1.1PLC基本原理及分类
PLC定义和组成
PLC全称是可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）。是一种使用可编程存储器储存指令，执行逻辑、顺序、计时、计数与计算等功能，并通过模拟或数字输入/输出组件控制各种机械或生产过程的装置，是工业装备、生产系统、重大基础设施的核心控制设备。
PLC主要由CPU，存储器，输入/输出接口和电源等组成。1）CPU又称中央处理器，是PLC的控制中心，通过总线(包括数据总线、地址总线和控制总线)与存储器和各种接口连接，以控制它们有条不紊地工作。CPU的性能对PLC工作速度和效率有较大的影响，故大型PLC通常采用高性能的CPU。2）存储器的功能是存储系统程序、用户程序和程序运行时产生的数据。3）输入/输出接口又称I/O接口或I/O模块，是PLC与外围设备之间的连接部件。PLC的I/O接口能接受的输入和输出信号个数称为PLC的I/O点数，I/O点数是选择PLC的重要依据之一。
PLC运行原理
PLC采用扫描的工作方式，依据程序处理机内存储单元中的数据，从而实现对设备层各种执行装置的控制。PLC采用集中采样、集中输出、按顺序循环扫描用户程序的方式工作，当PLC处于正常运行状态时，它将不断重复扫描过程，其工作过程的中心内容分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。扫描过程中，CPU会根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号作周期性循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序地执行用户程序，直到程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描，每重复一次三阶段就是完成一次扫描周期。概括来讲，PLC用于控制时的主要工作形式是依据机内存储的程序，处理机内存储单元中的数据，从而控制设备层的各种执行装置，其中，程序反映的是工业控制的要求，数据则是工业现场的各种信号在存储单元中的实时反映，处理结果则是作为输出驱动执行器件完成控制任务。
PLC按结构形式和I/O点数分类
按硬件结构形式，PLC可分为整体式和模块式。1）整体式PLC又称箱式PLC，CPU、存储器、I/O接口等都安装在一个箱体内。整体式PLC的结构简单、体积小、价格低，小型PLC一般采用整体式结构。2）模块式PLC又称组合式PLC。模块式PLC有一个总线基板，基板上有很多总线插槽，其中由CPU、存储器和电源构成的一个模块通常固定安装在某个插槽中，其他功能模块可随意安装在其他不同的插槽内。模块式PLC配置灵活，可通过增减模块而组成不同规模的系统，安装维修方便，但价格较贵，大、中型PLC一般采用模块式结构。
根据I/O点数多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。I/O点数(输入/输出端子的个数)是衡量PLC控制规模的重要参数。1）小型PLC，其I/O总点数小于256点，采用8位或16位单CPU，用户存储器容量4KB以下。2）中型PLC，其I/O总点数在256点~2048点之间，采用双CPU，用户存储器容量4~16KB。3）大型PLC，其I/O总点数大于2048点，采用16位、32位多CPU，用户存储器容量16KB以上。
1.2PLC是工控领域的明珠，起着承上启下的关键作用
PLC按结构形式和I/O点数分类
按硬件结构形式，PLC可分为整体式和模块式。1）整体式PLC又称箱式PLC，CPU、存储器、I/O接口等都安装在一个箱体内。整体式PLC的结构简单、体积小、价格低，小型PLC一般采用整体式结构。2）模块式PLC又称组合式PLC。模块式PLC有一个总线基板，基板上有很多总线插槽，其中由CPU、存储器和电源构成的一个模块通常固定安装在某个插槽中，其他功能模块可随意安装在其他不同的插槽内。模块式PLC配置灵活，可通过增减模块而组成不同规模的系统，安装维修方便，但价格较贵，大、中型PLC一般采用模块式结构。
