PLC功能深化方向与行业竞争态势

PLC——国家工控安全的核心组件

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC）是一种专用于工业控制的计算机，是工业自动化系统的核心组件，具有控制、管理和优化生产过程的关键作用。PLC的核心组成部分包括CPU、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源模块及外部设备接口。它能够集中管理和控制复杂的工业过程，具有可编程性和实时响应能力，能够适应不同的生产工艺和自动化任务。PLC在苛刻的工业环境中运行稳定，具有高可靠性和耐用性。模块化设计使得系统维护和升级更加方便，强大的通信能力可以与其它控制系统和工业网络进行数据交换，实现信息集成和协同控制。同时，PLC还能处理和存储大量过程数据，帮助企业优化生产流程，提高效率和质量。

PLC应用场景包括电力、水利、能源管网、市政等涉及国计民生的重点领域，直接关系到我国基础设施的安全生产和运营。近年来，全球发生多起工业控制安全事故，对多国国家安全造成威胁：如2022年德国风电整机制造商Enercon遭受网络攻击，近6000台风力发电机组失去远程控制服务；2021年美国最大燃油运输管道商科洛尼尔受到勒索软件攻击，5500英里管道被迫暂停输送业务。当前，国内中大型PLC市场以海外厂商为主，客观上仍暴露在“后门”或“恶意逻辑”等风险下。因此，研发满足高可靠、高可用要求的PLC产品，打造自主可控的工业控制系统，才能从根本上突破高端技术和产品的封锁，把国家工业安全发展和社会安全发展的主动权牢牢掌握在自己手中。

PLC也是推进新型工业化的“新引擎”。随着人口红利逐渐消失，国内劳动力成本上升，制造业企业面临着严峻的挑战。传统依赖廉价劳动力的生产模式难以为继，企业迫切需要寻找新的途径来提高生产效率、降低成本和保持竞争力。根据CEIC数据，2022年至2028年我国人口数量将逐年递减，在2028年或将减少至14.01亿。在此背景下，自动化和智能化技术成为企业转型升级的重要手段。通过引入PLC等工业自动化设备，企业可以实现生产过程的自动化和精细化管理，大幅减少对人力的依赖，降低用工成本，同时提高生产效率和产品质量。PLC行业的发展将进一步加速推进新型工业化建设，助力我国从“制造大国”迈向“制造强国”。

PLC的应用场景

（一）PLC应用领域覆盖众多工业分支
PLC应用于制造业、石油化工、电力、汽车、食品饮料、制药、采矿和水处理等行业。

制造业是PLC应用最广泛的领域之一，PLC在自动化生产线、机器人控制、组装和包装等环节中发挥着关键作用。PLC控制器在自动化生产线上用于管理和协调各个生产环节，从原材料的输入、加工、组装到最终产品的包装，它们通过实时监控和控制机器设备的运行状态，确保生产过程的顺畅和高效。德国包装机生产厂家Hugo Beck通过使用西门子的PLC解决方案，开发出了性能和质量均经过优化的机器，将包装材料减少了30%以上，并将能耗降低了20%。

石油化工行业对PLC的需求主要集中在过程控制、设备监控和安全管理等方面。石油化工生产过程复杂，涉及温度、压力、流量等多种参数的精确控制。PLC系统通过实时监测和调节这些参数，确保生产工艺的稳定和产品质量的一致。通过实施西门子解决方案，马卡略岛卡尔维亚市政公司构建了废水处理控制系统和自动化系统，通过智能化控制四个污水处理厂和72个泵站，将废水处理能耗降低了15%，人为错误减少了85%。

电力行业对PLC的应用主要集中在电力系统的自动化控制和管理方面。在发电厂中，PLC系统用于管理和控制发电设备的运行状态，如锅炉、汽轮机和发电机组。通过实时监测温度、压力和流量等关键参数，PLC系统确保发电过程的高效和安全。负责维护威斯特法伦东部风力发电厂的WestfalenWIND公司使用Siemens S7以及配套SCADA系统来访问所有风力涡轮机的测量和状态数据，并干预操作以控制它们。大约 200 台风力涡轮机被集中评估和控制，即使在运行期间也可通过即插即用添加新的涡轮机模型，并且还有能源管理和用于维护活动的缺陷列表。

（二）PLC的应用场景同时覆盖传统能源和新能源领域
1.新能源领域
PLC在新能源领域具有广泛的应用，常见的应用场景包括太阳能发电系统控制、风力发电系统控制、能源存储系统控制、智能电网控制、充电桩控制、能源检测和管理等。

