智能制造時代來臨，控制器是自動化的核心，工業(yè)機器人將成為控制器下游利潤重要增長點

控制系統(tǒng)作為工業(yè)自動化的大腦，在智能制造的大潮下得以迅速發(fā)展，全球運動控制器市場規(guī)模到2022年預計將達到228.4億美元。工業(yè)機器人是控制器新興下游，2016年在專用控制器、PC-based控制器市場占比已達13.93%、10.50%?？刂破髯鳛楣I(yè)機器人核心零部件，在總成本中占比12%。未來工業(yè)機器人市場持續(xù)擴張將使控制器需求進一步擴大，據估算2020年我國工業(yè)機器人控制器市場規(guī)?？蛇_63億元。

1.1控制器是自動化的核心

工業(yè)過程大致分為連續(xù)過程工業(yè)、離散過程工業(yè)、間隙過程工業(yè)三大類。1930年以來，工控技術經歷了三個主要階段。

圖表1工控發(fā)展歷程資料來源：公開資料整理、廣證恒生

目前工業(yè)控制屬于直接數(shù)字控制（DDC），即由計算機集中控制系統(tǒng)。通常使用的控制系統(tǒng)包括集散控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS），二者主要區(qū)別在于DCS一對多，F(xiàn)CS一對一。

圖表2計算機集中控制系統(tǒng)可分為集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

工業(yè)控制系統(tǒng)一般包括現(xiàn)場控制器、操作員站計算機、工程師站計算機，以及聯(lián)系的網絡系統(tǒng)?？删幊踢壿嬁刂破鳎?a href="http://www.connectcrack.com/p/plc/" target="_self">PLC）等同于工業(yè)控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場控制器。PLC負責協(xié)調生產線上所有工業(yè)機器人、工裝夾具、傳送帶、焊接變位機、移動導軌等設備的運作。無論是工業(yè)控制系統(tǒng)或是系統(tǒng)下的工業(yè)機器人，都擁有本身的控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)上游包括各類電子元器件，如PCB面板、IC芯片、晶體管、電阻電容等，中游核心部件包含運動控制器、伺服驅動器、伺服電機等，下游運用于工業(yè)機器人、半導體、機床等各行各業(yè)。目前控制器有三種主要的控制方式：PLC控制、專用控制、PC-based控制，三種方式在控制系統(tǒng)市場上平分秋色，各占比30%、38%、32%。

從三種工業(yè)控制器下游分布可看出，專用控制主要運用于機械、工業(yè)機器人等，PC-based控制器主要運用于半導體、包裝和工業(yè)機器人，PLC主要運用于紡織機械、包裝機械、EMS等行業(yè)。PC-based相較PLC在功能占優(yōu)，可實現(xiàn)更為復雜的運動控制，下游廠商可利用PC-based廠商提供的底層函數(shù)庫進行靈活的二次開發(fā)和編程，除了傳統(tǒng)的PLC語言，開發(fā)者更可以C++、Basic等語言進行編程，通用性強。

專用控制器早期主要用于機床領域，即計算機數(shù)字控制系統(tǒng)（CNC,ComputerizedNumericalControl），隨后在機械、工業(yè)機器人等行業(yè)大范圍使用，是面向特定行業(yè)提供專用的控制產品。專用控制器集成現(xiàn)有的所有控制器技術，包括PLC、PC-based，核心不在硬件，而在于行業(yè)應用軟件功能塊，這種類型的控制器只能滿足特定行業(yè)使用，性能穩(wěn)定，定價高。

控制領域包括運動控制、過程控制、開關量邏輯控制等，其中運動控制占比最高。三類控制器中，運動控制在專業(yè)控制器的占比最高，預計到2020年，運動控制功能在PC-based控制器、專用控制器、PLC控制領域的比重將分別達到59%、92%、27%，其中專業(yè)控制器和PC-based控制器控制領域中運動控制的比例將顯著提升。在一些運動控制運用領域中，專用控制器或者PC-based將替代PLC，PLC的市場占比在減少。比如專用控制器在傳統(tǒng)切削機床、高端工業(yè)機器人中發(fā)展較快；PC-based在雕刻機、半導體、物流、激光加工機等運用領域增長較快。

