1.1PLC基本原理及分類

 

　　PLC定義和組成

 

　　PLC全稱是可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）。是一種使用可編程存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令，執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與計(jì)算等功能，并通過(guò)模擬或數(shù)字輸入/輸出組件控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的裝置，是工業(yè)裝備、生產(chǎn)系統(tǒng)、重大基礎(chǔ)設(shè)施的核心控制設(shè)備。

 

　　PLC主要由CPU，存儲(chǔ)器，輸入/輸出接口和電源等組成。1）CPU又稱中央處理器，是PLC的控制中心，通過(guò)總線(包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線)與存儲(chǔ)器和各種接口連接，以控制它們有條不紊地工作。CPU的性能對(duì)PLC工作速度和效率有較大的影響，故大型PLC通常采用高性能的CPU。2）存儲(chǔ)器的功能是存儲(chǔ)系統(tǒng)程序、用戶程序和程序運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。3）輸入/輸出接口又稱I/O接口或I/O模塊，是PLC與外圍設(shè)備之間的連接部件。PLC的I/O接口能接受的輸入和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)稱為PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。

　　PLC運(yùn)行原理

 

　　PLC采用掃描的工作方式，依據(jù)程序處理機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備層各種執(zhí)行裝置的控制。PLC采用集中采樣、集中輸出、按順序循環(huán)掃描用戶程序的方式工作，當(dāng)PLC處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，它將不斷重復(fù)掃描過(guò)程，其工作過(guò)程的中心內(nèi)容分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。掃描過(guò)程中，CPU會(huì)根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)作周期性循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描，每重復(fù)一次三階段就是完成一次掃描周期。概括來(lái)講，PLC用于控制時(shí)的主要工作形式是依據(jù)機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的程序，處理機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)，從而控制設(shè)備層的各種執(zhí)行裝置，其中，程序反映的是工業(yè)控制的要求，數(shù)據(jù)則是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)在存儲(chǔ)單元中的實(shí)時(shí)反映，處理結(jié)果則是作為輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件完成控制任務(wù)。

　　PLC按結(jié)構(gòu)形式和I/O點(diǎn)數(shù)分類

 

　　按硬件結(jié)構(gòu)形式，PLC可分為整體式和模塊式。1）整體式PLC又稱箱式PLC，CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等都安裝在一個(gè)箱體內(nèi)。整體式PLC的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低，小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)。2）模塊式PLC又稱組合式PLC。模塊式PLC有一個(gè)總線基板，基板上有很多總線插槽，其中由CPU、存儲(chǔ)器和電源構(gòu)成的一個(gè)模塊通常固定安裝在某個(gè)插槽中，其他功能模塊可隨意安裝在其他不同的插槽內(nèi)。模塊式PLC配置靈活，可通過(guò)增減模塊而組成不同規(guī)模的系統(tǒng)，安裝維修方便，但價(jià)格較貴，大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。

 

　　根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。I/O點(diǎn)數(shù)(輸入/輸出端子的個(gè)數(shù))是衡量PLC控制規(guī)模的重要參數(shù)。1）小型PLC，其I/O總點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)，采用8位或16位單CPU，用戶存儲(chǔ)器容量4KB以下。2）中型PLC，其I/O總點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)~2048點(diǎn)之間，采用雙CPU，用戶存儲(chǔ)器容量4~16KB。3）大型PLC，其I/O總點(diǎn)數(shù)大于2048點(diǎn)，采用16位、32位多CPU，用戶存儲(chǔ)器容量16KB以上。

　　1.2PLC是工控領(lǐng)域的明珠，起著承上啟下的關(guān)鍵作用

 

　　PLC按結(jié)構(gòu)形式和I/O點(diǎn)數(shù)分類

 

　　按硬件結(jié)構(gòu)形式，PLC可分為整體式和模塊式。1）整體式PLC又稱箱式PLC，CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等都安裝在一個(gè)箱體內(nèi)。整體式PLC的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低，小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)。2）模塊式PLC又稱組合式PLC。模塊式PLC有一個(gè)總線基板，基板上有很多總線插槽，其中由CPU、存儲(chǔ)器和電源構(gòu)成的一個(gè)模塊通常固定安裝在某個(gè)插槽中，其他功能模塊可隨意安裝在其他不同的插槽內(nèi)。模塊式PLC配置靈活，可通過(guò)增減模塊而組成不同規(guī)模的系統(tǒng)，安裝維修方便，但價(jià)格較貴，大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。

