Рынок ПЛК для промышленных применений в России и мире, 2019-2030 гг., тенденции и перспективы развития

J’son & Partners Consulting обновила исследование «Рынок программируемых логических контроллеров (ПЛК) для промышленных применений в России и мире, 2019-2030 гг.».

По предварительным оценкам J’son & Partners Consulting, российский рынок ПЛК для промышленных применений в 2024 г. составит 15 млрд руб. (российское производство и импорт). Ожидается дальнейший устойчивый рост рынка (CAGR 2024-2030 гг. 10%.).

Прогнозируется рост доли отечественного оборудования под воздействием государственной поддержки российских производителей и в условиях ограничения доступа к зарубежному оборудованию и технологиям.

Импорт всей линейки программируемых контроллеров (включая транспортные и бытовые непромышленного назначения) в 2021 г. составил 41 млрд руб. (без учета объема российского производства, а также наценок дистрибуторов, расходов на интеграцию, шкафы автоматизации и т. п.). Из них импорт ПЛК для промышленных применений за тот же период составил более 30%. 

Исследование проведено в январе 2023 г., содержит итоги 2022 г. и прогноз до 2030 г.

1. Программируемый логический контроллер (ПЛК), программируемый контроллер автоматизации (ПАК)

Определения: 

Программируемый логический контроллер (ПЛК) (Programmable Logic Controller, PLC) — это важнейший элемент в современных системах автоматизации технологических и производственных процессов и управления работой производственного, инфраструктурного и транспортного оборудования.

ПЛК десятилетиями были краеугольным камнем промышленной автоматизации. С 1960-х годов эти устройства выполняли логику управления непосредственно на заводе, обеспечивая бесперебойную работу роботов, сборочных линий и других критически важных систем.

ПЛК представляет собой цифровое электронное устройство на базе микроконтроллера промышленного класса, которое работает в режиме реального времени, использует программируемую память для хранения инструкций по управлению различными типами машин или процессов с помощью цифровых или аналоговых модулей ввода / вывода. И применяет программируемую логику для выполнения требуемых функций, преобразования, обработки и хранения информации, полученной от подключенных датчиков и других устройств, и последующей выработки и исполнения управляющих команд (реакций) для исполнительных механизмов.

Программируемый контроллер автоматизации (ПАК) (Programmable Automation Controller, PAC) представляет собой «гибрид» ПЛК и промышленного ПК, который использует преимущества обоих в одном устройстве для реализации многозадачных возможностей и управления одним или несколькими единицами оборудования. 

Рис. 1. Функционал ПАК в системе автоматизированного управления

Источник: https://www.plctechnician.com/news-blog/plc-vs-pac-understanding-differences-values-each

На протяжении многих лет ПЛК развивались, совершенствовались аппаратные технологии, встроенное ПО и средства связи. И сегодня зачастую границы между ПАК, ПЛК, промышленным ПК становятся размытыми.

В то же время большая часть автоматизированных производств в мире управляются с использованием ПЛК для решения базовых задач осуществления контроля за оборудованием, поскольку им не требуются экстра-функции и приложения, предоставляемые ПАК. В общем смысле это освобождает пользователя от покупки большего функционала, чем ему необходимо, и реализуется общий принцип: «лучшая система та, которая подходит для данной работы».

2. Новые технологические тенденции в развитии ПЛК

• Подключенность и связь. ПЛК традиционно применялись в качестве автономных устройств, но с развитием цифровой инфраструктуры, интеллектуальных платформ и ПО внутри промышленных предприятий, ПЛК также становятся частью цифровой инфраструктуры и приобретают возможности подключения (connectivity) к другим устройствам, сетевым протоколам, сетям связи и различным системам управления.

• Усиление аппаратной части и изменение в архитектуре решений. Повышение производительности процессоров ПЛК, применение модульных аппаратных ускорителей для увеличенного количества подключенных устройств и повышения их вычислительных возможностей при обработке интенсивных потоков данных, миниатюризация процессоров, печатных плат и других компонентов меняют электронную промышленность и способствуют изменениям в проектировании ПЛК, включая появление ПЛК в микро- и наноклассах.

• Многозадачность и мульти-функциональность. Стандартизация языков программирования позволяет проектировать сегодня мультифункциональные ПЛК, которые объединяют одновременно функционал ПЛК, управление движением (motion control), человеко-машинный интерфейс (HMI), ПК с приложениями, а также соединения центрального ввода / вывода (I/O) в одном устройстве.

• Расширение возможностей автоматизации и стандартизации ПЛК. Стандартизация и унификация подключений широкого спектра различных устройств аналогично возможностям ПАК позволяют обеспечить связь с различными устройствами (включая IoT) и собирать большие объемы данных о производственных процессах.

• Увеличение ценности извлекаемых данных, осуществление граничных вычислений на самих устройствах (до передачи в облако), применение машинного зрения и других функций AI/ML.

• Повышенная потребность в кибербезопасности. С ростом взаимосвязанности, гибридизации инфраструктуры и удаленного доступа к централизованным данным из любой точки сети, кибербезопасность становится все более актуальной задачей.

• ПЛК с открытым исходным кодом.

3. Типы, классификация ПЛК и конструктивные особенности

В системе АСУ ТП программируемый логический контроллер может играть роль центрального контроллера (Master) или выполнять роль ведомого устройства (Slave) в рамках распределенной иерархии управления. При этом большинство моделей имеют возможность расширения за счет подключения дополнительных модулей расширения.

ПЛК могут быть разных типов в зависимости от их архитектуры, масштаба и области применения.

