新型工業(yè)化開啟下一輪增長周期，工業(yè)控制市場趨勢分析

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）隨著制造業(yè)接連開啟降本增效，借助新方案提高自動(dòng)化水平成了拉動(dòng)制造業(yè)資產(chǎn)投資的主要驅(qū)動(dòng)力，也將拉動(dòng)工控行業(yè)的市場總值增長。在各國紛紛推行政策加速新型工業(yè)化這一進(jìn)程的前提下，工控市場也在去年呈現(xiàn)出了不一樣的趨勢，尤其是中國市場。

國產(chǎn)中小型PLC 發(fā)展迅猛，全國產(chǎn)大型PLC 蓄勢待發(fā)

作為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心組件，PLC這一控制設(shè)備的國產(chǎn)化滲透率呈現(xiàn)了較好的勢頭。以匯川科技為首的國產(chǎn) PLC 廠商，憑借持續(xù)的推陳出新，在中小型 PLC 市場站穩(wěn)了腳跟。比如匯川就在去年工博會(huì)上發(fā)布了新一代 AM 系列中小型 PLC，AM300/AM500。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國 PLC 市場，去年國產(chǎn)中小型 PLC 設(shè)備的滲透率再度提高了 5%左右，達(dá)到了 35% 以上。其中匯川科技在小型 PLC 產(chǎn)品的市占率更是達(dá)到了15%，位居內(nèi)資首位。但以全球PLC 市場來看，離第一名的西門子還是有著一定的差距。

除了中小型PLC 的國產(chǎn)化趨勢外，多數(shù)國產(chǎn)工控自動(dòng)化廠商也在突破技術(shù)壁壘，積極規(guī)劃補(bǔ)充大型 PLC 產(chǎn)品。在大型PLC所用的電子元件、工業(yè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等，目前也開啟了國產(chǎn)化進(jìn)程的第一步。比如去年年底，華龍迅達(dá)就和龍芯中科發(fā)布了基于龍芯 3A5000 高性能四核處理器的PLC，JIC PLC 8010。

JIC PLC 8010的整體性能已經(jīng)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，最高可連接 65535 個(gè) I/O 點(diǎn)，2ms 任務(wù)周期可驅(qū)動(dòng) 512 個(gè)伺服，運(yùn)行時(shí)間抖動(dòng)小于 20 微秒。搭配龍芯32/64 位的 LoongOS 操作系統(tǒng)，華龍迅達(dá)自研編譯器JIC IAP 和運(yùn)行時(shí) JIC RTE，JIC PLC 8010可謂已經(jīng)徹底擺脫了對國外產(chǎn)品的依賴。

中高端工控MCU導(dǎo)入加速，入局者增加

在工業(yè) 4.0 時(shí)代帶來的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、智能化和高度自動(dòng)化轉(zhuǎn)型下，工業(yè)控制坐穩(wěn)了 MCU第三大下游應(yīng)用領(lǐng)域的位置。無論是上面提到的 PLC 控制器、儀表還是電機(jī)/變頻器，都少不了 MCU 這一核心組件。據(jù)統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，至2026年，全球工業(yè)控制MCU市場規(guī)模達(dá)約35億元，在市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張的走勢下，MCU廠商在該市場有著很大的利潤空間，尤其是開始走高端化的國產(chǎn) MCU 廠商。

過去的工控 MCU 以穩(wěn)定性、可靠性為主，可隨著 PLC 控制邏輯關(guān)系、電機(jī)控制算法愈發(fā)復(fù)雜，通信/拓展模塊的數(shù)量增多，也驅(qū)使著更高算力、更多 I/O 接口的工控 MCU導(dǎo)入加速。目前諸如工業(yè)機(jī)器人之類的應(yīng)用，已經(jīng)對控制器的性能提出了挑戰(zhàn)，所以高性能、高集成度已經(jīng)成為未來工控 MCU 的趨勢。

從去年發(fā)布的一批工控 MCU 新品來看，55nm的工藝已經(jīng)開始淡出視野，與車規(guī) MCU 一樣，40nm 及以上的半導(dǎo)體制造工藝將會(huì)是新一輪中高端工控 MCU采用的方案。與此同時(shí)，MCU廠商也會(huì)盡可能采用更高性能的 CPU 內(nèi)核，以及更多的片上資源來設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

無論是 Arm，RISC-V 還是自研內(nèi)核IP，都在去年迎來了一波井噴，在邊緣AI 計(jì)算上發(fā)力，MCU 廠商在工控 MCU 的設(shè)計(jì)上擁有遠(yuǎn)超以往的靈活性。此外過去主要發(fā)力消費(fèi)電子市場的 MCU 廠商，也傾斜了研發(fā)重心，加入了工控 MCU 的設(shè)計(jì)行列。

高精度和智能化，工業(yè)傳感器設(shè)計(jì)的新藍(lán)圖

在工業(yè)控制的感知層中，各項(xiàng)工業(yè)傳感器起到了至關(guān)重要的作用，被廣泛用于制造、維護(hù)以及實(shí)時(shí)監(jiān)控等場景中，比如伺服系統(tǒng)中的光電編碼器、MEMS 傳感器等。隨著先進(jìn)制造進(jìn)一步提高了控制的復(fù)雜程度，我們也需要高精度的傳感器來解決這一問題。