以太阳能发电系统控制为例，PLC可以监测太阳能光伏阵列的电流、电压和功率输出，控制光伏阵列的倾角和方向以最大化能量收集效率。此外，PLC还可以管理电池储能系统、逆变器和电网连接等设备，实现太阳能发电系统的智能控制和运行优化。在能源监测和管理系统中，PLC可以与能源监测和管理系统进行集成，实现对能源消耗、负荷分析和功率优化的监测和控制。PLC可以采集和处理各种能源数据，提供实时的能源监测和报告，以支持能源管理和节能措施的实施。

2.传统能源领域
在传统能源领域，PLC可应用于能源管道远程检测与控制、工业能源管理、建筑物智能能源管理、能源设备检测与控制等。

以能源管道远程监测与控制为例，PLC通过远程监测与控制系统，可以实时监测管道的压力、流速、温度等参数，并根据需要自动调整控制阀门和泵站等设备，确保能源的顺畅传输和安全性。在工业能源管理上，PLC系统可以实时监测和优化能源的使用情况，从而提高能源效率。

PLC功能深化方向：多场景、强交互、互联化和智能化

（一）从继电器和定时器到第一台PLC
1968年以前：在PLC出现之前，工业控制主要依赖继电器和定时器。这些设备占用大量空间、产生噪音，且可靠性较差。同时，工业控制系统设计复杂、维护困难、灵活性低，难以适应不断变化的生产需求。为了解决这些问题，美国通用汽车公司在1968年发起公开招标，开发了第一台可编程逻辑控制器（PLC）。这台设备的推出标志着工业控制进入了新的时代，PLC的引入简化了工业控制系统的设计和维护，大大提高了系统的灵活性和可靠性。

（二）从模块化到现场控制发展，PLC产品不断演进
1975～1980年：该时期产品特征是从整体式转向模块式。这一阶段，PLC技术进入了机架式设计阶段。这种设计包括背板和各个模块，具备模块化和拓展性的特点，能够根据需求添加或移除不同功能的模块，提高了系统的灵活性和适应性。

1980～1985年：该时期产品特征是实现现场控制功能。现场输入/输出模块的发展进一步简化了设备布线，直接连接和控制各种传感器、执行器等现场设备，提高了系统的灵活性和拓展性。这一阶段，个人电脑（PC）的普及使工程师能够直接使用PC与PLC交互，简化了编程和监控过程，促进了PLC在各行业中的广泛应用。

（三）应用范围拓展与交互改善
1985～1990年：PLC设备处理能力增强，应用范围拓展。随着处理器技术的进步，PLC配备了更强的处理器，能够提供更复杂的指令集，使得PLC的功能得到了大幅提升，应用范围扩大。这个时期，PLC在工业自动化中逐渐成为核心设备，广泛应用于各类复杂的控制系统中。

1990～1995年：该时期产品特征是引入人机界面，操作员交互更便捷。在20世纪90年代，用户希望PLC配备监控软件的工业终端，这推动了可编程人机界面（HMI）的发展。HMI使操作人员能够通过直观界面监控和控制PLC系统，显著提高了系统的易用性和操作效率。同时，PROFIBUS等工业通信标准的发布，进一步增强了PLC系统的互联互通能力，促进了信息化程度的提高。

（四）叠加式创新推动PLC应用领域扩张
1995～2000年：这一时期，先进技术如运动控制和标签寻址等被应用到PLC中，使PLC应用更加广泛，开发难度更低，代码可读性更强。这一阶段的技术进步使PLC能够更好地支持复杂的自动化任务，提升了工业控制的效率和灵活性。

（五）现代PLC朝着紧凑化、互联化、智能化发展
进入21世纪：PLC技术继续快速发展，电路板、处理器等电子元件的体积缩小，成本降低，使得PLC设计更加紧凑高效。现代PLC不仅具有更高的处理能力和更大存储容量，还集成了网络通信、远程监控和数据分析等高级功能，广泛应用于复杂和大型工业自动化系统中。物联网（IoT）技术的引入使PLC能够与更多设备和系统互联，实现复杂的数据采集和控制任务。标准化的PLC编程语言和高级编程工具使PLC编程更高效便捷。现代PLC系统强调模块化和可扩展性，用户可根据需求选择和配置不同模块，提供定制化解决方案。人工智能、云计算等技术的发展也为PLC智能化发展起到推动作用。

PLC行业竞争态势：国产小型PLC市场占有率逐步提升

（一）国际PLC市场主要以欧美和日系品牌为主
PLC技术发源于美国，随后向其他工业大国扩散并快速发展。就地域而言，欧美和日本的工业大国地位得益于计算机技术的发展及工业实践的经验，PLC技术逐渐形成主导地位，日本三菱（Mitsubishi）及欧姆龙（OMRON）、美国罗克韦尔（Rockwell）及通用（GE）、德国西门子（SIEMENS）、法国施耐德（Schneider）等国际领先PLC企业在不同细分领域各具优势，在全球市场中占据重要的市场份额。

