工业机器人控制器国产替代加速

▌控制器是自动化的核心 工业过程大致分为连续过程工业、离散过程工业、间隙过程工业三大类，随着工业自动化技术的发展，三类工业过程衍生出过程控制、离散控制和间隙控制。1930年以来，工控技术经历了三个主要阶段。

目前工业控制属于直接数字控制(DDC)，即由计算机集中控制系统。通常使用的控制系统包括集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)，二者主要区别在于DCS一对多，FCS一对一。 工业控制系统一般包括现场控制器、操作员站计算机、工程师站计算机，以及联系的网络系统。可编程逻辑控制器(PLC)等同于工业控制系统中的现场控制器。 PLC负责协调生产线上所有工业机器人、工装夹具、传送带、焊接变位机、移动导轨等设备的运作。无论是工业控制系统或是系统下的工业机器人，都拥有本身的控制系统。

控制系统上游包括各类电子元器件，如PCB面板、IC芯片、晶体管、电阻电容等，中游核心部件包含运动控制器、伺服驱动器、伺服电机等，下游运用于工业机器人、半导体、机床等各行各业。 目前控制器有三种主要的控制方式:PLC控制、专用控制、PC-Based控制，三种方式在控制系统市场上平分秋色，各占比30%、38%、32%。 从三种工业控制器下游分布可看出，专用控制主要运用于机械、工业机器人等，PC-based控制器主要运用于半导体、包装和工业机器人，PLC主要运用于纺织机械、包装机械、EMS等行业。 PC-based相较PLC在功能占优，可实现更为复杂的运动控制，下游厂商可利用PC-based厂商提供的底层函数库进行灵活的二次开发和编程，除了传统的PLC语言，开发者更可以C++、Basic等语言进行编程，通用性强。

专用控制器早期主要用于机床领域，即计算机数字控制系统(CNC,ComputerizedNumericalControl)，随后在机械、工业机器人等行业大范围使用，是面向特定行业提供专用的控制产品。 专用控制器集成现有的所有控制器技术，包括PLC、PC-based，核心不在硬件，而在于行业应用软件功能块，这种类型的控制器只能满足特定行业使用，性能稳定，定价高。 控制领域包括运动控制、过程控制、开关量逻辑控制等，其中运动控制占比最高。 三类控制器中，运动控制在专业控制器的占比最高，预计到2020年，运动控制功能在PC-Based控制器、专用控制器、PLC控制领域的比重将分别达到59%、92%、27%，其中专业控制器和PC-Based控制器控制领域中运动控制的比例将显著提升。 在一些运动控制运用领域中，专用控制器或者PC-Based将替代PLC，PLC的市场占比在减少。 比如专用控制器在传统切削机床、高端工业机器人中发展较快;PC-Based在雕刻机、半导体、物流、激光加工机等运用增长较快。 汽车、半导体行业对工业机器人需求的增加，以及陶瓷卫浴、制药等新兴行业对工业机器人的使用刺激了PC-Based运动控制器在机器人领域的快速发展。 另外由于直角坐标机器人和国产品牌的多关节机器人功能简单、价格便宜，越来越多的厂商会选择性价比较高的PC-Based运动控制器。

工业机器人是控制器的重要下游领域 在自动化生产中，工业机器人整体，包括自有控制器，属于PLC控制下的一个部分，而且自有的控制器通常属于专业控制器或PC-based控制器，两种控制器技术共用，主要差别在于对应用领域是否专业化。

控制器作为工业机器人最为核心的零部件之一，是工业机器人的大脑，对机器人的性能起着决定性的影响。 工业机器人控制器主要控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹，操作顺序及动作的时间等。 对于不同类型的机器人，如有腿的步行机器人与关节型工业机器人，控制系统的综合方法有较大差别，控制器的设计方案也不一样。 例如直角坐标机器人售价低，运动控制相对简单，多采用运动控制卡+工控机;在多关节机器人和SCARA机器人售价高，结构紧凑，运动控制较为复杂，多采用嵌入式控制器。 目前使用较为广泛的为运动控制卡+工控机和嵌入式运动控制器，控制器的研发可分为硬件和软件两部分，在工业机器人控制硬件研制方面，已经开发出了比较有代表性的双、多CPU及分级控制系统。 其中，基于DSP技术的工业机器人控制器的设计较为典型。软件部分是工业机器人的“心脏”，也是目前国内外控制器差距最大的地方。

机器人市场扩张带动控制器需求上涨 工业机器人密度实现了跨越式的发展，千亿市场蓄势待发。随着人口红利消退和产业升级需求扩张，中国制造业对工业机器人的需求旺盛。 自2013年起，我国发展成为全球工业机器人的第一大市场。2018年我国工业机器人市场规模达到62.3亿美元，占全球市场的37.04%。 根据国家级专项规划《机器人产业发展规划(2016-2020年》，2020年我国工业机器人使用密度达到150台/万人。 假设到2020年目标能够实现，预计2018-2020年我国工业机器人使用密度分别为109、129和150台/万人，同时假设我国工人数量保持稳定，每年存量工业机器人更新率为12.5%。 考虑工业机器人售价降低的情况，我们预计2020年我国工业机器人本体市场规模可达到459亿元，2018-2020年我国工业机器人本体市场规模总计可达千亿元以上。

控制器属于工业机器人上游生产核心零部件，其他核心零部件包括减速器和伺服系统。核心零部件占工业机器人成本的72%，其中控制系统占比12%。 可以预见，未来几年中国工业机器人市场将持续扩张，伴随而来的是对控制器日益增长的需求。 据IFR数据显示，假设每台工业机器人对应3万元的控制器市场需求，可以大致估算出我国近年来的工业机器人控制器市场规模，2020年我国工业机器人控制器市场可达63亿元，现有空间有限，但前景广阔。