国产PLC发展现状及展望_林浩.pdf

电子技术应用 2023年 第49卷 第4期Review and Comment综述与评论国产 PLC 发展现状及展望*林浩1，杨政厚2，霍玉鲜1（1.中电智能科技有限公司，北京 102209；2.北京华能新锐控制技术有限公司，北京 102209）摘 要：综述了国内 PLC 的发展历史，介绍了国内 PLC 市场现状、主流国产 PLC、PLC 标准以及相关国家政策，分别从功能性能、逻辑编程软件、网络协议、产品谱系以及标准化等方面分析了国内外 PLC 的差距。针对存在的差距，结合欧系、美系和日系 PLC 的特点，提出了一种中国系 PLC 的发展思路，瞄准国防军工、关键基础设施等行业需求，通过重大项目和重点领域的带动，基于国产自主软硬件生态开展国产 PLC 研制和应用推广工作。关键词：国产 PLC；发展现状；自主安全中图分类号：TN47 文献标志码：A DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.223055中文引用格式：林浩，杨政厚，霍玉鲜.国产 PLC 发展现状及展望J.电子技术应用，2023，49(4)：21-27.英文引用格式：Lin Hao，Yang Zhenghou，Huo Yuxian.Current development situation and prospects of China-made PLCJ.Application of Electronic Technique，2023，49(4)：21-27.Current development situation and prospects of China-made PLCLin Hao1，Yang Zhenghou2，Huo Yuxian1(1.Intelligence Technology of CEC Co.，Ltd.，Beijing 102209，China；2.Beijing Huaneng Xinrui Control Technology Co.，Ltd.，Beijing 102209，China)Abstract：This paper briefly reviewed the history of China-made PLC and presented the domestic market situation of PLC,mainstream products of China-made PLC,PLC standards,and relevant national policies.And the existing gaps between foreign and domestic PLC products were analyzed from some aspects including PLC performance indicators,logic programming software,network protocols,product categories,and standardization.Then this paper tried to propose a solution to develop the China-made PLC,combining the characteristics of PLCs of European,American,and Japanese systems.Led by the key projects in the fields of defense industry and critical infrastructure,the China-made PLC will be developed and used based on the domestic independent software and hardware.Key words：China-made PLC；current development situation；independence and controllability0 引言可编程逻辑控制器（PLC）是一种面向工业控制的实时嵌入式计算机，通过专用的控制语言可以实现各类逻辑控制及流程控制。以 PLC 为中心，可以构建面向国防军工、制造、轨道交通、电力、水利、市政等领域的自动化控制系统。PLC 系统已经成为现代数字工业体系的“大脑”，可全面掌握各类核心工艺数据及运行数据，直接决定和保障国家工业体系、国防装备体系安全健康运行。1 国内 PLC 发展现状PLC 问世近 60 年来，实现了工业控制领域继电器接线逻辑到存储逻辑的飞跃，功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步，应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到复杂运动控制、过程控制以及集散控制等各种任务的跨越。1.1 国产 PLC 发展历史我国 PLC 的研发应用从 20 世纪 70 年代开始1，按照发展特点，可分为四个时期，分别为初始发展期、引进应用期、国产化发展期和深度自主化期，如图 1 所示。初始发展期。我国从 20 世纪 70 年代中期，研制了第一台具有实用价值的国产 PLC，应用于工业生产控图 1国产 PLC 发展的四个阶段*基金项目：华能集团总部科技项目（HNKJ20-H56 大容量风机控制系统国产化研制与示范应用）21Review and Comment综述与评论www.ChinaAET.com制。该时期主要以引进消化和二次开发国外产品为主2，在引进生产线方面，建立合资企业引进国外 PLC生产线3，如 1986 年引进的西门子 S5 系列 PLC 生产线，1988 年建立的 AB 公司 PLC 生产线等；在引进成套设备方面，在钢铁、水利等领域引进集成进口 PLC 的成套设备，取代了传统继电器实现工艺过程的逻辑控制，如上海宝钢一期工程中引进的 200 余台 PLC 实现传输带控制，首钢 4 号高炉引进进口 PLC 实现上料、加料和配料控制。