На основе конфигурации:

• Стационарный или компактный ПЛК. ПЛК имеют предварительно сконфигурированный набор модулей ввода/вывода, процессор и блок питания, интегрированные в один блок. Подходит для небольших и средних приложений с ограниченным количеством точек ввода-вывода.

• Модульный ПЛК. ПЛК допускают модульное расширение, при котором по мере необходимости можно добавлять модули ввода-вывода, процессорные модули, блоки питания и коммуникационные модули. Используется в более крупных или сложных системах, где количество требуемых вводов-выводов или функций может со временем увеличиваться.

• ПЛК для монтажа в стойку. ПЛК используют объединительную плату или систему стоек для соединения различных модулей, таких как модули ввода-вывода, ЦП и блоки питания. Они часто используются в больших, сложных системах управления.

• Распределенный ПЛК. ПЛК используют децентрализованную систему управления, в которой контроллер распределен по нескольким местам.

На основе возможностей управления/обработки:

• Стандартный ПЛК (базовый). ПЛК обеспечивают базовые логические функции и в первую очередь предназначены для последовательного управления простым оборудованием.

• Расширенный ПЛК. ПЛК предлагают дополнительные функции, такие как аналоговая обработка, высокоскоростная обработка или специализированные функции, такие как ПИД-регулирование, возможности связи и управление движением.

На основе особенностей коммуникации:

• Автономный ПЛК.

• Сетевой ПЛК. ПЛК с сетевыми возможностями, как проприетарными, так и стандартными протоколами связи, такими как Ethernet/IP, Profibus, Modbus и т. д.

Классификация ПЛК по принципу программирования 

Классификация по типам решений

• Аппаратный ПЛК (Hard PLC) – специализированное, автономное вычислительное устройство, предназначенное для задач промышленной автоматизации и управления.

• Программная версия аппаратного ПЛК (Soft PLC), которая имитирует его функциональность, но предлагает различные степени аппаратной независимости, могут быть либо аппаратно-зависимыми, либо аппаратно-независимыми.

• Виртуальный ПЛК (vPLC) – программный ПЛК, работающий в виртуализированных средах, таких как облако, пограничные серверы или промышленные ПК. Виртуальные ПЛК используют технологии контейнеризации и гипервизора, что позволяет им развертывать логику управления независимо от базового оборудования. 
  Виртуальные ПЛК представляют собой смену парадигмы промышленной автоматизации, полностью отделяя программное обеспечение логики управления от конкретного оборудования. Рынок виртуальных ПЛК только зарождается, и на данном этапе vPLC считаются находящимися на низком уровне зрелости из-за ограниченной поддержки задач управления, отсутствия сертификатов безопасности, переносимости кода и избыточности. Ожидается, что технологии vPLC значительно расширятся в ближайшие годы, однако вряд ли станут отраслевой нормой к 2030 г.

Рис. 2. Зрелость виртуальных ПЛК (vPLC)

Источник: IoT Analytics, 2024 г.

Конструктивные особенности ПЛК

В базовом виде компонентный состав ПЛК включает:

• центральный процессор (CPU), 

• внутреннюю память (ОЗУ, RAM),

• источник питания, 

• платы ввода-вывода (I/O),

• коммуникационные интерфейсы

• программное устройство.

Рис. 3. Компоненты аппаратной части ПЛК

Источник: https://www.bostontech.net/ https://plcynergy.com/what-is-plc/ 

4. Специфика российского рынка ПЛК

Российский рынок ПЛК для промышленной автоматизации является одним из наиболее диверсифицированных сегментов рынка решений для АСУ ТП. Несмотря на продолжительное доминирование иностранных брендов во многих отраслях промышленности, в ряде отраслей, таких как генерация и распределение энергии, не допускались зарубежные решения. Во многом благодаря этому в стране появились такие крупные производители ПЛК, как “Текон”, “Прософт Системы”, “Квинт”, “Теплоавтоматика”, “Элара” и другие.

В России представлено оборудование порядка тридцати российских производителей, у большинства вендоров ПЛК есть несколько линеек контроллеров, различающихся по своим потребительским качествам. По мнению экспертов, имеющегося разнообразия моделей достаточно для удовлетворения основных потребностей промышленных заказчиков. Однако производительность и функционал отечественных ПЛК не в состоянии соответствовать всем запросам промышленных потребителей.

Основные проблемы и ограничения производителей ПЛК:

• ограниченные производственные возможности;

• зависимость от поставок иностранных ЭКБ, особенно высокопроизводительных процессоров,

• дефицит квалифицированных кадров;

• несовместимость решений различных вендоров;

• большая доля «унаследованных» западных проприетарных решений в промышленности.

Заказчики решений АСУ ТП привыкли получать комплексные решения, включающие все основные аппаратные и программные компоненты.

“Самое узкое место - комплектность поставки систем. Заказчики привыкли к тому, что вендор поставляет ПЛК и ПЛК ПАЗ, которые интегрированы в одну user-friendly систему. Сейчас у российских поставщиков можно купить систему ПАЗ, но она будет не интегрированной с общей системой. И общая система не такая user-friendly, как была у западных вендоров. Это проявляется на уровне СКАДА, HMI”. 

Руководитель направления, 
Департамент цифровизации производства химической компании Топ-3

Открывшиеся рыночные возможности для российских производителей во многом компенсируют существующие проблемы и ограничения, большинство основных промышленных потребителей настроены в ближайшие 5 - 10 лет перейти на отечественные программно-аппаратные решения для АСУ ТП.

Рынок ПЛК стал более открытым, даже небольшие производители ПЛК получили шанс поставлять свое оборудование крупным заказчикам.

В отчете J’son & Partners Consulting также приведены результаты детального анализа основных технических характеристик ПЛК отечественных и зарубежных производителей, представленных на российском рынке.