新型工业化开启下一轮增长周期，工业控制市场趋势分析

 
电子发烧友网报道（文/周凯扬）随着制造业接连开启降本增效，借助新方案提高自动化水平成了拉动制造业资产投资的主要驱动力，也将拉动工控行业的市场总值增长。在各国纷纷推行政策加速新型工业化这一进程的前提下，工控市场也在去年呈现出了不一样的趋势，尤其是中国市场。
 
国产中小型PLC 发展迅猛，全国产大型PLC 蓄势待发
 
作为工业自动化系统的核心组件，PLC这一控制设备的国产化渗透率呈现了较好的势头。以汇川科技为首的国产 PLC 厂商，凭借持续的推陈出新，在中小型 PLC 市场站稳了脚跟。比如汇川就在去年工博会上发布了新一代 AM 系列中小型 PLC，AM300/AM500。
 
据统计，在中国 PLC 市场，去年国产中小型 PLC 设备的渗透率再度提高了 5%左右，达到了 35% 以上。其中汇川科技在小型 PLC 产品的市占率更是达到了15%，位居内资首位。但以全球PLC 市场来看，离第一名的西门子还是有着一定的差距。
 
除了中小型PLC 的国产化趋势外，多数国产工控自动化厂商也在突破技术壁垒，积极规划补充大型 PLC 产品。在大型PLC所用的电子元件、工业实时操作系统等，目前也开启了国产化进程的第一步。比如去年年底，华龙迅达就和龙芯中科发布了基于龙芯 3A5000 高性能四核处理器的PLC，JIC PLC 8010。
 
JIC PLC 8010的整体性能已经达到了国际领先水平，最高可连接 65535 个 I/O 点，2ms 任务周期可驱动 512 个伺服，运行时间抖动小于 20 微秒。搭配龙芯32/64 位的 LoongOS 操作系统，华龙迅达自研编译器JIC IAP 和运行时 JIC RTE，JIC PLC 8010可谓已经彻底摆脱了对国外产品的依赖。
 
中高端工控MCU导入加速，入局者增加
 
在工业 4.0 时代带来的数据驱动、智能化和高度自动化转型下，工业控制坐稳了 MCU第三大下游应用领域的位置。无论是上面提到的 PLC 控制器、仪表还是电机/变频器，都少不了 MCU 这一核心组件。据统计机构预计，至2026年，全球工业控制MCU市场规模达约35亿元，在市场规模持续扩张的走势下，MCU厂商在该市场有着很大的利润空间，尤其是开始走高端化的国产 MCU 厂商。
 
过去的工控 MCU 以稳定性、可靠性为主，可随着 PLC 控制逻辑关系、电机控制算法愈发复杂，通信/拓展模块的数量增多，也驱使着更高算力、更多 I/O 接口的工控 MCU导入加速。目前诸如工业机器人之类的应用，已经对控制器的性能提出了挑战，所以高性能、高集成度已经成为未来工控 MCU 的趋势。
 
从去年发布的一批工控 MCU 新品来看，55nm的工艺已经开始淡出视野，与车规 MCU 一样，40nm 及以上的半导体制造工艺将会是新一轮中高端工控 MCU采用的方案。与此同时，MCU厂商也会尽可能采用更高性能的 CPU 内核，以及更多的片上资源来设计产品。
 
无论是 Arm，RISC-V 还是自研内核IP，都在去年迎来了一波井喷，在边缘AI 计算上发力，MCU 厂商在工控 MCU 的设计上拥有远超以往的灵活性。此外过去主要发力消费电子市场的 MCU 厂商，也倾斜了研发重心，加入了工控 MCU 的设计行列。
 
高精度和智能化，工业传感器设计的新蓝图
 
在工业控制的感知层中，各项工业传感器起到了至关重要的作用，被广泛用于制造、维护以及实时监控等场景中，比如伺服系统中的光电编码器、MEMS 传感器等。随着先进制造进一步提高了控制的复杂程度，我们也需要高精度的传感器来解决这一问题。
 
