世界仪器仪表及自动控制系统产业发展动态优质资料.doc
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1、世界仪器仪表及自动控制系统产业发展动态优质资料(可以直接使用,可编辑 优质资料,欢迎下载)世界仪器仪表及自动控制系统产业发展动态来源:上海仪器仪表2021.2 上传日期:2021-7-30 点击率:197 次字号大小:大中小复制链接我要留言仪器仪表及自动化控制系统应用领域广泛,覆盖了工业、农业、交通、科技、环保、国防、文教卫生、人民生活等各方面,在国民经济建设各行各业的运行过程中发挥着不可替代的作用。目前,现代仪器仪表的发展水平,已成为一个国家科技水平和综合国力的重要体现。仪器仪表自动化控制系统产业地位特殊,对国民经济的拉动作用大,有着良好的市场前景和巨大的发展潜力。为此,世界发达国家都高度重
2、视和支持本国仪器仪表及自动化控制系统产业的发展。美国一直以来对仪器仪表产业发展很重视和支持,将仪器仪表纳入信息技术产业并采取优先发展的政策;日本科学技术厅把测量传感器技术列为21世纪首位发展的技术;德国大面积推广应用自动化测控仪器系统;欧盟第三个科技发展总体规划中将测量和检测技术列为15个专项之一。一、世界仪器仪表及自动控制系统产业总体发展综述(一)产业持续增长,产业集中度较高近年来,世界仪器仪表及自动化控制系统产业持续增长。以世界分析仪器产业发展为例,据国际战略方向公司(Strategic Directions International,Inc)出版的权威刊物仪器市场展望(Instrume
3、nt Business Outlook,IBO)数据显示,世界分析仪器产业的产值从2002年的260亿美元增加到2007年的360亿美元,年复合增长率为6.7。2021年世界分析仪器产业仍保持增长态势,产值约为370亿美元。预计到2021年该产业产值将达到490亿美元。同样,近几年世界传感器市场也保持稳步发展的态势。据Intechn咨询公司数据,2005-2021年世界传感器市场年平均增长率约为4.5;2021年世界传感器市场容量约为506亿美元;预计2021年世界传感器市场规模可达600亿美元以上。再看自动化控制系统产业,据Datamonitor 2021年9月发布的数据显示,2007年世界
4、自动化控制系统产业(包括集散控制系统(DCS)和可编程控制器(PLC)两大部分,不包括基于PC的工业控制系统和软件)市场规模约为153亿美元,较2006年大幅增长87(见图1);2003-2007年年复合增长率为56。其中,2007年集散控制系统(DCS)市场规模为81亿美元,占世界控制系统产业市场规模的比例为53.2;可编程控制器(PLC)市场规模为72亿美元,所占市场份额为46.8。就地区分布来看,2007年,美洲、欧洲和亚太地区自动化控制系统产业市场规为40亿美元、62亿美元和51亿美元,占世界自动化控制系统产业市场规模的比例分别为26.3%、40.7和33.1。受全球金融危机影响,20
5、21年世界自动化控制系统产业增长趋缓,产值约为161亿美元,较2007年增长5.2%。Datamonitor预计,未来几年世界自动化控制系统产业发展继续趋缓,2021-2021年年复合增长率约为4.0,至2021年产业市场规模将达188亿美元(见表1)。目前,世界仪器仪表及自动控制系统产业集中度较高。在分析仪器产业领域,前50强企业产值约占行业总产值的75。自动化控制系统领域,集散控制系统主要集中在欧美日发达国家的几家大公司,如瑞典ABB公司,美国艾默生(Emerosn)、霍尼韦尔(Honeywell)、福克斯波罗(Foxboro)、西屋(Westinghouse),日本横河电机(Yokoga
6、wa)、日立(Hitachi),德国西门子(Siemens)等;可编程控制器生产厂家主要为美国通用电气(GE)、莫迪康(Modicon,现为法国施耐德电气下属子公司)、德州仪器(Texas Instruments,TI),德国西门子(Siemens),法国施耐德电气(Schneider E1ectric),日本三菱电机(Mitsubishi Electric),欧姆龙(Omron)等。可编程控制器前5强产值约占市场总值的2/3。 (二)仪器仪表技术向微型化、智能化、网络化、虚拟化方向发展资料来源:Datamonitor表1 2021-2021年世界自动化控制系统产业市场规模及年增长率年度市场规