 

　　根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。I/O點(diǎn)數(shù)(輸入/輸出端子的個(gè)數(shù))是衡量PLC控制規(guī)模的重要參數(shù)。1）小型PLC，其I/O總點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)，采用8位或16位單CPU，用戶存儲(chǔ)器容量4KB以下。2）中型PLC，其I/O總點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)~2048點(diǎn)之間，采用雙CPU，用戶存儲(chǔ)器容量4~16KB。3）大型PLC，其I/O總點(diǎn)數(shù)大于2048點(diǎn)，采用16位、32位多CPU，用戶存儲(chǔ)器容量16KB以上。

　　PLC在工業(yè)生產(chǎn)中起著承上啟下的關(guān)鍵作用

 

　　未來(lái)的數(shù)字化工廠從上到下包括信息層、控制層、驅(qū)動(dòng)層、執(zhí)行層、傳感層，PLC作為控制層里的核心構(gòu)成，承上對(duì)接信息層，啟下連接驅(qū)動(dòng)層、執(zhí)行層、傳感層，作用關(guān)鍵，其地位相當(dāng)于控制工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的“大腦”，成功切入PLC有利于工控廠商提高下游客戶粘性并縱向推廣其他工控產(chǎn)品。

　　PLC是工控領(lǐng)域的明珠，相比其他工控產(chǎn)品，國(guó)產(chǎn)化率最低

 

　　PLC國(guó)產(chǎn)化率在工控產(chǎn)品中最低。根據(jù)MIR睿工業(yè)數(shù)據(jù)，2021年P(guān)LC國(guó)產(chǎn)化率為6.75%，與DCS、IPC、HMI、通用伺服、專用伺服、低壓變頻器、中高壓變頻器的國(guó)產(chǎn)化率相比較都顯著偏低。

　　1.3受益制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，PLC市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)

 

　　1.3.1受益制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)周期以及制造強(qiáng)國(guó)政策紅利

 

　　如果以1992年小平同志南巡講話為起點(diǎn)，我們認(rèn)為中國(guó)制造業(yè)發(fā)展至今，經(jīng)歷了三個(gè)不同特點(diǎn)的發(fā)展階段：

 

　　第一階段，1992-2011年，我們稱之為“制造大國(guó)”階段，憑借勞動(dòng)力成本優(yōu)勢(shì)，中國(guó)制造物美價(jià)廉，既滿足了改革開(kāi)放后國(guó)內(nèi)人民群眾對(duì)生活生產(chǎn)物資的需求，又飄洋過(guò)海享譽(yù)全球，這個(gè)階段我們制造業(yè)更多是“走量”，在新技術(shù)上更多是模仿、跟隨策略。

 

　　第二階段，2012-2016年，即“供給側(cè)改革”階段，在這個(gè)階段，傳統(tǒng)行業(yè)經(jīng)歷了或主動(dòng)或被動(dòng)的出清過(guò)程，很多小企業(yè)退出市場(chǎng)，集中度提升，競(jìng)爭(zhēng)格局優(yōu)化。

 

　　第三階段，2017年起，我們稱之為“產(chǎn)業(yè)升級(jí)”階段，一方面中國(guó)制造業(yè)發(fā)展階段決定了產(chǎn)業(yè)升級(jí)是必由之路；另一方面，外部環(huán)境多變，美國(guó)發(fā)起的貿(mào)易摩擦、實(shí)體清單、針對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步制裁，還有全球疫情、俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)等等，都要求通過(guò)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)實(shí)現(xiàn)核心產(chǎn)品、核心制備的自主可控，降低對(duì)海外供應(yīng)鏈的依賴，改變制造業(yè)大而不強(qiáng)的局面。

　　制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)趨勢(shì)明顯，高端裝備占比持續(xù)提升

 

　　中國(guó)制造業(yè)正向高端化轉(zhuǎn)型升級(jí)，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，我國(guó)高技術(shù)制造業(yè)固定資產(chǎn)投資增速明顯高于普通制造業(yè)固定資產(chǎn)投資增速；同時(shí)，我國(guó)制造業(yè)中高端裝備占比明顯提升，根據(jù)長(zhǎng)江行業(yè)分類指數(shù)，自2017年至2022年前三季度，光伏設(shè)備、半導(dǎo)體及3C設(shè)備、鋰電設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化、電子專用設(shè)備、工控元器件、儀器儀表營(yíng)業(yè)收入占機(jī)械設(shè)備總體營(yíng)業(yè)收入比重均呈提升態(tài)勢(shì)。

