可編程控制器在PA市場的主要應(yīng)用和現(xiàn)狀分析 - 全文

　　可編程控制器(PLC)是一種控制裝置，從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來，面向一般工業(yè)控制領(lǐng)域。它的發(fā)展基于制造業(yè)的現(xiàn)場設(shè)備控制需求，強(qiáng)調(diào)開關(guān)量邏輯控制，適用于小型自控場所。

　　一、PLC總體市場規(guī)模

　　2006年中國PLC市場規(guī)模為44.3億元，到2010年中國PLC市場規(guī)模達(dá)到了68.4億元，相比2009年50億元的市場規(guī)模，同比增長 36.8%。2006年至2010年P(guān)LC市場規(guī)模的復(fù)合增長率為9.08%。隨著“十二五”提升裝備自動化的提出，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)PLC市場將處于持續(xù)增長狀態(tài)，到2013年預(yù)計(jì)市場規(guī)模將達(dá)到90億元。2006-2013中國PLC市場規(guī)模及預(yù)測見表1：

　　表1 2006-2013年中國PLC市場規(guī)模

　　圖1 2006-2013年中國PLC市場規(guī)模及變動趨勢

　　目前世界上PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個流派是美國產(chǎn)品，一個流派是歐洲產(chǎn)品，一個流派是日本產(chǎn)品。美國和歐洲的PLC技術(shù)是在相互隔離情況下獨(dú)立研究開發(fā)的，因此美國和歐洲的PLC產(chǎn)品有明顯的差異性。而日本的PLC技術(shù)是由美國引進(jìn)的，對美國的PLC產(chǎn)品有一定的繼承性，但日本的主推產(chǎn)品定位在小型PLC上，以小型PLC著稱。而美國和歐洲以大中型PLC而聞名。

　　①美國PLC產(chǎn)品。美國是PLC生產(chǎn)大國，有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣(GE)公司、莫迪康(Modicon)公司(現(xiàn)為法國施耐德電氣下屬子公司)、德州儀器 (TexasInstruments，TI)公司等。其中A-B公司是美國最大的PLC制造商，其產(chǎn)品約占美國PLC市場的一半。

　　A-B公司產(chǎn)品規(guī)格齊全、種類豐富，其主推的大、中型PLC產(chǎn)品是PLC-5系列。該系列為模塊式結(jié)構(gòu);A-B公司的小型PLC產(chǎn)品有SLC500系列等。GE公司的代表產(chǎn)品是：小型機(jī)有GE-1、GE-1-J、GE-1/P等，除GE-1/J外，均采用模塊結(jié)構(gòu);中型機(jī)代表產(chǎn)品是GE-III，它比 GE-1/P增加了中斷、故障診斷等功能;大型機(jī)GE-V比GE-III增加了部分?jǐn)?shù)據(jù)處理、表格處理、子程序控制等功能，并具有較強(qiáng)的通信功能。德州儀器(TI)公司的小型PLC新產(chǎn)品有510、520和TIl00等，中型PLC新產(chǎn)品有TI300、5TI等，大型PLC產(chǎn)品有PM550、530、 560、565等系列。除TIl00和T1300無聯(lián)網(wǎng)功能外，其他PLC都可實(shí)現(xiàn)通信，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。莫迪康(Modicon)公司的代表產(chǎn)品是 M84系列PLC。其中M84是小型機(jī)，具有模擬量控制以及與上位機(jī)通信功能;M484是中型機(jī)，其運(yùn)算功能較強(qiáng)，可與上位機(jī)通信，也可與多臺聯(lián)網(wǎng);M584是大型機(jī)，其容量大、數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng);M884是增強(qiáng)型中型機(jī)，它具有小型機(jī)的結(jié)構(gòu)、大型機(jī)的控制功能。

　　②歐洲PLC產(chǎn)品。德國的西門子(SIEMENS)公司、AEG公司、法國的TE公司是歐洲著名的PLC制造商。德國西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負(fù)盛名。在中、大型PLC產(chǎn)品領(lǐng)域與美國的A-B公司齊名。

　　西門子PLC主要產(chǎn)品是S5、S7系列。在S5系列中，S5-90U、S5-95U屬于微型整體式PLC;S5-1OOU是小型模塊式 PLC;S5-115U是中型PLC;S5-155U為大型機(jī)。而S7系列是西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上近年推出的新產(chǎn)品，其性能價格比高，其中 S7-200系列屬于微型PLC;S7-300系列屬于中小型PLC;S7-400系列屬于中高性能的大型PLC。

　?、廴毡綪LC 產(chǎn)品。日本的小型PLC最具特色，在小型機(jī)領(lǐng)域中頗負(fù)盛名，某些用歐美的中型機(jī)或大型機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的控制，日本的小型機(jī)就可以解決。在開發(fā)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機(jī)，所以格外受用戶歡迎。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型PLC市場上，日本產(chǎn)品約占有70%的份額。