7、模(10亿美元)年增长率(%)2021 16.1 5.2 2021 16.9 5.0 2021 17.6 4.5 2021 18.2 3.3 2021 18.8 3.0 年复合增长率(2021-2021) 4.0 资料来源:Datamonitor当今,仪器仪表的研制和生产趋向微型化、智能化、网络化和虚拟化。仪器仪表的研究尺度已深入到微、纳米领域,微小型稳定可靠的仪器大量涌现,如微流控制芯片、芯片实验室、微近红外光谱仪等。应用微电子机械系统(MEMS)的微型仪器广泛应用于生命科学、环境科学、航天、生物医疗、汽车工业、军事、工业控制等领域。微处理器和人工智能技术的发展促使仪器仪表产品智能化,具有传
8、统仪器所不能比拟的优点。随着仪器仪表产品进一步与微处理器、微控制器、DSP芯片级嵌入式系统以及嵌入式软件融合,仪器仪表的智能化水平将不断得到提高。由于仪器的自动化、智能化水平的提高,多台仪器联网已推广应用,虚拟仪器、三维多媒体等新技术开始实用化。例如一个大型水电站的测控系统,仅检测大坝安全性的传感器就达数千个,各个发电机组状态及水位情况的检测控制点(I/O测控点)超过万点,将各个测控点的测控装置形成一个有机的测控网络系统后,就能使该水电站正常发电和送电。(三)控制系统正向现场总线方向发展由于3C(Computer、Control、Communication)技术的发展,控制系统将由集散控制系统
9、(DCS)发展到现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS)。现场总线控制系统(FCS)作为一种双向串行多节点的数字通信系统,有很多DCS无法比拟的优点,有专家预言FCS将取代DCS。虽然以现场总线为基础的FCS发展很快,但是由于技术上、标准上以及经济性等多方面的原因,FCS不可能在短时问内完全取代DCS,同时传统控制系统的维护和改造还需要DCS,而且DCS本身也在不断的发展与完善。可以肯定的是,结合DCS、工业以太网、先进控制等新技术的FCS将具有强大的生命力。在未来的发展中,DCS与FCS集成,充分发挥DCS的监控、管理和决策功能以及FCS的现场智能仪表的控制
10、和通信功能,实现生产过程控制的彻底分散化、网络化,将使系统配置达到最优,实现完整的控制、管理网络架构。(四)企业向大型综合化发展,企业间兼并重组加剧工业发达国家企业集团联合的浪潮,在仪器仪表制造业中也相继展开,世界上主要的仪器仪表厂商进行了新一轮的成本削减和重组,一些财力雄厚的厂商为了扩展实力,争夺市场份额或垄断市场,开始收购有名或不知名的生产企业,成为更强大的综合性工业集团。例如,由美国热电(Thermo Electron)公司和飞世尔科学(Fisher Scientific)公司于2006年合并成立的美国赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)公司近两年在企业兼并
11、重组上又有大手笔,2021年先后并购了美国Open Biosystems公司、美国Affinity BioReagents(ABR)公司、英国Raymond A.Lamb公司,2021年又收购澳新地区仪器供应商Biolab和德国BRAHMS公司,大大巩固了其在仪器仪表及科学服务领域中的龙头地位。美国安捷伦科技(Agilent Technologies)公司2021年先后收购德国TILL Photonics公司、台湾地区威华电子(Escort Instruments Corp)和美国RVM Scientific公司,2021年又收购美国瓦里安(Varian)公司,实现强强联合。此外,全球最大的自
12、动测试设备供应商之一美国泰瑞达(Teradyne)公司2021年先后收购了美国Nextest Systems公司和美国Eagle Test Systems公司;世界领先的半导体体自动化测试设备制造商日本爱德万(Advantest)公司于2021年6月收购了欧洲科利登系统公司 (Credencs System);美国英杰生命技术(Invitrogen)公司2021年6月收购美国科学仪器制造商应用生物系统(Applied Biosystems)公司后,于当年11月份组建成立新公司生命科技公司(Life Techno1ogies Corporation,LIFE);等等。二、主要产品市场及技术发展动
