可编程控制器在PA市场的主要应用和现状分析 - 全文

　　可编程控制器(PLC)是一种控制装置，从传统的继电器回路发展而来，面向一般工业控制领域。它的发展基于制造业的现场设备控制需求，强调开关量逻辑控制，适用于小型自控场所。

　　一、PLC总体市场规模

　　2006年中国PLC市场规模为44.3亿元，到2010年中国PLC市场规模达到了68.4亿元，相比2009年50亿元的市场规模，同比增长 36.8%。2006年至2010年PLC市场规模的复合增长率为9.08%。随着“十二五”提升装备自动化的提出，业内预计PLC市场将处于持续增长状态，到2013年预计市场规模将达到90亿元。2006-2013中国PLC市场规模及预测见表1：

　　表1 2006-2013年中国PLC市场规模

　　

　　图1 2006-2013年中国PLC市场规模及变动趋势

　　目前世界上PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上，以小型PLC著称。而美国和欧洲以大中型PLC而闻名。

　　①美国PLC产品。美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，著名的有A-B公司、通用电气(GE)公司、莫迪康(Modicon)公司(现为法国施耐德电气下属子公司)、德州仪器 (TexasInstruments，TI)公司等。其中A-B公司是美国最大的PLC制造商，其产品约占美国PLC市场的一半。

　　A-B公司产品规格齐全、种类丰富，其主推的大、中型PLC产品是PLC-5系列。该系列为模块式结构;A-B公司的小型PLC产品有SLC500系列等。GE公司的代表产品是：小型机有GE-1、GE-1-J、GE-1/P等，除GE-1/J外，均采用模块结构;中型机代表产品是GE-III，它比 GE-1/P增加了中断、故障诊断等功能;大型机GE-V比GE-III增加了部分数据处理、表格处理、子程序控制等功能，并具有较强的通信功能。德州仪器(TI)公司的小型PLC新产品有510、520和TIl00等，中型PLC新产品有TI300、5TI等，大型PLC产品有PM550、530、 560、565等系列。除TIl00和T1300无联网功能外，其他PLC都可实现通信，构成分布式控制系统。莫迪康(Modicon)公司的代表产品是 M84系列PLC。其中M84是小型机，具有模拟量控制以及与上位机通信功能;M484是中型机，其运算功能较强，可与上位机通信，也可与多台联网;M584是大型机，其容量大、数据处理和网络能力强;M884是增强型中型机，它具有小型机的结构、大型机的控制功能。

　　②欧洲PLC产品。德国的西门子(SIEMENS)公司、AEG公司、法国的TE公司是欧洲著名的PLC制造商。德国西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。在中、大型PLC产品领域与美国的A-B公司齐名。

　　西门子PLC主要产品是S5、S7系列。在S5系列中，S5-90U、S5-95U属于微型整体式PLC;S5-1OOU是小型模块式 PLC;S5-115U是中型PLC;S5-155U为大型机。而S7系列是西门子公司在S5系列PLC基础上近年推出的新产品，其性能价格比高，其中 S7-200系列属于微型PLC;S7-300系列属于中小型PLC;S7-400系列属于中高性能的大型PLC。

　　③日本PLC 产品。日本的小型PLC最具特色，在小型机领域中颇负盛名，某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70%的份额。

　　三菱公司较早的PLC产品是小型机F系列及其升级产品F1/F2系列。继F1/F2系列之后，三菱公司又推出FX系列和FX2系列，在容量、速度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。FX2N是近几年推出的高功能整体式小型机，它是FX2的换代产品，各种功能都有了全面的提升。近年来还不断推出满足不同要求的微型PLC，如FXOS、FXlS、FXON、FXlN及a系列等产品。

　　欧姆龙公司的PLC产品，大、中、小、微型规格齐全。微型机以SP系列为代表，其体积极小，速度极快;小型机有P型、H型、CPM1A系列、CPM2A系列等;中型机有C200H、C200HS、 C200HX、C200HG系列;大型机有C1000H、C2000H、CV(CV500/CVl000/CV2000/CVMl)等。

　　松下公司的PLC产品中，FPO为微型机，FP1为整体式小型机，FP3为中型机，FP5/FP1O、FP10S(FP10的改进型)、FP20为大型机。松下公司近几年PLC产品的主要特点是：指令系统功能强;有的机型还提供可以用FP-BASIC语言编程的CPU及多种智能模块，为复杂系统的开发提供了软件手段;FP系列的各种PLC都配置通信机制，由于它们使用的应用层通信协议具有一致性，这给构成多级PLC网络和开发PLC网络应用程序带来方便。

　　二、PLC在PA市场主要应用行业

　　目前，可编程控制器(PLC)在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

　　①开关量的逻辑控制。这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

　　②模拟量控制。在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量 (Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

　　③运动控制。PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/0模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