比如在对于工业检测精度要求超高的半导体制造领域，比如半导体晶圆缺陷检测等，就需要用到超高分辨率的图像传感器，分辨率高达 8K 以上。同时为了保证晶圆厂在缺陷检测流程上的效率，往往还需要用到堆栈、全局快门等技术提供高速成像。
 
工业传感器的另一大发展趋势就是智能化，在传感器节点中集成智能算法，能够显著减少 OT网络的计算负载。尤其是在预测性维护这一用例中，通过在 MCU 和电机、振动或温度传感器间分配信号处理和AI 计算的工作，可以显著提高异常检测等应用的性能，并进一步优化功耗。
 
5G 与工控融合发展，千座全5G 连接工厂落地中
 
工业作为现代化的重要引擎，同样需要新一代的信息通信技术来为新型工业化提供关键的数字基础设施底座，而5G 则是其中引领创新的代表。从 HMS 统计的数据来看，工业无线网增速最快，年增长幅度达到 22%，5G 在工业无线网中目前虽然占比较少，却也得到了重视，尤其是在国内。
 
例如工业和信息化部在近日印发了《2023 年 5G 工厂名录》，其中遴选了 300 家全国各地已经建成的5G 工厂，覆盖了 24 个国民经济大类。其中以通用设备制造业，计算机、通信和其他电子设备制造业以及电气机械和器材制造业的5G 工厂数量居多。这都得益于前年印发的《5G 全连接工厂建设指南》，推动万家企业开展建设、建成 1000 家 5G 工厂。
 
5G 全连接工厂具有多方面的优势，一是超大的带宽允许全方位无死角检测，从而加强品质管理；第二，5G 的低时延特性可使得预测性维护更加灵活，通过柔性生产提高效率，配合极高的可靠性，可实现仓储物流的智能调度。最后是超大的连接数（mMTC）相比其他少布线的无线通信方式，5G 更容易实现大批量的部署和管理。
 
同时面对工控系统重边缘实时计算越来越高的算力要求，业内也在积极开发面向工控领域的 5G 算网产品，在工业 OT 软硬件解耦和IT/OT 融合的趋势下，借助网络内生算力提供工业控制的底座。也正因如此，5G 芯片、模组以及网关厂商也在积极布局，加快5G与 PLC、DCS 等工业控制系统融合。
 
TSN技术铺开，打通工业网络底层连接
 
尽管经历了数十年的发展，当下工业网络仍存在多标准难兼容的问题，为此需要一个统一的网络技术打通底层网络，而 TSN这一时间敏感网络技术，凭借极低的端到端时延和高可靠性数据传输，成了不二之选。
 
在上面提到的《5G 全连接工厂建设指南》中，也提到了鼓励企业综合用TSN等新型网络技术，推动工业控制网络互通，加快 IT/OT 网络融合。不过仅凭软件拓展是无法将TSN功能包含在内的，需要支持的以太网硬件模块。
 
好在目前主流芯片厂商，诸如 NXP、TI、瑞萨、ADI 等都在积极推进 TSN网络芯片，从而支持相关设备厂商进行网络终端设备和交换设备的开发。即便是拥护EtherCAT、PROFINET的厂商们，也都在开发和支持PROFINET over TSN之类的产品。
 
写在最后
 
去年年底，工信部等八大国家部门联合印发了《关于加快传统制造业转型升级的指导意见》，其中就提出到2027年，我国传统制造业高端化、智能化、绿色化、融合化发展水平明显提升，有效支撑制造业比重保持基本稳定，在全球产业分工中的地位和竞争力进一步巩固增强。但在这样的局面下，“大而不强”“全而不精”的问题依旧严重，因此如今全面赋能新型工业化已经成了关键目标，工业控制市场当下的趋势无一不在为这一目标献力。