13、态 (一)自动化控制系统自动化控制产品广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保等各行各业。目前应用广泛的自动化控制系统主要有集散控制系统(DCS)和可编程控制器(PLC)。集散控制系统(DCS)是一种分布式控制系统,从传统的仪表盘监控系统发展而来,面向大型工业生产领域。它适用于电力、化工等行业连续性生产过程的监视与控制,强调连续过程控制精度,可实现PID,前馈、串级、多级、模糊、自适应等复杂控制,适用于工艺过程复杂、被控设备多、控制点数庞大的系统。可编程控制器(PLC)是一种控制装置,从传统的继电器回路发展而来,面向一般工业控制领域。它的发展基于制造业的现场设备控制需
14、求,强调开关量逻辑控制,适用于小型自控场所。 1集散控制系统(DCS) (1)受金融危机影响市场规模增长趋缓据国际知名的自动化咨询公司美国Automation Research Corp(ARC)公司2021年8月发布的报告数据显示,得益于服务领域的创收,集散控制系统(DCS)市场表现较好,2007年世界集散控制系统(DCS)市场规模继续保持较快速度增长,达150亿美元,较2006年增长13。其中,系统集成服务和运营服务创收之和占整个集散控制系统(DCS)市场规模的50以上,超过硬件和软件创收之和(见图2)。据ARC公司2021年7月份发布的最新数据,2021年以来的全球金融危机对世界集散控制
15、系统产业的影响逐渐显现,2021年之前世界集散控制系统(DCS)市场所经历的爆发式增长随着全球经济危机的到来而结束。ARC修正了2021年发布的20072021年世界DCS市场10左右的年复合增长率,而调整为20212021年的3。目前,亚洲是世界集散控制系统市场快速增长最大的推动因素,其次为中东、东欧和拉丁美洲,而北美和西欧则呈现放缓迹象。这是因为亚洲、东欧、中东和拉丁美洲地区的资本投入和大型基础建设项目的增加,极大地驱动了DCS市场的发展。而北美、西欧和日本的市场需求主要来自老旧控制系统的现代化改造。亚太地区中,增长最快的国家是中国,其次是印度和东南亚地区的国家。增长的原因主要得益于以上这
16、些国家基础设施工业如炼油、化工、电力、油气、能源以及制药等行业投资项目的增加促进该国自动化工业的发展,从而导致对集散控制系统的需求大增。据ARC预测,20212021年亚洲地区的DCS市场规模占全球DCS市场规模的比重最大,约为20左右。图2 2007年世界集散控制系统(DCS)市场规模分布图资料来源:Automation Research Corp(ARC) (2)国内外集散控制系统(DCS)主要生产商概况目前,DCS的主要生产厂家集中在欧美日等发达国家,如瑞典ABB公司,美国艾默生(Emerosn)、霍尼韦尔(Honeywell)、福克斯波罗(Foxboro)、西屋(Westinghous
17、e),日本横河电机(Yokogawa)、日立(Hitachi),德国西门子(Siemens)等。2021年ABB公司继续保持全球DCS市场规模第一的位置。我国DCS发展较晚,大约在20世纪80年代末才开始研发。先后出现了以上海新华控制技术集团、北京和利时系统工程股份、浙大中控和山东鲁能控制为代表的,具有自主知识产权的DCS供应商,他们多是在大学或科研院所创办企业的基础上发展起来的,目前已具有较强的竞争能力,占据了国内相当多的市场份额。 (3)集散控制系统(DCS)进入第四代,充分体现信息化和集成化受信息技术(网络通信技术、计算机硬件技术、嵌人式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技
18、术等)发展的影响,以及用户对先进的控制功能与管理功能需求的增加,各DCS厂商(以艾默生、霍尼韦尔、福克斯波罗、横河电机、ABB为代表)纷纷提升DCS系统的技术水平,并不断地丰富其内容,目前集散控制系统(DCS)已经进入第四代。霍尼韦尔公司推出的Experion PKS(过程知识系统)、艾默生公司的PlantWeb(Emerson Process Management)、福克斯波罗公司的A2、横河电机公司的R3(PRM工厂资源管理系统)、ABB公司的Industrial IT系统等都是第四代DCS的代表,国内的和利时公司也推出了自己的第四代DCSMACSSmartpro系统。第四代DCS的体系结