　　高端裝備推動(dòng)PLC市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)

 

　　PLC市場(chǎng)規(guī)模呈穩(wěn)健增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2022年在內(nèi)外部環(huán)境承壓情況下體現(xiàn)韌性。PLC在自動(dòng)化裝備和產(chǎn)線中有普遍應(yīng)用場(chǎng)景，受益制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和高端裝備的發(fā)展，2017-2021年，中國(guó)PLC市場(chǎng)規(guī)模由112.26億元提升至158.48億元，2017-2021年CAGR為9.00%。其中，2019年由于受到我國(guó)經(jīng)濟(jì)增速放緩和中美貿(mào)易摩擦影響，PLC市場(chǎng)規(guī)模同比下滑4.27%；2020-2021年，得益于口罩機(jī)需求大幅增長(zhǎng)和中國(guó)制造在疫情下體現(xiàn)的供應(yīng)鏈優(yōu)勢(shì)，2020年和2021年P(guān)LC市場(chǎng)明顯回暖，分別同比增長(zhǎng)10.74%和20.79%。2022年在疫情反復(fù)的壓力下PLC市場(chǎng)體現(xiàn)較強(qiáng)韌性，前三季度我國(guó)PLC市場(chǎng)規(guī)模為125.8億，同比增長(zhǎng)7.52%，除Q2由于疫情同比小幅下滑1.6%以外，Q1和Q3均呈正增長(zhǎng)，同比分別增長(zhǎng)14.11%和11.23%。

　　預(yù)計(jì)2025年我國(guó)PLC市場(chǎng)規(guī)模達(dá)228億左右

 

　　2017-2021年這五年間，在遭遇了疫情、中美貿(mào)易摩擦背景下，我國(guó)PLC行業(yè)CAGR仍有9.00%。未來(lái)，受益制造強(qiáng)國(guó)大政方針，我們判斷產(chǎn)線設(shè)備自動(dòng)化程度會(huì)進(jìn)一步提升，對(duì)精度要求也會(huì)進(jìn)一步提升，預(yù)計(jì)2021-2025年P(guān)LC市場(chǎng)CAGR為9.50%，2025年我國(guó)PLC市場(chǎng)規(guī)模達(dá)228億左右，具體假設(shè)如下：1）MIR睿工業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2022年前三季度PLC市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)率為7.8%，由于下半年需求回暖，預(yù)計(jì)全年增長(zhǎng)率為8%；2）2023-2025年給予3年復(fù)合增速10%的假設(shè)，高于全球復(fù)合增速4.6%的水平（Reportlinker數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)）。

　　1.4小中大型PLC需求特點(diǎn)分析

 

　　PLC行業(yè)分類型市場(chǎng)構(gòu)成

 

　　根據(jù)MIR睿工業(yè),2017-2022Q3，國(guó)內(nèi)小型PLC和中大型PLC基本各自占比50%左右，不同年份略有變化。2022年前三季度小型和中大型占比分別為50.91%、49.40%。2022年前三季度，小型、中大型PLC市場(chǎng)規(guī)模分別為64.05億、62.15億，同比分別增長(zhǎng)5.32%、9.89%；其中，2022年第三季度，小型、中大型PLC市場(chǎng)規(guī)模分別為23.7億、21.4億，同比分別增長(zhǎng)11.15%、11.32%。

　　小型PLC與OEM市場(chǎng)的相關(guān)度高于中大型PLC

 

　　①小型PLC需求特點(diǎn)：小型PLC下游主要為OEM市場(chǎng)。

 

　?、谥写笮蚉LC需求特點(diǎn)：中大型PLC的下游既有OEM市場(chǎng)，也有項(xiàng)目型市場(chǎng)。2022前三季度OEM占比為56.4%，項(xiàng)目型市場(chǎng)市場(chǎng)占比為43.6%。得益于電池、電子及半導(dǎo)體等OEM下游的需求爆發(fā)，近年來(lái)中大型PLC下游中OEM占比有所提升，從2017年的50.3%提升至2022前三季度的56.4%，增加了6.1pct。