同时，在 80 年代机械工业部组织下，以北京机械工业自动化研究所为代表的科研院所开始研制第一代国 产 PLC4，先 后 形 成 了 MPC-20、MPC-85、DJK-S-480等系列产品。引进应用期。20 世纪 90 年代初期，国内工业自动化程度相对偏低，PLC 市场容量较小，而 PLC 研发需投入较多的资金和人力，短期内得不到回报，部分科研院所转向系统集成，采用进口 PLC 产品开展控制系统工程应用，进口 PLC 产品逐渐占领国内市场，德国西门子、美国AB 以及其他知名品牌的 PLC 开始大举进入中国市场，进口 PLC 市场占比高达 99%。1995 年后，我国的 PLC 市场形成了大型 PLC 以欧美为主、小型 PLC 以日本为主，中型 PLC 欧日平分秋色的格局。国产 PLC 的技术发展与推广应用较为缓慢，但是 PLC 在国内的体系化发展逐渐得到重视，1991 年成立了中国机电一体化应用协会PLC 应用分会，推进 PLC 技术与产品开发、生产与应用等工作；1993 年成立了全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系统标准化技术委员会SAC/TC124/SC5，建立我国可编程序控制器及系统标准体系，为我国 PLC 技术和产业的发展奠定了基础。国产化发展期。进入 21 世纪后，随着国内制造业的快速发展，PLC 需求量猛增，部分企业看到市场机遇后开始进入该领域，研制生产国产 PLC 产品，在制造、非标机械、动力设备等领域取得了规模应用。但是，该时期的国产 PLC 以小型 PLC 产品为主，缺乏核心技术，基础零部件均采用进口产品，与国外厂商相比，产业规模都比较小。如 2013 年国内 PLC 市场规模 78 亿元5，境内企业无锡信捷凭借高性价比小型 PLC 以 1.6%的市场份额进入市场排名前十。深度自主化期。受伊朗“震网病毒”、“棱镜门事件”、乌克兰电网断电事件、美国实体清单以及国际局势变化等因素影响6，十三五期间，国家将关键信息基础设施作为网络安全的重中之重，其控制系统 PLC 被纳入网络关键设备进行管理，开启了关键基础设施控制系统深度国产化的征程。国内企业攻克 PLC 关键核心技术，基于国产软硬件平台研制了自主安全 PLC 产品，在电力发电、轨道交通、石油石化等能源领域开展推广应用，如2020 年电子六所研制的 IM30 系列 PLC 在火电、风电、市政天然气等领域应用，实现了关键基础设施的深度国产化。1.2 国内 PLC 市场现状随着中国制造 2025 的稳步推进，自动化系统需求不断增长，作为离散控制的核心设备，国内 PLC 市场规模逐年递增，如图 2 所示，从 2010 年 60.24 亿元到 2020 年124.30 亿元7（不含分布式 IO 产品的 PLC 市场规模为108.50 亿元），10 年间的年平均增长率为 7.51%。按照PLC 型号分析，大型 PLC 在 10 年间的市场变化不大，在11 亿元/年的规模上下波动，但随着泛中型化趋势的发展，中型 PLC 性能不断增强，大型 PLC 的部分应用场景被中型 PLC 取代，导致大型 PLC 市场呈现出稳中有略降的趋势。中型 PLC 市场稳定增长，市场规模从 2010 年18.89 亿 元 增 加 到 2020 年 36.60 亿 元，年 平 均 增 长 率6.84%。由于电子制造设备、锂电装备、光伏装备、半导体装备、包装机械等 OEM 行业细分领域需求增长快速，小型 PLC 市场规模在近些年大幅增加，从 2010 年 27.33亿 元 增 长 到 2020 年 60.70 亿 元，年 平 均 增 长 率 达 到8.31%。随着工业互联网对产业链的垂直整合，PLC 在汽车制造、电气和电子等行业广泛应用，国内 PLC 市场随着智能制造的不断推进，未来几年 PLC 市场将会保持稳定增长，预计 2022 年 PLC 市场规模将达到 144.60 亿元。按照品牌对 PLC 市场规模进行分析，如图 3 所示。西门子市场规模和增长率均远超其他品牌，长期保持排名第一，日系的欧姆龙、三菱和美系罗克韦尔长期保持排名 24 位，前四位的排名相对稳定。随着小型 PLC 市场规模增加，台达和信捷的市场排名呈现上升趋势，台达在 2020 年的市场排名已经进入前五。2020 年 我 国 PLC 市 场 规 模 为 124.3 亿 元，各 品 牌PLC 市场份额结构如图 4（a）所示，西门子以 53.1 亿元市场规模和 43%的市场份额居首位，其他厂家依次为欧姆龙、三菱、罗克韦尔、台达、施耐德电气等企业，以上厂商占有 90%左右的市场份额。境内企业仅信捷、汇川和和利时进入排名前十。2020 年大型 PLC 市场规模 11.20 亿元，占比 10%；中图 220102020 年国内 PLC 市场规模变化趋势图22Review and Comment综述与评论电子技术应用 2023年 第49卷 第4期型 PLC 市场规模 36.60 亿元，占比 34%，小型 PLC 市场规模 60.70 亿元，占比 56%，如图 4（b）所示。其中大型 PLC以欧美厂商为主，罗克韦尔、西门子和施耐德排名大型PLC 市场前三，占据大型 PLC 市场 76.8%的市场份额，如表 1 所示。中型 PLC 市场格局中，西门子以 49.2%的市场占有率遥遥领先。欧姆龙和三菱市场规模在 2.0 亿元以上，形成第二梯队，共占 29.2%市场份额。罗克韦尔和施耐德构成第三梯队，占 10%市场份额。小型 PLC技术壁垒较低，供应商数量众多，但前五名厂商仍然占据了 74.3%的市场份额，呈现一大（西门子）四小（欧姆龙、三菱、台达、无锡信捷）的竞争格局。总体上，国内PLC 厂商在小型 PLC 领域具有了一定竞争力，并进入了中大型 PLC 市场。1.3 国产 PLC 产品现状国内 PLC 生产厂商已超过了 40 家，主要头部企业包括信捷、汇川、和利时等，经过近些年不断努力，国产PLC 在技术、产品和市场等层面均取得了显著