19、构主要分为4层结构:现场仪表层、控制装置单元层、工厂(车间)层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供除企业管理层之外的3层功能,而企业管理层则通过提供开放的数据库接口,连接第三方的管理软件平台(ERP、CRM、SCM等)。所以说,第四代DCS主要提供工厂(车间)级的所有控制和管理功能,并集成全企业的信息管理功能。第四代DCS的最主要标志是两个“I”开头的单词:Information(信息)和Integration(集成)。信息化体现在各DCS系统已经不是一个以控制功能为主的控制系统,而是一个充分发挥信息管理功能的综合平台系统。DCS提供了从现场到设备、从设备到车间、从车间到工厂、从工厂到企业集团
20、的整个信息通道。这些信息充分体现了全面性、准确性、实时性和系统性。 DCS的集成性则体现在两个方面:功能的集成和产品的集成。过去的DCS厂商基本上是以自主开发为主,提供的系统也是自己的系统。第四代DCS更强调系统集成性和方案能力,DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外,还集成了可编程控制器(PLC)、采集发送器(RTU)、现场总线控制系统(FCS)、各种多回路调节器、各种智能采集或控制单元等。此外,各DCS厂商不再把开发组态软件或制造各种硬件单元视为核心技术,而是纷纷把DCS的各个组成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如,多数DCS厂商自己不再开发组态软件平台,而转入采用兄弟公司
21、(如Foxboro用Wonderware软件为基础)的通用组态软件平台,或其他公司提供的软件平台(Emerson用Intellution的软件平台做基础)。此外,许多DCS厂家甚至I/O组件也采用OEM方式,如Foxboro采用Eurothem的I/O模块,横河的R3采用富士电机的Processio作为I/O单元基础,Honeywell公司的PKS系统则采用Rockweell公司的PLC单元作为现场控制站。 (4)集散控制系统(DCS)广泛应用于大型工业领域随着现代化的生产工艺系统日趋大型化、复杂化,需要检测和控制的参数大量增加,使得传统的仪表控制系统显得难以胜任。因此,一般大型工业项目都采用
22、DCS实现自动控制。下面以DCS在热电厂的应用为例作个简单介绍。在热电厂中,热工自动化在新建机组和老机组改造中广泛采用了集散控制系统(DCS)实现对机、炉的监控,其控制水平有了很大的提高。就以往建设情况来看,以DCS控制为主。一些小车问(如水处理车间)的控制采用可编程控制器(PLC)系统加以辅助控制是电厂在热工控制方面比较常见的模式。电厂主厂房内锅炉、汽机、除氧给水等系统的控制连锁比较复杂,模拟量较多,控制点数也比较多,多采用DCS控制系统。厂房外的一些小车间,设备相对比较独立,多是一些泵的启停,点数较少,并以开关量为主,多采用小型PLC制系统就能满足控制要求,设计成本也较低。对于目前新建的小
23、型电厂,更倾向于现场总线系统(FCS)的应用。在DCS控制系统的基础上包含FCS的功能。FCS作为一种双向串行多节点的数字通信系统,有很多DCS无法比拟的优点。在未来的发展中,DCS与FCS集成,将充分发挥DCS的监控、管理和决策功能以及FCS的现场智能仪表的控制和通信功能,实现生产过程控制的彻底分散化、网络化,使系统配置达到最优,实现完整的控制、管理网络架构。 (5)中小型集散控制系统(DCS)需求日益扩大以前集散控制系统(DCS)主要应用于石油、化工、钢铁等行业的大型企业,而众多的中小型企业相对而言资金比较紧张,也没有必要上很大规模的DCS,但却迫切需要进行技术改造,提高控制系统的自动化程
24、度,同样需要适合的中小型DCS系统。因此,中小型DCS市场具有很大的开拓空间。中小型DCS同大型DCS相比,可靠性要求没有那么高,甚至可不要冗余;灵活性也较大,完全没有必要像大型DCS那样占用专门的监控室。为了占据中小型系统市场,目前,国内外不少著名的DCS公司都推出了自己的中小型DCS,如Honeywell公司的PlantScape SCADA,国内和利时公司的FOCS等。2可编程控制器(PLC)(1)2021年市场规模遭遇低谷近年来亚洲及东欧经济的快速发展推动各领域制造企业纷纷投资扩大产能,生产的快速发展带来了世界可编程控制器(PLC)以及各种自动化产品和服务的健康增长。据ARC 2021
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