请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告| 2021年07月28日工控系统行业报告：看PLC/D C S/SC A D A市场的中国机遇工业软件专题信息技术· 软件与服务证券分析师：熊莉xiongli1@guosen.com.cnS0980519030002 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容投资摘要智能制造升级迫在眉睫，工控系统软硬件是重中之重。当前制造业正在由自动化为代表的工业3.0向智能化为代表的工业4.0迈进，在人口老龄化，用工成本上升的趋势下，为了维护我国制造业支柱地位，智能制造升级是必然方向。以PLC、DCS、SCADA为代表的工控系统软硬件是制造业转型的核心，虽然国外厂商仍占据较大的市场份额，但国产替代已经开启。国家和各地方智能制造政策不断出台，推动工业互联网、智能制造转型升级。工控系统主要由PLC、DCS、SCADA构成。PLC是工控系统的重要基础，PLC、DCS与SCADA系统三者有融合的趋势。工业控制系统涵盖了数据采集与监控系统（SCADA）、分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）。PLC通常作为重要的底层控制部件应用在SCADA和DCS系统中，用于实现工业设备的具体操作与工艺控制。而SCADA侧重于各子系统数据监测，DCS则主要应用于流程工业，侧重于分散控制，也兼具了SCADA的功能。同时，随着工控自动化技术的进步，三者正呈现融合与集成的趋势。中国工控系统市场外资唱主角，国产替代空间较大。2020年中国PLC硬件市场规模约112亿人民币，中国PLC市场外资市占率近九成，主要以欧美系的西门子、罗克韦尔，以及日系的三菱、欧姆龙为主。目前本土品牌主要以提供小型PLC产品为主，大中型PLC基本被国外垄断，国产PLC替代空间极大。DCS市场2019年国内规模为87.4亿元，本土品牌主要以中控技术、和利时为主，外资品牌主要以艾默生、霍尼韦尔、西门子为主，市场份额正逐步被中控技术等国内厂商取代。2020年中国SCADA市场规模约124亿，目前国产品牌占比超60%，外资品牌主要以艾默生、ABB、霍尼韦尔等为主，但由于SCADA系统多数为电力与石油系统内企业自供，市场集中度相对较低。重点推荐宝信软件和中控技术。大型PLC市场中外商垄断99%市场，宝信历经十年研发，于2021年7月26日推出直面冶金高端装备工艺需求的大型PLC产品。产品性能指标已经可以媲美欧美厂商高端产品，且已在冶金行业多个高要求场景中应用，宝武集团对控制系统投资总量有望达到200亿，市场空间巨大，宝信力争3-5年进入国内冶金行业PLC第一阵营。中控技术是DCS市场龙头，在石化与化工领域优势显著；2020年市场份额提升至28.5%，连续十年以上保持第一。中控技术与万华化学等战略合作，致力于打造智能制造标杆项目，引领流程工业智能制造转型。风险提示：工业软件推广不及预期；国产替代缓慢；行业竞争加剧；工业4.0发展不及预期。 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容工控系统：PLC/DCS/SCADA01目录竞争格局：国产替代空间依旧显著03重点公司：宝信软件、中控技术04市场空间：工控自动化市场快速增长02 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生产控制类系统主要包括PLC、DCS和SCADA三大类工业控制系统（ICS，Industrialcontrolsystem）是各式各样控制系统类型的总称，是由各种自动化控制组件以及对实时数据进行采集、监测的过程控制组件，共同构成的确保工业基础设施自动化运行、过程控制与监控的业务流程管控系统。工业软件分为嵌入式软件（工业通信、汽车电子等）、研发设计类（CAX、PLM等）、生产制造类（MES、DCS等）、信息管理类(ERP、CRM等)。而生产制造类软件主要包括：生产控制类（PLC/DCS/SCADA）和制造执行类（MES）。工业控制系统涵盖了多种类型的控制系统，包括数据采集与监控系统（SCADA）、分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）。在ISA-95企业管理系统与控制系统集成的五层系统中，PLC属于Level1，而DCS属于Level1和Level2，而SCADA则属于Level2。图1：PLC/DCS/SCADA之间的定位资料来源：CSDN、国信证券经济研究所整理图2：ISA-95标准制造架构资料来源：国信证券经济研究所整理名称层级定位定义系统/产品划分SCADA调度管理层数据采集和监控系统系统DCS厂站管理层集散控制系统系统PLC现场设备层可编程控制器设备产品 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容PLC：工控系统中的重要底层控制部件PLC（ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器）是一种以微处理器为基础，集合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术的数字运算操作电子系统，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，将其存入PLC的用户程序存储器，运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC于上世纪60年代末研制出应用于汽车制造业，PLC是从摸仿原继电器控制原理发展起来的，70年代的PLC只有开关量逻辑控制，所以被命名为可编程逻辑控制器。PLC具有适用范围广、可靠性高、编程简单、使用方便等特点。PLC主要由CPU结构、存储器、I/O单元、电源模块、外部设备接口等部分组成。