流程工业自动化行业研究报告:国产替代提速、新兴市场涌现

流程工业主要是通过对原材料进行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学工艺, 使原材料增值,典型行业如石化、化工。离散工业主要是通过对原材料的物理形 状进行改变和组装,获得最终产品,典型行业如机械、包装。 流程工业自动化是工业自动化重要场景之一,通常使用过程自动化方案。工业 自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下,按预期的目标实 现信息处理和过程控制的统称。工业自动化系统可以分为过程自动化(PA, Process Automation)和工厂自动化(FA, Factory Automation)。过程自动化主要 控制系统是 DCS(Distributed Control System,集散控制系统),配合自动化仪表, 控制流程工业的生产过程,实现自动加工和连续生产,提高流程工业的生产效率。 工厂自动化则主要使用 PLC(Program Logic Control,可编程逻辑控制器)与伺 服系统,控制制造业的加工过程,提高机械制造和组装效率,主要用于离散工业。

流程工业自动化系统自上而下分为管理层、控制层、感知层,其中: 管理层主要包括企业资源管理、资产管理、能效管理、生产过程管理等网络 操作系统。 控制层主要由通信网络、控制站、操作站等构成。控制系统是控制层的核心, 一般可分为集散控制系统(DCS)、安全仪表系统(SIS)和网络化控制系统。其中,DCS 系统用于实现流程工业生产过程的自动控制和监视管理, SIS 系统保障工厂的安全运行,网络化混合控制系统融合 DCS 系统、逻辑控 制器以及分布式控制单元,实现管控一体化。 感知层主要由安装在生产现场的各种自动化仪表组成。自动化仪表是指安装 在工业生产现场的,用于测量压力、流量、温度、物液位等工艺参数或控制 的仪表。 管理层、控制层、感知层协同作用实现流程工业的自动化,其中管理层主要负 责生产规划、生产监控和生产调度;控制层担负生产信息分析、故障诊断、生产 指令发布、生产管理等;感知层的主要作用是采集现场数据,并将生产现场的信 息传送给控制层,或执行控制层的指令。

2021 年中国工业自动化部件市场规模 2923 亿元,同比增速达 16.8%。根据 MIR 睿工业,工业自动化部件包含控制及显示、网络和电源、运动控制、驱动产品、 传感器、过程测量仪表、执行机构、工业元器件、工业软件等。2021 年,我国 工业自动化部件市场规模为 2923 亿元,同比增长 16.83%,2017-2021 年复合增 速达 5.92%,预计 2022 年我国自动化市场规模将达到 3196 亿元,同比增速为 9.34%。

工业自动化分为 OEM(Original Equipment Manufacturer,原始设备制造商) 和 EU(End User,终端用户)两大类市场。其中,OEM 市场主要是离散工业相关 行业组成,如 3C、锂电、半导体、机床、机械等行业,EU 市场主要是流程工业 相关行业组成,如化工、冶金、石油、电力等。我们可以通过 EU 市场规模和增 速推算流程工业自动化市场的大致情况,根据 MIR 睿工业数据,2021 年我国 EU 市场规模为 1721 亿元,同比增长 10.32%,2017-2021 年复合增速达 4.04%。

2021 年流程工业自动化各细分板块增速较高。根据中国工控网数据,2021 年高 级传感器和通用传感器增长最快,分别实现同比增速 38%、35%。DCS 作为实现 流程工业自动化不可或缺的控制系统,2021 年同比增长 18%。此外,压力、温 度、液位、流量仪表分别同比增长 20%、18%、16%、22%,水质分析仪与气体 分析仪分别同比增长 15%、16%,调节阀同比增长 13%,增速均较高。

流程工业自动化下游分布较为集中,化工、电力、石化三大行业合计占比超 80%。我们以 DCS 系统观察流程工业自动化下游分布情况,根据华经产业研究 院数据,2021 年 DCS 系统下业中,化工、电力、石化行业分别占比 37.24%、 23.63%、19.43%,合计占比达 80.3%,分布较为集中。

2017-2021 年间石化、化工、冶金自动化市场规模增速较快。参考中国工控网统 计的项目型市场各行业自动化市场规模增速,2017-2021 年,石化行业自动化市 场增速最高,约 20%,冶金、化工行业增速也相对较高。单看 2021 年,化工行业自动化市场增速最高,约 25%,冶金、矿业、公共设施、石化行业增速也相对 较高。

2.1、自动化仪表:流程工业自动化感知层,分测量、控制、执行、显 示四类

从行业分类看,自动化仪表行业属于仪器仪表行业,工业自动控制系统装置制 造分支。据上海仪器仪表行业协会统计数据,2019-2021 年仪器仪表行业的主营 业务收入规模逐渐提升,由 2019 年 7243 亿元增加到 2021 年 9101 亿元,年复合 增长率为 12.1%。其中,工业自动控制系统装置制造行业营收由 2019 年 2512 亿 元提升至 2021 年 3685 亿元,年复合增长率达 21.1%,增长更快。

从流程工业自动化系统角度看,自动化仪表位于感知层,可分为测量仪表、控 制仪表、执行器、显示仪表。在流程工业自动化生产过程中,检测仪表能够测量 温度、压力、流量、物位以及物料的成分、物性等工艺参数,并将被测参数的大 小成比例的转换成电的信号(电压、电流、频率等)或气压信号,变送器负责将 传感器输出的非标准电信号或直接测量的非电量转换成标准电信号;显示仪表能 将从检测仪表获取的信息指示或记录下来;控制仪表在接收到检测仪表的测量信 号后,经过放大、积分、微分等运算,向执行器发出调节信号;执行器在接收到 控制仪表或操作人员的指令后,能够通过执行机构带动阀门运动,进而实现对于 生产过程的闭环控制。借助工业自动化仪表,能够实现在任何时刻准确了解工艺 过程的全貌,并进行控制,进而保证生产过程顺利进行,并以高的生产率、小的 消耗生产出合格的产品。

在化工行业的锅炉设备自动控制场景中,锅炉主要用来产生蒸汽,提供热源或动 力源。锅炉由两大部分组成,第一部分为燃烧系统,由送风机、空气预热器、燃 料系统、燃烧室、烟道、除尘器和引风机等组成;第二部分为蒸汽发生系统,由 给水系统、省煤器、汽包和过热器等组成。工作时,燃料和空气按一定比例送入 燃烧室燃烧,产生的热量传递给水冷壁和汽包底部,产生饱和蒸汽。燃烧过程产 生的烟气,经烟道将剩余的热量传递给过热器产生过热蒸汽,传递给省煤器和空 气预热器预热给水和空气,然后经除尘由引风机送往烟囱,排入大气。

汽包水位控制是锅炉设备自动控制的核心任务,基本测量指标包含液位和蒸汽 流量。保持汽包水位稳定在一定范围内是锅炉安全、稳定运行的首要条件。汽包 水位过高,将使产生的饱和蒸汽带液,使得过热器温度急剧下降和管壁结垢,严 重时会损坏过热器。汽包水位过低,当负荷很大时,汽化速度很快,如不及时调 节,汽包内的液体将全部汽。

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注