　　三菱公司較早的PLC產(chǎn)品是小型機(jī)F系列及其升級產(chǎn)品F1/F2系列。繼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、網(wǎng)絡(luò)功能等方面都有了全面的加強(qiáng)。FX2N是近幾年推出的高功能整體式小型機(jī)，它是FX2的換代產(chǎn)品，各種功能都有了全面的提升。近年來還不斷推出滿足不同要求的微型PLC，如FXOS、FXlS、FXON、FXlN及a系列等產(chǎn)品。

　　歐姆龍公司的PLC產(chǎn)品，大、中、小、微型規(guī)格齊全。微型機(jī)以SP系列為代表，其體積極小，速度極快;小型機(jī)有P型、H型、CPM1A系列、CPM2A系列等;中型機(jī)有C200H、C200HS、 C200HX、C200HG系列;大型機(jī)有C1000H、C2000H、CV(CV500/CVl000/CV2000/CVMl)等。

　　松下公司的PLC產(chǎn)品中，F(xiàn)PO為微型機(jī)，F(xiàn)P1為整體式小型機(jī)，F(xiàn)P3為中型機(jī)，F(xiàn)P5/FP1O、FP10S(FP10的改進(jìn)型)、FP20為大型機(jī)。松下公司近幾年P(guān)LC產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是：指令系統(tǒng)功能強(qiáng);有的機(jī)型還提供可以用FP-BASIC語言編程的CPU及多種智能模塊，為復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)提供了軟件手段;FP系列的各種PLC都配置通信機(jī)制，由于它們使用的應(yīng)用層通信協(xié)議具有一致性，這給構(gòu)成多級PLC網(wǎng)絡(luò)和開發(fā)PLC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序帶來方便。

　　二、PLC在PA市場主要應(yīng)用行業(yè)

　　目前，可編程控制器(PLC)在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。

　?、匍_關(guān)量的邏輯控制。這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

　?、谀M量控制。在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量 (Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

　?、圻\(yùn)動控制。PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/0模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。

　?、苓^程控制。過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。中機(jī)院機(jī)電市場研究所

　?、輸?shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。內(nèi)容來自中機(jī)院機(jī)電市場研究所

　?、尥ㄐ偶奥?lián)網(wǎng)。PLC通信含PLC間的通信及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

　　隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。例如，在日本，PLC的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機(jī)械的自動控制，擴(kuò)展到以下應(yīng)用領(lǐng)域：中小型過程控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活相關(guān)聯(lián)的機(jī)器、與環(huán)境關(guān)聯(lián)的機(jī)器，而且均有急速上升趨勢。值得注意的是，隨著PLC和 DCS相互滲透，兩者的界線日趨模糊，PLC從傳統(tǒng)的應(yīng)用于離散的制造業(yè)向應(yīng)用到連續(xù)的流程工業(yè)擴(kuò)展的趨勢更加明顯。

　　2010年P(guān)A市場PLC主要應(yīng)用行業(yè)：化工、電力、石化、石油。這四個主要應(yīng)用行業(yè)2010年的市場規(guī)模見表2：

　　表2 中國PLC市場中主要應(yīng)用行業(yè)市場規(guī)模

　?、匐娏π袠I(yè)

　　電力行業(yè)本身自動化水平很高，對PLC的應(yīng)用規(guī)?；鶖?shù)很大，主要在2000-3000IO，因此電力行業(yè)仍然處于大中型PLC應(yīng)用的主要行業(yè)。2010年受電力結(jié)構(gòu)調(diào)整影響，中國電力行業(yè)PLC應(yīng)用規(guī)模略減3%，為2.12億元人民幣。

　　PLC在火力發(fā)電中主要用于設(shè)備控制和輔助系統(tǒng)的控制，火電行業(yè)有三大輔機(jī)系統(tǒng)：灰網(wǎng)、水網(wǎng)(化水系統(tǒng))和輸煤系統(tǒng)，以子站的形式控制整個系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)與主控DCS通訊。電廠的主控系統(tǒng)一般用DCS，主要是因?yàn)榭刂泣c(diǎn)數(shù)多，模擬量控制(溫度、壓力控制)多。在水電中，PLC也大量用于電站的監(jiān)控系統(tǒng)中。

　　PLC對于順序控制有其獨(dú)特的優(yōu)勢，因而在以順序控制為主的火力發(fā)電廠輔助車間得到廣泛應(yīng)用，如補(bǔ)給水處理車間、循環(huán)水車間、除灰除渣車間、輸煤車間、灰渣輸送設(shè)備等。

　　在輸煤系統(tǒng)中，PLC主要用戶控制皮帶系統(tǒng)。

　　灰網(wǎng)系統(tǒng)包括除塵系統(tǒng)、煤灰輸送系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)等，其中除塵系統(tǒng)小型PLC應(yīng)用普遍，用以控制除塵器的輔助設(shè)備、卸灰系統(tǒng)等。除塵系統(tǒng)現(xiàn)在用小型PLC組成智能系統(tǒng)，以后會整合成少量的大型PLC控制。

