大型PLC產(chǎn)品是絕對的龍頭；日韓品牌主要以三菱、歐姆龍、LG為代表。主要依靠較高的性價比和渠道優(yōu)勢占據(jù)一定的市場份額，其中以三菱和歐姆龍為代表的日本PLC在小型控制系統(tǒng)等細分領(lǐng)域中應用較多；本土品牌市占率僅11%，主要以信捷電氣、匯川技術(shù)、麥格米特、和利時為代表，市場規(guī)模相對較小，目前本土品牌主要以提供小型PLC產(chǎn)品為主。過程控制對于智能制造的重要性智能制造需要強大的工業(yè)自動化作為支撐。過程控制是工業(yè)自動化的重要分支，廣泛應用于新能源電池、薄膜、造紙、無紡布及衛(wèi)材、醫(yī)藥和食品等過程工業(yè)領(lǐng)域。隨著人們物質(zhì)生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈，過程工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和功能也向更高的層次發(fā)展，為滿足優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗等要求，過程控制已經(jīng)成為現(xiàn)代過程工業(yè)不可或缺的重要組成部分。我國智能制造尚處于起步階段，過程控制作為智能制造在過程工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)的根基，其應用水平將直接影響未來智能制造在過程工業(yè)的發(fā)展。DCS：是流程工業(yè)控制系統(tǒng)的核心DCS（DistributedControlSystem，集散控制系統(tǒng)）是以微處理器為基礎(chǔ)，采用分散控制、集中顯示、分而自治、綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則的新一代儀表控制系統(tǒng)。DCS采用集中監(jiān)控的方式協(xié)調(diào)本地控制器以執(zhí)行整個生產(chǎn)過程，將各個分站進行數(shù)據(jù)交流和整合，完成滿足客戶需求的控制。DCS是流程工業(yè)控制系統(tǒng)的核心，它采用控制分散、管理集中的設(shè)計思想，采用多層分級、合作自治的結(jié)構(gòu)形式，主要應用于基于物理和化學變化生產(chǎn)、加工過程屬于連續(xù)系統(tǒng)的流程工業(yè)領(lǐng)域。DCS由輸入輸出模塊、通信模塊、控制器和人機界面組成，用于實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、控制和監(jiān)視功能。DCS主要由三站一線組成：工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。工程師站對DCS進行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護的網(wǎng)絡(luò)接點。操作員站處理一切與運行操作有關(guān)的人機界面功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。現(xiàn)場控制站是DCS的核心，對現(xiàn)場I/O處理并實現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是連接系統(tǒng)各個站的橋梁，由于DCS是由各種不同功能的站組成的，這些站之間必須實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，以實現(xiàn)系統(tǒng)總體的功能。2020年全球DCS市場規(guī)模約169億美元。根據(jù)ReportLinker數(shù)據(jù)顯示，2020年全球DCS市場規(guī)模約為169億美元，預計到2027年全球DCS市場規(guī)模將達到215億美元，年復合增速約為3．5%。2020年中國DCS市場規(guī)模約87億人民幣。根據(jù)睿工業(yè)數(shù)據(jù)，2019年度國內(nèi)DCS市場規(guī)模為87．4億元，同比增長7．2%。2020年受到新冠疫情影響，項目建設(shè)有所延緩，預計DCS市場或?qū)⒊霈F(xiàn)下滑。但隨著工業(yè)復制化持續(xù)提升，DCS的運用將逐步開始向高端、大型、聯(lián)合控制和注重后續(xù)維護的方向發(fā)展，預計DCS市場仍會保持5-6%的平均年增長率。DCS應用行業(yè)眾多，化工、石化和電力是最大領(lǐng)域。從下游應用行業(yè)來看，化工、石化和電力三大行業(yè)占據(jù)80．7%的市場。2019年化工行業(yè)依然為第一大市場，規(guī)模達到32．3億元，同比增長17．4%；石化行業(yè)規(guī)模達到17億元，同比增長14．3%；電力行業(yè)規(guī)模為21．3億元，同比下降4．6%。中控技術(shù)市占率近三成，位列行業(yè)第一。