根据I/O点数多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。I/O点数(输入/输出端子的个数)是衡量PLC控制规模的重要参数。1）小型PLC，其I/O总点数小于256点，采用8位或16位单CPU，用户存储器容量4KB以下。2）中型PLC，其I/O总点数在256点~2048点之间，采用双CPU，用户存储器容量4~16KB。3）大型PLC，其I/O总点数大于2048点，采用16位、32位多CPU，用户存储器容量16KB以上。
PLC在工业生产中起着承上启下的关键作用
未来的数字化工厂从上到下包括信息层、控制层、驱动层、执行层、传感层，PLC作为控制层里的核心构成，承上对接信息层，启下连接驱动层、执行层、传感层，作用关键，其地位相当于控制工业生产系统的“大脑”，成功切入PLC有利于工控厂商提高下游客户粘性并纵向推广其他工控产品。
PLC是工控领域的明珠，相比其他工控产品，国产化率最低
PLC国产化率在工控产品中最低。根据MIR睿工业数据，2021年PLC国产化率为6.75%，与DCS、IPC、HMI、通用伺服、专用伺服、低压变频器、中高压变频器的国产化率相比较都显著偏低。
1.3受益制造业产业升级，PLC市场规模持续增长
1.3.1受益制造业产业升级周期以及制造强国政策红利
如果以1992年小平同志南巡讲话为起点，我们认为中国制造业发展至今，经历了三个不同特点的发展阶段：
第一阶段，1992-2011年，我们称之为“制造大国”阶段，凭借劳动力成本优势，中国制造物美价廉，既满足了改革开放后国内人民群众对生活生产物资的需求，又飘洋过海享誉全球，这个阶段我们制造业更多是“走量”，在新技术上更多是模仿、跟随策略。
第二阶段，2012-2016年，即“供给侧改革”阶段，在这个阶段，传统行业经历了或主动或被动的出清过程，很多小企业退出市场，集中度提升，竞争格局优化。
第三阶段，2017年起，我们称之为“产业升级”阶段，一方面中国制造业发展阶段决定了产业升级是必由之路；另一方面，外部环境多变，美国发起的贸易摩擦、实体清单、针对我国半导体产业链的进一步制裁，还有全球疫情、俄乌战争等等，都要求通过制造业产业升级实现核心产品、核心制备的自主可控，降低对海外供应链的依赖，改变制造业大而不强的局面。
制造业产业升级趋势明显，高端装备占比持续提升
中国制造业正向高端化转型升级，根据国家统计局数据，我国高技术制造业固定资产投资增速明显高于普通制造业固定资产投资增速；同时，我国制造业中高端装备占比明显提升，根据长江行业分类指数，自2017年至2022年前三季度，光伏设备、半导体及3C设备、锂电设备、工业自动化、电子专用设备、工控元器件、仪器仪表营业收入占机械设备总体营业收入比重均呈提升态势。
高端装备推动PLC市场持续增长
PLC市场规模呈稳健增长态势，2022年在内外部环境承压情况下体现韧性。PLC在自动化装备和产线中有普遍
应用场景，受益制造业产业升级和高端装备的发展，2017-2021年，中国PLC市场规模由112.26亿元提升至158.48亿元，2017-2021年CAGR为9.00%。其中，2019年由于受到我国经济增速放缓和中美贸易摩擦影响，PLC市场规模同比下滑4.27%；2020-2021年，得益于口罩机需求大幅增长和中国制造在疫情下体现的供应链优势，2020年和2021年PLC市场明显回暖，分别同比增长10.74%和20.79%。2022年在疫情反复的压力下PLC市场体现较强韧性，前三季度我国PLC市场规模为125.8亿，同比增长7.52%，除Q2由于疫情同比小幅下滑1.6%以外，Q1和Q3均呈正增长，同比分别增长14.11%和11.23%。
预计2025年我国PLC市场规模达228亿左右
2017-2021年这五年间，在遭遇了疫情、中美贸易摩擦背景下，我国PLC行业CAGR仍有9.00%。未来，受益制造强国大政方针，我们判断产线设备自动化程度会进一步提升，对精度要求也会进一步提升，预计2021-2025年PLC市场CAGR为9.50%，2025年我国PLC市场规模达228亿左右，具体假设如下：1）MIR睿工业数据显示，2022年前三季度PLC市场规模增长率为7.8%，由于下半年需求回暖，预计全年增长率为8%；2）2023-2025年给予3年复合增速10%的假设，高于全球复合增速4.6%的水平（Reportl