　　煤灰輸送系統(tǒng)用于控制電機(jī)起停和氣動閥的開啟以及各種泵類。

　　脫硫系統(tǒng)中PLC主要是連接現(xiàn)場的儀表和傳感器，DCS系統(tǒng)應(yīng)用較多。

　　另外，太陽能發(fā)電站應(yīng)用的控制器并不屬于傳統(tǒng)意義中的PLC、DCS、IPC等控制器。太陽能電站自動化應(yīng)用的控制器通常稱為充電控制器。

　　充電控制器主要由專用處理器CPU、電子元器件、顯示器、開關(guān)功率管等組成。在太陽發(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命;同時保護(hù)蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。同時記錄并顯示系統(tǒng)各種重要數(shù)據(jù)，如充電電流、電壓等。

　　目前，進(jìn)口品牌應(yīng)用于電站自動化的充電控制器主要有BP，Siemens和TAROM;國內(nèi)品牌應(yīng)用于電站自動化的充電控制器主要有冠亞，青島phocos，以及合肥陽光。

　　②石化行業(yè)

　　在石化行業(yè)的主工藝控制系統(tǒng)中，溫度壓力流量的控制居多，以反應(yīng)器串級控制，進(jìn)料量和反應(yīng)物料的流量控制為主，因此主要使用DCS控制系統(tǒng)，尤其是 500-1000IO的系統(tǒng)。在一些算法不復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)和冗余要求不高的環(huán)節(jié)，采用PLC進(jìn)行控制。PLC主要用于下層設(shè)備和安全系統(tǒng)(ESD) 中，如抽油機(jī)、點(diǎn)火火炬、泵站、罐區(qū)及其他現(xiàn)場設(shè)備的控制。

　　石化行業(yè)使用的PLC產(chǎn)品范圍較寬，從幾個IO的泵控制器到數(shù)千點(diǎn)的罐區(qū)控制系統(tǒng)，分布相對比較平均。小型PLC主要用在現(xiàn)場，控制小機(jī)組和泵類產(chǎn)品，不在控制柜里。

　　石化行業(yè)主要應(yīng)用中型PLC，占該行業(yè)整體規(guī)模的50%以上。2010年P(guān)LC在該行業(yè)的應(yīng)用規(guī)模增長12.0%，總體規(guī)模為1.77億元。內(nèi)容來自中機(jī)院機(jī)電市場研究所

　　該行業(yè)流行的PLC品牌是Siemens、Omron和Rockwell，Mitsubishi也有少量應(yīng)用。

　?、垡苯鹦袠I(yè)

　　鋼鐵行業(yè)競爭格局與大中型PLC市場的格局有很多的類似性，集中度較高，主要以歐美品牌如Siemens、Schneider、Rockwell、GE 等為主。而且在不同的工藝段，主要應(yīng)用領(lǐng)域也各有特點(diǎn)，例如軋線部分，則以Siemens的控制器為主，Schneider的控制器則在鐵前部分應(yīng)用較多。

　?、芑ば袠I(yè)

　　PLC在化工行業(yè)主要用于設(shè)備控制和輔助生產(chǎn)裝置的控制，化工行業(yè)是典型的流程控制行業(yè)，主控系統(tǒng)以DCS為主，近年來由于PLC本身性能指標(biāo)水平的提高和相對于DCS產(chǎn)品價格方面的優(yōu)勢，PLC在工藝主控方面開始有了一些應(yīng)用，尤其是在中小型化工廠中，PLC的應(yīng)用更為普遍。化工行業(yè)各種規(guī)模的PLC都有較多的運(yùn)用，小型PLC多用于設(shè)備控制，如化肥廠包裝環(huán)節(jié)和自動稱重環(huán)節(jié)。工藝控制和輔助裝置控制以中大型產(chǎn)品為主，控制點(diǎn)數(shù)達(dá)到幾千個IO，主要用于下料、稱重控制、烘干和流量控制。

　　2010年P(guān)LC在該行業(yè)的市場規(guī)模增長高達(dá)24.6%，為2.18億元，業(yè)績的增長主要來自于中型PLC產(chǎn)品的強(qiáng)勁拉動。

　　三、PLC在PA市場銷售渠道

　　PA市場PLC制造商產(chǎn)品主要銷售客戶有：系統(tǒng)集成商、分銷商、OEM、最終客戶。其中有35.0%產(chǎn)品銷往系統(tǒng)集成商，43%銷售給分銷商，5%份額銷售給OEM，剩下17%產(chǎn)品直接銷售給最終客戶。分銷商從PLC制造商獲得的43%產(chǎn)品，其中20%銷售給系統(tǒng)集成商，4%產(chǎn)品銷往OEM，剩余19% 直接銷售給最終客戶。PLC制造商銷售渠道結(jié)構(gòu)圖2：內(nèi)容來自中機(jī)院機(jī)電市場研究所

　　圖2 PA市場PLC銷售渠道