工业电子 | 国内PLC厂商崛起，国产芯片有何潜力？

重点内容速览：

1. PLC市场概况：国产份额稳步提升

2. PLC的基本构成单元与核心芯片

3. 国产芯片的机会与挑战

在现代工业自动化的浪潮中，可编程逻辑控制器（PLC）扮演着“大脑”的角色，它以高可靠性、灵活性，以及易于编程等特点，广泛应用于各种自动化设备和系统中。近年来，随着国内制造业的转型升级和政策支持，国产PLC厂商正迎来新的发展机遇，而作为PLC核心的芯片，国产替代的潜力也备受关注。

PLC市场概况：国产份额稳步提升

根据国际电工委员会（IEC）的定义，PLC是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字和模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。

一般来说，按照I/O点容量分类，PLC可以分为微型PLC（I/O点数为64点以下，内存容量为256B~1KB）、小型PLC（I/O点数为65~128点，内存容量为1~3.6KB）、中型PLC（I/O点数为129~1024点，内存容量为3.6~13KB）、大型PLC（I/O点数为1024点以上，内存容量为13KB以上）。也有一些超大型的PLC控制点数可达几万点、十几万点，甚至更高。一般来说，点数多的PLC，功能也相应较强。当然，这个划分标准并不十分严格，只是业界普遍这么来分类。

QYResearch的调研显示，2024年全球工业可编程逻辑控制器（PLC）市场规模大约为164.8亿美元，预计2031年将达到213.4亿美元，2025-2031期间年复合增长率（CAGR）为3.7%另据睿工业发布的数据，2021年至2023年，中国PLC销售数据稳步上升。2024年PLC整体市场规模有所下降，小型PLC和中大型PLC均出现销量下滑，这主要是受下游行业需求萎缩，以及2022年和2023年积压库存的影响。

尽管如此，我们观察到，PLC的国产化率在逐渐提升，小型PLC尤其明显。在国内整体PLC市场下滑的背景下，小型PLC市场中仍有一些厂商出现了逆势增长的态势，取得了销售额和市占率的双提升。比如信捷电气、汇川技术、台达和雷赛智能。其中，信捷电气在小型PLC市场份额占据国内第三、汇川技术第四、台达位列第五，雷赛智能作为驱动产品和PC-based产品市场的供应商，近年来才开始进军PLC市场，但其增速还不错。

图：中国小型PLC市场不同系别厂商分布（左）与中国小型PLC市场竞争格局（右）（数据来源：睿工业）

在中大型PLC市场，由于工艺复杂、用户对产品安全性和抗干扰性要求更高，外资品牌凭借领先的技术优势和完善的销售与服务网络，占据优势。在2024年，西门子、欧姆龙、三菱电机、AB等厂商是市场份额更高。其中前两家的合计市场份额就超过了51%。

图：中国中大型PLC市场不同系别厂商分布（左）与中国中大型PLC市场竞争格局（右）（数据来源：睿工业）

在中大型PLC市场，虽然国产厂商的市场份额提升相对缓慢，但已经处在扩展之中了。在电力、石油石化、钢铁冶金等关键领域，国产替代的需求极为迫切。以傲拓科技、宝信软件、和利时、中控技术等为代表的拥有中大型PLC的企业，凭借长期的技术积累和国产化替代的政策利好，已经在水利水电、船舶、冶金、轨道交通、石油石化等多个领域取得突破。另外，汇川技术的中型PLC近年来在光伏、锂电、手机等行业取得了突破；信捷电气依托在小型PLC市场优势向中型及大型PLC拓展，2024年已成功实现1000多万元的中型PLC销售额，并且计划今年下半年推出大型PLC产品。

目前，对于中大型PLC市场，国产厂商在短期内难以像小型PLC那样实现快速突破，还需要经历一定的市场验证周期。

PLC的基本构成单元与核心芯片

PLC通常是由多个模块组成的模块化系统，比如控制单元（通常称为中央处理单元，或者CPU）、过个输入/输出模块、存储器、电源模块、通信接口，以及其他功能模块（扩展模块）等。这些基本构成单元的正常运行都离不开各种类型的芯片。

控制单元（CPU）芯片：CPU作为PLC的核心，负责执行用户程序、处理输入信号、控制输出，以及进行各种运算和逻辑判断。CPU芯片的性能直接决定了PLC的处理能力和运行速度。常见的CPU芯片供应商包括Intel、AMD、TI、NXP、瑞萨、ST、ADI等国际半导体厂商，他们主要提供的工业级微处理器，以及近年来崭露头角的国产芯片厂商，例如华为海思、飞腾、龙芯等。比如，西门子S7-1200系列PLC就采用了SIEMENS CPU 1212C，这是一种32位微处理器，采用ARM Cortex-M3内核，主频为100MHz；西门子S7-200有采用TI生产的DSP芯片；三菱电机则有其自研的CPU模块，如FX5U系列和Q系列等。
存储器： 用于存储用户程序、数据、操作系统和工作数据等。主要包括ROM（只读存储器）用于存放系统程序、固件等；RAM（随机存取存储器）用于存放用户程序、数据、中间结果等，掉电会丢失；以及EEPROM或Flash存储器用于存储用户程序和数据，掉电不丢失，可重复擦写。
存储器芯片的供应商众多，国际厂商如美光、三星、SK海力士、Microchip、英飞凌、ST等，国内厂商有长江存储、长鑫存储、华邦电子、兆易创新、江波龙等。
输入/输出（I/O）接口模块 ：负责处理现场设备的输入信号（如传感器信号）和输出信号（如控制执行器）。需要的芯片包括数字量输入/输出芯片（比如按钮、限位开关、继电器等）、模拟量输入/输出芯片（ADC/DAC等）、光耦、接口驱动芯片等。
主要芯片供应商包括英飞凌、TI、ST、ADI、东芝、瑞萨电子等是主要的工业级I/O芯片供应商。这些厂商提供各种数字隔离器、ADC/DAC、电源驱动IC等。例如，英飞凌提供内置保护和智能功能的数字输入/输出（I/O）模块组件。国内厂商包括圣邦微、思瑞浦、艾为电子、纳芯微、上海贝岭、荣湃半导体等。
通信接口模块： 用于PLC与上位机、HMI（人机界面）、其他PLC或现场设备进行数据交换和网络通信。包括多种工业通信协议，比如Ethernet/IP、Profinet、Modbus、CANopen等。需要的芯片包括以太网控制器/收发器芯片、串行通信接口芯片、现场总线控制器/收发器芯片等。
主要的芯片供应商包括TI、英飞凌、瑞萨电子、ADI、Microchip、倍福等提供各种工业以太网和现场总线通信芯片。此外，国内半导体厂商近几年也出现了一些支持工业总线通信的产品，比如亚信电子、纳芯微、先楫半导体等都有相关产品。
电源管理模块： 负责为PLC各部分提供稳定可靠的电源。它通常将外部交流电源转换为PLC所需的低压直流电源，并具备过压、过流、短路保护等功能。需要的芯片包括DC-DC转换器、LDO、PWM控制器，以及MOSFET、IGBT等功率器件。
主要的芯片供应商包括TI、英飞凌、ST、ADI、瑞萨电子、Microchip、安森美等是主要的电源管理芯片和功率器件供应商。国内厂商如矽力杰、圣邦微电子、南芯科技、杰华特、晶丰明源、英集芯等也在电源管理芯片领域崭露头角。