inker数据预测）。
1.4小中大型PLC需求特点分析
PLC行业分类型市场构成
根据MIR睿工业,2017-2022Q3，国内小型PLC和中大型PLC基本各自占比50%左右，不同年份略有变化。2022年前三季度小型和中大型占比分别为50.91%、49.40%。2022年前三季度，小型、中大型PLC市场规模分别为64.05亿、62.15亿，同比分别增长5.32%、9.89%；其中，2022年第三季度，小型、中大型PLC市场规模分别为23.7亿、21.4亿，同比分别增长11.15%、11.32%。
小型PLC与OEM市场的相关度高于中大型PLC
①小型PLC需求特点：小型PLC下游主要为OEM市场。
②中大型PLC需求特点：中大型PLC的下游既有OEM市场，也有项目型市场。2022前三季度OEM占比为56.4%，项目型市场市场占比为43.6%。得益于电池、电子及半导体等OEM下游的需求爆发，近年来中大型PLC下游中OEM占比有所提升，从2017年的50.3%提升至2022前三季度的56.4%，增加了6.1pct。
二、PLC国产化进程加速，国产替代空间广阔
2.1PLC行业竞争格局及特点
2.1.1PLC行业整体竞争格局
PLC市场集中度较高，欧日系占比较高。根据MIR睿工业数据，2022年前三季度PLC行业CR3约65%，前三品牌分别为西门子45.3%份额、欧姆龙9.9%份额、三菱9.8%份额。西门子一家独大，常年市占率在42%-46%之间，且近三年份额还有所提升。
PLC欧系品牌保持垄断地位，日系份额有所下降,内资份额提升明显，台资、美系份额稳定。欧系份额有所上升，从2017年的45.96%提升至2022年前三季度的49.04%，提升了3.1pct；日系份额下滑明显，从2017年的30.13%下降至2022年前三季度的24.08%，下滑了6.1pct；内资份额提升明显，从2017年的3.14%提升至2022年前三季度的8.61%，提升了5.5pct；台资、美系份额稳定，台资份额从2017年的3.36%小幅提升至2022年前三季度的3.73pct，美系份额从2017年的4.84%微降至2022年前三季度的4.01%。
2.1.2当前国产PLC市场规模较小，代表性企业该项收入普遍较少
近年来内资厂商PLC规模提升速度较快，2017-2021年国产厂商市场规模从3.53亿提升至10.70亿，CAGR为31.95%，但绝对规模还很小，代表企业包括汇川技术，我们估计2021、2022年其PLC收入规模分别为5.5亿、超10亿；禾川科技，估计2021、2022年PLC收入规模分别为0.4、2亿；信捷电气估计2021、2022年PLC收入规模分别为5.2亿、近5亿。
备注：MIR统计的PLC市场规模数据小于行业实际数据，因为统计口径不完整。
2.1.3小型PLC竞争格局和国产化率情况
小型PLC市场国产替代进入加速期，日系份额有所下降。小型PLC主要应用于中低端OEM市场，近年来内资品牌技术水平逐步提升，凭借较高性价比和定制化机型开发能力，推动内资品牌市占率进入加速成长期。2017-2022Q3，PLC内资厂商中信捷电气、汇川技术市场份额分别从4.23%、2.41%提升至6.59%、10.24%；相反，日系品牌（三菱、欧姆龙、松下）份额则显著下滑，2017年至2022年前三季度份额从32.31%下滑至19.88%。
2.1.4中大型PLC竞争格局和国产化率情况
中大型PLC基本由欧系品牌垄断，西门子一家独大。中大型PLC工艺复杂、用户对产品安全性和抗干扰性要求高，欧系品牌凭借领先的技术优势、完善的销售与服务网络占据垄断市场地位。2017-2022Q3，欧系品牌（西门子、施耐德）份额保持稳定，由54.5%微升至54.9%，仍处于垄断地位，其中西门子一家独大，份额维持在50%左右；2017-2022Q3，日系份额由30%微降至28%，美系份额由8.4%微降至7.3%，台资份额由0.6%微升至1.4%，格局稳定，变化不大。
中大型PLC国产化率目前尚处于破冰状态，预计2021年份额3%左右。
