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PLC可编程逻辑控制器发展现状、发展格局及未来发展趋势分析[图]

2019-08-13 14:03:06

    1.PLC发展现状

    PLC是工业自动化关键环节,工业自动化是自动化技术应用最为重要的一个方向。自动化应用领域可分为办公自动化、机械自动化、信息自动化、工业自动化、污水处理自动化等。工业自动化多以自动设备取代高危险、单调性、高频率的人力行为,通过引入自动化设备,协助解决人力成本高、技术断层、品质不稳定的问题。

    PLC(ProgrammableLogicController)可编程逻辑控制器,是工业控制的核心部分。它是专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置,其内部采用一类可编程存储器用于存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。作为工业自动化的一种典型应用,PLC最初是做为取代继电器线路、进行顺序控制为主而产生的,后来PLC厂家逐步增加了模拟量运算、PID功能以及更可靠的工业抗干扰技术等功能,并随着网络化的需求增加了各种通信接口。与此同时,伴随着现场总线技术和以太网技术的发展,PLC的应用范围越来越广。

    PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同。主要组成部分为中央处理单元(CPU)、存储器、输入\输出接口电路、电源以及其他接口电路。中央处理器主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型,具有逻辑与数学运算功能,协调整个系统的工作。存储器主要是用来存放系统中的逻辑变量、用户程序和监控及其他信息。输入\输出接口电路主要是指输现场设备。电源包含了系统、掉电保护及备用等电源。入电路把输入信号隔离及电平转化和输出电路对PLC输出结果实施放大与电平转化并驱动。

典型PLC控制系统示意图

数据来源:公共资料整理

    相关报告:智研咨询发布的《2019-2025年中国PLC(可编程逻辑控制器)行业市场全景评估及发展趋势预测研究报告

    2.PLC行业格局

    根据PLC的I/O点数多少,可将PLC分为小型、中型和大型三类。PLC接收输入信号和输出信号的数量分别称为输入点数和输出点数,简称I/O点数,这是选择PLC的重要依据之一。一般而言,PLC控制系统处理的I/O点数较多时,控制关系也会较复杂,用户要求的程序存储器容量也更大,要求PLC指令及其他功能也更多。

不同型号 PLC 对比

型号
I/O点数
特点
适用情况
大型PLC
1024以上
软、硬件功能极强,具有极强的自诊断功能和通讯联网功能
分布式控制系统和整个工厂的集散控制网络。
中型PLC
256-1024
通讯联网功能强,指令系统丰富,内存容量大,扫描速度快
多机系统和大型控制系统
小型PLC
256以下
体积小巧、结构紧凑
单机控制和小型控制系统

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2016 年大中小型 PLC 市场份额

数据来源:公共资料整理

    小型PLC主要面向OEM市场,大中型PLC主要应用于项目型市场。为了提高生产效率、扩展利润空间,OEM厂商迫切需要提高机械的自动化水平来改变现在的市场格局。PLC作为典型控制产品,是OEM提高机械自动化水平的重要工具。OEM市场也成为PLC产品的重点应用市场,其中纺织、包装及机床在PLC市场中占有较大比重,小型或微型PLC已能满足OEM厂商的控制需求,因此小型PLC在OEM市场广泛应用。项目型市场通常是电力、矿业、冶金等领域,要求较复杂的控制能力和较强通讯联网功能,因此大多使用大型或中型PLC。

2016 年大中小型 PLC 市场份额

数据来源:公共资料整理

    国内品牌在小型PLC领域得了较快发展。大型PLC主要应用于冶金、电力、交通等领域,且应用场合工艺比较复杂,需要灵活多样的通信方式以及较好的网络拓展能力,因此用户对产品安全性、可靠性、抗干扰性和网络通信能力要求较高。中型PLC在项目型应用中需要建立小规模的网络,因此要求较高通信能力和组建网络的便利性;在OEM应用中通常属于高端应用,机器的复杂程度较高,因此对中型PLC的CPU指令处理速度、程序容量、运动控制精度,通信方式等方面有较高要求。

    3.PLC未来发展:进军伺服领域,完善产业链布局

    伺服系统是实现自动化行业中实现精确定位、精准运动必要途径,是可编程逻辑器件PLC的关键下游。伺服系统由控制层面的控制器、驱动层面的伺服驱动和执行层面的伺服电机,辅之编码器组成。主要任务是按PLC控制命令的要求,对功率进行放大、变换、调控等处理,控制驱动装置的输出力矩、速度和位置,实现对物体的位置、方位、姿势等进行控制。高质量的伺服系统必须具备稳定性好、精度高、响应速度快的特点。按照功率大小目前可以分为小型伺服、中型伺服和大型伺服系统:大型伺服是指系统功率大于5kW,主要用于驱动重型机械设备;中型伺服是指功率介于1kW和5kW之间,在OEM市场得到广泛应用;小型伺服是指系统功率小于1kW,主要应在在中低端OEM市场。伺服系统作为运动控制系统的重要组成部分,其市场规模与运动控制市场规模变化基本一致。

2013-2018 年中国伺服系统市场规模增长情况(单位:亿元,%)

数据来源:公共资料整理

    我国伺服技术起步晚,本土品牌选择从细分行业应用入手,提供行业解决方案。伺服电机产品广泛用于机械、冶金、电力、石油化工、船舶制造、航空航天、建筑、交通、科研试验等领域。我国市场需求巨大,随着各行业如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等,对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求不断提高,这些领域对交流伺服电机的需求将迅猛增长。国产伺服虽然在技术、质量等方面还不能与国外品牌抗衡,但随着中国经济整体形势的好转,伺服系统重点应用行业如机床、电子半导体、纺织、包装、印刷、新能源等积压单得到释放,伺服市场需求旺盛,众多国产伺服品牌纷纷发展迅速。目前国内伺服市场外资品牌占据了超过70%的市场份额,国产品牌占比虽少但已经能够覆盖70%-80%的应用场景,并在某些技术参数方面甚至超过国际顶尖品牌,同时较国际品牌还拥有15%-30%的价格优势。

2015 年伺服系统下游行业分布

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