图3：PLC的产品结构资料来源：CSDN、国信证券经济研究所整理图4：西门子大型PLC产品S7-400系列资料来源：西门子、国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容图5：小型、中型和大型PLC简介资料来源：头豹研究院、国信证券经济研究所整理PLC：工控系统中的重要底层控制部件（续）PLC主要用于六大场景：（1）开关量控制；（2）模拟量控制；（3）运动控制；（4）数据采集；（5）信号监控；（6）联网和通讯PLC的种类可以根据I/O点数和结构形式进行划分：按照I/O点数进行分类，PLC可以分为小型、中型和大型三类；按照结构形式分类，PLC又可以分为整体式、模块式和叠装式三类。PLC类型I/O 点数存储容量特点应用场景小型PLC256 点以下4KB 以下体积小、价格低、功能相对单一适合于单台设备的控制中型PLC256 -2048 点2-8KB具有较强的通信功能和模拟量处理能力可应用于相对复杂的逻辑控制系统以及连续生产过程的控制系统中大型PLC2048 点以上8-16KB功能最广泛而强大，且具有较强的网络结构和通信联网能力主要应用于大型生产设备的自动化控制系统中图6：整体式、模块式与叠装式PLC简介资料来源：头豹研究院、国信证券经济研究所整理PLC类型定义特点适用场景整体式PLC将电源、存储器、CPU、I/O 接口等组成单元集成于一个机箱内的PLC具有体积小、集成程度高、结构紧凑、价格较低等特点小型PLC一般采用的是整体式结构模块式PLC将电源、CPU、I/O接口等组成单元以模块的形式组合而成的PLC装配较为方便、便于维护、可扩展性较强，可根据实际需要组装成不同规模的系统，配置模块式结构具有一定的灵活性模块式结构在大、中型PLC中应用较多叠装式PLC由CPU、电源、I/O 接口等组成单元以模块式结构的形式，但安装不用基板，仅用电缆进行单元间联接，且各单元可以一层层地叠装既能够保证PLC 结构灵活配置的特点，又能保持其结构的紧凑性/ 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容DCS：是流程工业控制系统的核心DCS（DistributedControlSystem，集散控制系统）是以微处理器为基础，采用分散控制、集中显示、分而自治、综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。DCS采用集中监控的方式协调本地控制器以执行整个生产过程，将各个分站进行数据交流和整合，完成满足客户需求的控制。DCS是流程工业控制系统的核心，它采用控制分散、管理集中的设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式，主要应用于基于物理和化学变化生产、加工过程属于连续系统的流程工业领域。DCS由输入输出模块、通信模块、控制器和人机界面组成，用于实现对生产过程的数据采集、控制和监视功能。DCS主要由三站一线组成：工程师站、操作员站、现场控制站、系统网络。工程师站对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络接点。操作员站处理一切与运行操作有关的人机界面功能的网络节点。现场控制站是DCS的核心，对现场I/O处理并实现直接数字控制（DDC）功能的网络节点。系统网络是连接系统各个站的桥梁，由于DCS是由各种不同功能的站组成的，这些站之间必须实现有效的数据传输，以实现系统总体的功能。图7：DCS系统的内部结构资料来源：中国工控网、国信证券经济研究所整理图8：中控技术ECS-700型号DCS系统资料来源：中控技术、国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容SCADA：重点在于数据采集与监控处理SCADA:（SupervisoryControlAndDataAcquisition，监测控制和数据采集系统），是以计算机为基础的实时分布式系统，可对现场设备进行远程控制和监控，并为安全生产、调度、管理、优化和故障诊断提供依据。SCADA系统的设计用来收集现场信息，将这些信息传输到计算机系统，并且用图像或文本的形式显示这些信息。SCADA系统重点突出数据采集和监控处理。SCADA系统集成了数据采集系统、数据传输系统和HMI软件，以提供集中的监视和控制，以便进行过程的输入和输出。可以应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。SCADA系统主要由监控中心、通讯系统和数据采集系统三部分组成。上位机与下位机由通讯系统连接，上位机定位监控中心，主要负责监控，下位机主要由PLC、RTU、现场仪表、现场人机界面等组成，主要负责控制。图9：SCADA系统硬件架构资料来源：Logrhythm、国信证券经济研究所整理图10：ABB的Micro SCADA X SYS600C产品资料来源：ABB、国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容三者对比：PLC/DCS/SCADADCS与SCADA是一种控制“系统”，PLC只是一种控制“装置”。在工业自动化和控制系统的结构中，PLC作为重要的底层控制部件，通常应用在SCADA和DCS系统中，用于实现工业设备的具体操作与工艺控制，PLC控制系统重要的基础。DCS与SCADA侧重点不同。SCADA侧重于各子系统数据监测，SCADA主要用于控制点分散，比如天然气的长输管道、电力调度系统等等。DCS侧重于分散控制，也兼具了SCADA的功能。基本上，在一些生产企业会包含3种系统，SCADA作为生产管理级上位监控，DCS实现复杂控制，而PLC实现单机及简单控制。图11：PLC/DCS/SCADA三者间的对比资料来源：CSDN、国信证券经济研究所整理PLC系统DCS系统SCADA系统重要特点逻辑控制功能强，用于数字量、开关量的控制利用局域网对控制回路进行集中监视和分散控制,用于连续变量、多回路的复杂控制利用远程通信技术将地理位置分散的远程测控站点进行集中监控地理范围地理位置集中地理位置集中（如工厂或以工厂为中心的区域）地理位置高度分散应用领域工业自动化（如生产线等）过程控制行业（如发电、炼油、食品和化工等）远程监控行业，如石油和天然气管道、电力电网、轨道交通运输系统（含铁路运输系统与城市轨道交通系统）通用技术局域网技术局域网技术广域网、广播、卫星和电话或电话网等远程通信技术规模大小/控制回路复杂，测控点数多大规模系统，现场站点多 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容工控系统：PLC/DCS/SCADA01目录竞