（二）海外厂商占据国内中大型PLC市场统治地位，国产厂商成功跻身小型PLC市场一线
高壁垒+多年行业经验使得海外厂商占据中大型PLC市场主要份额。根据MIR数据，2023年Q1在我国中大型PLC市场，西门子以 49%的市场份额占据主导地位，其次是欧姆龙和三菱各占12%和11%。由于中大型PLC的产品和工艺联系更为紧密，用户偏好更丰富的行业解决方案和更强的抗干扰性，西门子、罗克韦尔等欧美厂商凭借多年的研发经验和完善的销售网络，牢牢占据市场主导地位。根据华经情报网数据，2023年第一季度，中大型PLC的国产化率仅为5.5%，国产品牌在该领域的市场渗透率仍然较低。

凭借高性价比、交期短和快速响应客户需求的优势，小型PLC国产化率不断提高。小型PLC主要应用于中低端OEM（原始设备制造商）用户，国产品牌通过不断提高产品性价比、灵活的业务模式以及在定制化机型的开发能力，逐渐在小型PLC市场中占据一席之地。根据华经情报网数据，2023年第一季度，小型PLC的国产化率已经达到36.1%，显示出国产品牌在该领域的显著渗透力。

（三）代表企业：中电智科筑牢工控安全防火墙
中电智科是中国电子旗下专注国产自主可控PLC生产的厂商，是中国电子为应对工业控制领域产品长期被国外品牌垄断和复杂多变的国际安全形势，整合集团内部资源和产品技术优势，实现技术资源优势互补，于2018年创建的一家集工业控制核心产品和安全创新平台的公司。

中电智科作为总体单位和牵头单位，承担了军用PLC型号研制、1025核心技术攻关以及核高基等10余项重大工程项目，保障了国家重点装备和重大项目建设；承担与华能、中船、南光、管网、三峡联合的20余项联合体项目，取得了风电、火电、市政等关键基础设施领域的多个首台套示范应用；获得工信部国防科技进步三等奖。

中电智科以重点型号任务和重大工程为牵引，率先开展自主安全PLC、编程编译软件、SCADA等国产工控产品的研制，形成了包括“超御”大中小型PLC、编程软件SC-ProSys、组态软件SC-ProView以及触摸屏HMI在内的涵盖工控系统监控层、控制层的产品谱系。“超御”PLC产品自主化、国产化程度高，具备主动防御能力，信息安全程度高，遵循国军标设计验证，可满足国防军工重点型号及关键基础设施重大工程高可靠、高可用要求，填补了我国高端PLC产品空白，对我国自主安全工控系统产业链起到补链强链的作用，极大地提升了我国工控系统产业链自主可控水平。

我国PLC市场将重拾稳定增长势头

制造业智能化、数字化趋势推动PLC市场稳定增长。根据MIR睿工业数据，2018年至2021年间，我国PLC市场规模从124亿元增长至159亿元，增速最高达到20%。然而，在2022年和2023年，市场增速有所放缓。未来几年，随着工业自动化、物联网和人工智能技术的进一步发展，叠加制造业向智能化和数字化转型趋势，PLC的应用范围将进一步扩大，MIR预计2024至2026年PLC市场将恢复增长，年增速保持在3%至7%之间。

中小型PLC市场和中大型PLC的市场份额相对均衡。根据华经情报网数据，2022年我国中大型PLC市场和小型PLC市场分别占51%和49%。这表明在实际应用中，企业对不同规格PLC的需求均衡，小型PLC因其灵活性和成本效益广泛应用于小型自动化任务，而中大型PLC则因其强大的处理能力和可扩展性被用于复杂和大型工业系统。

PLC行业在贯彻落实国家战略中扮演着重要角色，作为工业自动化的核心，对保障基础设施的安全运营至关重要。在工业4.0和人工智能迅猛发展的背景下，PLC产业链正高速迈向优质成长阶段，行业前景可期。

【联合课题组成员：喇绍华，建投投资总经理；王志平，中电金投总经理；谢春生，华泰证券研究所电子与计算机行业首席研究员；张璐璐，建投投资董事总经理；王春伟，建投投资战略发展部总经理；孙相儒，中电金投投研工作部总经理；薛媛，电气装备集团投资投资二部总经理；柴爽，中电金投投研工作部高级投资经理；彭钢，华泰证券研究所计算机行业研究员；刘晓楠，电气装备集团投资投资二部高级投资经理；丁文翰，建投投资投资经理】