汽車、半導體行業(yè)對工業(yè)機器人需求的增加，以及陶瓷衛(wèi)浴、制藥等新興行業(yè)對工業(yè)機器人的使用刺激了PC-based運動控制器在機器人領域的快速發(fā)展。另外由于直角坐標機器人和國產品牌的多關節(jié)機器人功能簡單、價格便宜，越來越多的廠商會選擇性價比較高的PC-based運動控制器。

1.2工業(yè)機器人是控制器的重要下游領域

工業(yè)機器人是控制器的重要下游領域在自動化生產中，工業(yè)機器人整體，包括自有控制器，屬于PLC控制下的一個部分，而且自有的控制器通常屬于專業(yè)控制器或PC-based控制器，兩種控制器技術共用，主要差別在于對應用領域是否專業(yè)化。

控制器作為工業(yè)機器人最為核心的零部件之一，是工業(yè)機器人的大腦，對機器人的性能起著決定性的影響。工業(yè)機器人控制器主要控制機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡，操作順序及動作的時間等。

對于不同類型的機器人，如有腿的步行機器人與關節(jié)型工業(yè)機器人，控制系統(tǒng)的綜合方法有較大差別，控制器的設計方案也不一樣。例如直角坐標機器人售價低，運動控制相對簡單，多采用運動控制卡+工控機；在多關節(jié)機器人和SCARA機器人售價高，結構緊湊，運動控制較為復雜，多采用嵌入式控制器。

目前使用較為廣泛的為運動控制卡+工控機和嵌入式運動控制器，控制器的研發(fā)可分為硬件和軟件兩部分，在工業(yè)機器人控制硬件研制方面，已經開發(fā)出了比較有代表性的雙、多CPU及分級控制系統(tǒng)。其中，基于DSP技術的工業(yè)機器人控制器的設計較為典型。軟件部分是工業(yè)機器人的“心臟”，也是目前國內外控制器差距最大的地方。

1.3機器人市場擴張帶動控制器需求上漲

機器人市場擴張帶動控制器需求上漲工業(yè)機器人密度實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，千億市場蓄勢待發(fā)。隨著人口紅利消退和產業(yè)升級需求擴張，中國制造業(yè)對工業(yè)機器人的需求旺盛。自2013年起，我國發(fā)展成為全球工業(yè)機器人的第一大市場。2018年我國工業(yè)機器人市場規(guī)模達到62.3億美元，占全球市場的37.04%。根據國家級專項規(guī)劃《機器人產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年》，2020年我國工業(yè)機器人使用密度達到150臺/萬人。

假設到2020年目標能夠實現(xiàn)，預計2018-2020年我國工業(yè)機器人使用密度分別為109、129和150臺/萬人，同時假設我國工人數(shù)量保持穩(wěn)定，每年存量工業(yè)機器人更新率為12.5%?？紤]工業(yè)機器人售價降低的情況，我們預計2020年我國工業(yè)機器人本體市場規(guī)?？蛇_到459億元，2018-2020年我國工業(yè)機器人本體市場規(guī)?？傆嬁蛇_千億元以上。

控制器屬于工業(yè)機器人上游生產核心零部件，其他核心零部件包括減速器和伺服系統(tǒng)。核心零部件占工業(yè)機器人成本的72%，其中控制系統(tǒng)占比12%。

可以預見，未來幾年中國工業(yè)機器人市場將持續(xù)擴張，伴隨而來的是對控制器日益增長的需求。據IFR數(shù)據顯示，假設每臺工業(yè)機器人對應3萬元的控制器市場需求，可以大致估算出我國近年來的工業(yè)機器人控制器市場規(guī)模，2020年我國工業(yè)機器人控制器市場可達63億元，現(xiàn)有空間有限，但前景廣闊。

文章數(shù)據來源：廣證恒生