　　二、PLC國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速，國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊

 

　　2.1PLC行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局及特點(diǎn)

 

　　2.1.1PLC行業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)格局

 

　　PLC市場(chǎng)集中度較高，歐日系占比較高。根據(jù)MIR睿工業(yè)數(shù)據(jù)，2022年前三季度PLC行業(yè)CR3約65%，前三品牌分別為西門(mén)子45.3%份額、歐姆龍9.9%份額、三菱9.8%份額。西門(mén)子一家獨(dú)大，常年市占率在42%-46%之間，且近三年份額還有所提升。

 

　　PLC歐系品牌保持壟斷地位，日系份額有所下降,內(nèi)資份額提升明顯，臺(tái)資、美系份額穩(wěn)定。歐系份額有所上升，從2017年的45.96%提升至2022年前三季度的49.04%，提升了3.1pct；日系份額下滑明顯，從2017年的30.13%下降至2022年前三季度的24.08%，下滑了6.1pct；內(nèi)資份額提升明顯，從2017年的3.14%提升至2022年前三季度的8.61%，提升了5.5pct；臺(tái)資、美系份額穩(wěn)定，臺(tái)資份額從2017年的3.36%小幅提升至2022年前三季度的3.73pct，美系份額從2017年的4.84%微降至2022年前三季度的4.01%。

　　2.1.2當(dāng)前國(guó)產(chǎn)PLC市場(chǎng)規(guī)模較小，代表性企業(yè)該項(xiàng)收入普遍較少

 

　　近年來(lái)內(nèi)資廠商PLC規(guī)模提升速度較快，2017-2021年國(guó)產(chǎn)廠商市場(chǎng)規(guī)模從3.53億提升至10.70億，CAGR為31.95%，但絕對(duì)規(guī)模還很小，代表企業(yè)包括匯川技術(shù)，我們估計(jì)2021、2022年其PLC收入規(guī)模分別為5.5億、超10億；禾川科技，估計(jì)2021、2022年P(guān)LC收入規(guī)模分別為0.4、2億；信捷電氣估計(jì)2021、2022年P(guān)LC收入規(guī)模分別為5.2億、近5億。

 

　　備注：MIR統(tǒng)計(jì)的PLC市場(chǎng)規(guī)模數(shù)據(jù)小于行業(yè)實(shí)際數(shù)據(jù)，因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)口徑不完整。

　　2.1.3小型PLC競(jìng)爭(zhēng)格局和國(guó)產(chǎn)化率情況

 

　　小型PLC市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)入加速期，日系份額有所下降。小型PLC主要應(yīng)用于中低端OEM市場(chǎng)，近年來(lái)內(nèi)資品牌技術(shù)水平逐步提升，憑借較高性價(jià)比和定制化機(jī)型開(kāi)發(fā)能力，推動(dòng)內(nèi)資品牌市占率進(jìn)入加速成長(zhǎng)期。2017-2022Q3，PLC內(nèi)資廠商中信捷電氣、匯川技術(shù)市場(chǎng)份額分別從4.23%、2.41%提升至6.59%、10.24%；相反，日系品牌（三菱、歐姆龍、松下）份額則顯著下滑，2017年至2022年前三季度份額從32.31%下滑至19.88%。

　　2.1.4中大型PLC競(jìng)爭(zhēng)格局和國(guó)產(chǎn)化率情況

 

　　中大型PLC基本由歐系品牌壟斷，西門(mén)子一家獨(dú)大。中大型PLC工藝復(fù)雜、用戶對(duì)產(chǎn)品安全性和抗干擾性要求高，歐系品牌憑借領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、完善的銷售與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)占據(jù)壟斷市場(chǎng)地位。2017-2022Q3，歐系品牌（西門(mén)子、施耐德）份額保持穩(wěn)定，由54.5%微升至54.9%，仍處于壟斷地位，其中西門(mén)子一家獨(dú)大，份額維持在50%左右；2017-2022Q3，日系份額由30%微降至28%，美系份額由8.4%微降至7.3%，臺(tái)資份額由0.6%微升至1.4%，格局穩(wěn)定，變化不大。

 

　　中大型PLC國(guó)產(chǎn)化率目前尚處于破冰狀態(tài)，預(yù)計(jì)2021年份額3%左右。