比如在對于工業(yè)檢測精度要求超高的半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，比如半導(dǎo)體晶圓缺陷檢測等，就需要用到超高分辨率的圖像傳感器，分辨率高達(dá) 8K 以上。同時(shí)為了保證晶圓廠在缺陷檢測流程上的效率，往往還需要用到堆棧、全局快門等技術(shù)提供高速成像。

工業(yè)傳感器的另一大發(fā)展趨勢就是智能化，在傳感器節(jié)點(diǎn)中集成智能算法，能夠顯著減少 OT網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算負(fù)載。尤其是在預(yù)測性維護(hù)這一用例中，通過在 MCU 和電機(jī)、振動(dòng)或溫度傳感器間分配信號(hào)處理和AI 計(jì)算的工作，可以顯著提高異常檢測等應(yīng)用的性能，并進(jìn)一步優(yōu)化功耗。

5G 與工控融合發(fā)展，千座全5G 連接工廠落地中

工業(yè)作為現(xiàn)代化的重要引擎，同樣需要新一代的信息通信技術(shù)來為新型工業(yè)化提供關(guān)鍵的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施底座，而5G 則是其中引領(lǐng)創(chuàng)新的代表。從 HMS 統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來看，工業(yè)無線網(wǎng)增速最快，年增長幅度達(dá)到 22%，5G 在工業(yè)無線網(wǎng)中目前雖然占比較少，卻也得到了重視，尤其是在國內(nèi)。

例如工業(yè)和信息化部在近日印發(fā)了《2023 年 5G 工廠名錄》，其中遴選了 300 家全國各地已經(jīng)建成的5G 工廠，覆蓋了 24 個(gè)國民經(jīng)濟(jì)大類。其中以通用設(shè)備制造業(yè)，計(jì)算機(jī)、通信和其他電子設(shè)備制造業(yè)以及電氣機(jī)械和器材制造業(yè)的5G 工廠數(shù)量居多。這都得益于前年印發(fā)的《5G 全連接工廠建設(shè)指南》，推動(dòng)萬家企業(yè)開展建設(shè)、建成 1000 家 5G 工廠。

5G 全連接工廠具有多方面的優(yōu)勢，一是超大的帶寬允許全方位無死角檢測，從而加強(qiáng)品質(zhì)管理；第二，5G 的低時(shí)延特性可使得預(yù)測性維護(hù)更加靈活，通過柔性生產(chǎn)提高效率，配合極高的可靠性，可實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)物流的智能調(diào)度。最后是超大的連接數(shù)（mMTC）相比其他少布線的無線通信方式，5G 更容易實(shí)現(xiàn)大批量的部署和管理。

同時(shí)面對工控系統(tǒng)重邊緣實(shí)時(shí)計(jì)算越來越高的算力要求，業(yè)內(nèi)也在積極開發(fā)面向工控領(lǐng)域的 5G 算網(wǎng)產(chǎn)品，在工業(yè) OT 軟硬件解耦和IT/OT 融合的趨勢下，借助網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生算力提供工業(yè)控制的底座。也正因如此，5G 芯片、模組以及網(wǎng)關(guān)廠商也在積極布局，加快5G與 PLC、DCS 等工業(yè)控制系統(tǒng)融合。

TSN技術(shù)鋪開，打通工業(yè)網(wǎng)絡(luò)底層連接

盡管經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，當(dāng)下工業(yè)網(wǎng)絡(luò)仍存在多標(biāo)準(zhǔn)難兼容的問題，為此需要一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)打通底層網(wǎng)絡(luò)，而 TSN這一時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，憑借極低的端到端時(shí)延和高可靠性數(shù)據(jù)傳輸，成了不二之選。

在上面提到的《5G 全連接工廠建設(shè)指南》中，也提到了鼓勵(lì)企業(yè)綜合用TSN等新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，推動(dòng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互通，加快 IT/OT 網(wǎng)絡(luò)融合。不過僅憑軟件拓展是無法將TSN功能包含在內(nèi)的，需要支持的以太網(wǎng)硬件模塊。

好在目前主流芯片廠商，諸如 NXP、TI、瑞薩、ADI 等都在積極推進(jìn) TSN網(wǎng)絡(luò)芯片，從而支持相關(guān)設(shè)備廠商進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備和交換設(shè)備的開發(fā)。即便是擁護(hù)EtherCAT、PROFINET的廠商們，也都在開發(fā)和支持PROFINET over TSN之類的產(chǎn)品。

寫在最后

去年年底，工信部等八大國家部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的指導(dǎo)意見》，其中就提出到2027年，我國傳統(tǒng)制造業(yè)高端化、智能化、綠色化、融合化發(fā)展水平明顯提升，有效支撐制造業(yè)比重保持基本穩(wěn)定，在全球產(chǎn)業(yè)分工中的地位和競爭力進(jìn)一步鞏固增強(qiáng)。但在這樣的局面下，“大而不強(qiáng)”“全而不精”的問題依舊嚴(yán)重，因此如今全面賦能新型工業(yè)化已經(jīng)成了關(guān)鍵目標(biāo)，工業(yè)控制市場當(dāng)下的趨勢無一不在為這一目標(biāo)獻(xiàn)力。