本土品牌：以中控技術(shù)、和利時為主，市場份額分別分別占比27%與15%；外資品牌：主要以歐美系的艾默生、霍尼韋爾、西門子、ABB，和日系品牌橫河電機為主，市場份額分別占比16%、10%、6%、7%、6%；化工領(lǐng)域主要以中控技術(shù)、和利時、霍尼韋爾、橫河電機為主；電力領(lǐng)域主要以ABB、艾默生、和利時、西門子為主；石化領(lǐng)域主要以中控技術(shù)、霍尼韋爾、艾默生、橫河電機為主。過程控制行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀應用領(lǐng)域拓展和檢測精度提高，檢測設(shè)備需求旺盛：在工業(yè)自動化中，特別是連續(xù)生產(chǎn)過程的自動化中，檢測系統(tǒng)是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化必不可少的技術(shù)工具之一。自動檢測系統(tǒng)通過對過程參數(shù)的準確檢測，可以及時準確地反映工藝設(shè)備的運行工況，為操作人員提供必要的操作依據(jù)，為自動控制系統(tǒng)提供必要的信號，是過程控制中重要的前端系統(tǒng)。隨著工業(yè)自動化的應用領(lǐng)域不斷拓展和工業(yè)生產(chǎn)過程中對于檢測精細度的要求不斷提升，工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)對于檢測設(shè)備的需求日益旺盛。2020年全球自動檢測設(shè)備規(guī)模已達到68．7億美元。未來在全球工業(yè)自動化不斷發(fā)展的驅(qū)動下，市場規(guī)模仍將保持持續(xù)增長。從細分領(lǐng)域角度，項目投資方在線檢測產(chǎn)品主要涉及自動檢測設(shè)備中的射線檢測設(shè)備、激光檢測設(shè)備和微波檢測設(shè)備。射線檢測技術(shù)、激光檢測技術(shù)和微波檢測技術(shù)等作為無損檢測技術(shù)，應用范圍廣泛。射線檢測設(shè)備方面，工業(yè)檢測設(shè)備利用射線特質(zhì)，在不影響、不損害被檢對象使用性能的前提下，檢測物料的缺陷和不均勻性、判斷其狀態(tài)。檢測手段的非破壞性、檢測結(jié)果的連續(xù)性和數(shù)據(jù)的可視化特性，避免了取樣試驗以點帶面的局限性、彌補了人工感官檢查的不足，使檢查結(jié)果更具真實性、科學性，被廣泛應用到醫(yī)療CT檢查、工業(yè)品成分檢測和內(nèi)部缺陷等。隨著檢測精度要求提升和下游應用場景的不斷增加，射線檢測需求將保持快速增長。激光檢測設(shè)備方面，激光廣泛應用于儀器與傳感器領(lǐng)域、材料加工與光刻領(lǐng)域、通信與光存儲領(lǐng)域、科研與醫(yī)療與美容領(lǐng)域、顯示與打印領(lǐng)域。激光檢測設(shè)備應用的是激光傳感器，根據(jù)中金企信國際咨詢統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全球激光傳感器市場規(guī)模達到9．89億美元。專家預計未來全球激光傳感器市場規(guī)模將以9．61%的年復合增長率持續(xù)增長，2026年將達到17億美元。微波檢測設(shè)備方面，微波對非金屬復合材料具有較好的穿透性，多用于檢測塑料、陶瓷、玻璃、橡膠、木材以及各種復合材料等，如檢測紙張/無紡布中的水分、膠接結(jié)構(gòu)和蜂窩結(jié)構(gòu)件中的分層、金屬加工工件表面粗糙度、裂紋等，應用場景廣泛，市場需求量較大。工業(yè)生產(chǎn)過程日趨復雜，工業(yè)控制系統(tǒng)前景廣闊：工業(yè)控制系統(tǒng)包括監(jiān)控控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及分布式控制系統(tǒng)和使用可編程邏輯控制器控制本地化過程的小型控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)也屬于工業(yè)控制系統(tǒng)范疇。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的迅速提高與生產(chǎn)規(guī)模的持續(xù)擴大，工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谧詣涌刂葡到y(tǒng)的要求不斷提升，對于工業(yè)自動控制系統(tǒng)的需求日益旺盛。根據(jù)中金企信國際咨詢統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2019年我國工業(yè)控制系統(tǒng)市場規(guī)模為105．6億美元。2020年受新冠疫情影響，預計市場規(guī)模有所下降。未來隨著工業(yè)自動化技術(shù)在我國各工業(yè)領(lǐng)域的普及和疫情恢復，我國工業(yè)控制市場規(guī)模將穩(wěn)步提升，預計2027年我國工業(yè)控制系統(tǒng)市場規(guī)模將達到151．6億美元。自動檢測系統(tǒng)自動檢測系統(tǒng)采用各種檢測儀表和