　　④过程控制。过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。中机院机电市场研究所

　　⑤数据处理。现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。内容来自中机院机电市场研究所

　　⑥通信及联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

　　随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。例如，在日本，PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关联的机器、与环境关联的机器，而且均有急速上升趋势。值得注意的是，随着PLC和 DCS相互渗透，两者的界线日趋模糊，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展的趋势更加明显。

　　2010年PA市场PLC主要应用行业：化工、电力、石化、石油。这四个主要应用行业2010年的市场规模见表2：

　　表2 中国PLC市场中主要应用行业市场规模

　　①电力行业

　　电力行业本身自动化水平很高，对PLC的应用规模基数很大，主要在2000-3000IO，因此电力行业仍然处于大中型PLC应用的主要行业。2010年受电力结构调整影响，中国电力行业PLC应用规模略减3%，为2.12亿元人民币。

　　PLC在火力发电中主要用于设备控制和辅助系统的控制，火电行业有三大辅机系统：灰网、水网(化水系统)和输煤系统，以子站的形式控制整个系统，通过以太网与主控DCS通讯。电厂的主控系统一般用DCS，主要是因为控制点数多，模拟量控制(温度、压力控制)多。在水电中，PLC也大量用于电站的监控系统中。

　　PLC对于顺序控制有其独特的优势，因而在以顺序控制为主的火力发电厂辅助车间得到广泛应用，如补给水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间、灰渣输送设备等。

　　在输煤系统中，PLC主要用户控制皮带系统。

　　灰网系统包括除尘系统、煤灰输送系统和烟气处理系统等，其中除尘系统小型PLC应用普遍，用以控制除尘器的辅助设备、卸灰系统等。除尘系统现在用小型PLC组成智能系统，以后会整合成少量的大型PLC控制。

　　煤灰输送系统用于控制电机起停和气动阀的开启以及各种泵类。

　　脱硫系统中PLC主要是连接现场的仪表和传感器，DCS系统应用较多。

　　另外，太阳能发电站应用的控制器并不属于传统意义中的PLC、DCS、IPC等控制器。太阳能电站自动化应用的控制器通常称为充电控制器。

　　充电控制器主要由专用处理器CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成。在太阳发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命;同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。同时记录并显示系统各种重要数据，如充电电流、电压等。

　　目前，进口品牌应用于电站自动化的充电控制器主要有BP，Siemens和TAROM;国内品牌应用于电站自动化的充电控制器主要有冠亚，青岛phocos，以及合肥阳光。

　　②石化行业

　　在石化行业的主工艺控制系统中，温度压力流量的控制居多，以反应器串级控制，进料量和反应物料的流量控制为主，因此主要使用DCS控制系统，尤其是 500-1000IO的系统。在一些算法不复杂的数据采集环节和冗余要求不高的环节，采用PLC进行控制。PLC主要用于下层设备和安全系统(ESD) 中，如抽油机、点火火炬、泵站、罐区及其他现场设备的控制。

　　石化行业使用的PLC产品范围较宽，从几个IO的泵控制器到数千点的罐区控制系统，分布相对比较平均。小型PLC主要用在现场，控制小机组和泵类产品，不在控制柜里。

　　石化行业主要应用中型PLC，占该行业整体规模的50%以上。2010年PLC在该行业的应用规模增长12.0%，总体规模为1.77亿元。内容来自中机院机电市场研究所

　　该行业流行的PLC品牌是Siemens、Omron和Rockwell，Mitsubishi也有少量应用。

　　③冶金行业

　　钢铁行业竞争格局与大中型PLC市场的格局有很多的类似性，集中度较高，主要以欧美品牌如Siemens、Schneider、Rockwell、GE 等为主。而且在不同的工艺段，主要应用领域也各有特点，例如轧线部分，则以Siemens的控制器为主，Schneider的控制器则在铁前部分应用较多。

　　④化工行业

　　PLC在化工行业主要用于设备控制和辅助生产装置的控制，化工行业是典型的流程控制行业，主控系统以DCS为主，近年来由于PLC本身性能指标水平的提高和相对于DCS产品价格方面的优势，PLC在工艺主控方面开始有了一些应用，尤其是在中小型化工厂中，PLC的应用更为普遍。化工行业各种规模的PLC都有较多的运用，小型PLC多用于设备控制，如化肥厂包装环节和自动称重环节。工艺控制和辅助装置控制以中大型产品为主，控制点数达到几千个IO，主要用于下料、称重控制、烘干和流量控制。

　　2010年PLC在该行业的市场规模增长高达24.6%，为2.18亿元，业绩的增长主要来自于中型PLC产品的强劲拉动。

　　三、PLC在PA市场销售渠道

　　PA市场PLC制造商产品主要销售客户有：系统集成商、分销商、OEM、最终客户。其中有35.0%产品销往系统集成商，43%销售给分销商，5%份额销售给OEM，剩下17%产品直接销售给最终客户。分销商从PLC制造商获得的43%产品，其中20%销售给系统集成商，4%产品销往OEM，剩余19% 直接销售给最终客户。PLC制造商销售渠道结构图2：内容来自中机院机电市场研究所

　　图2 PA市场PLC销售渠道