智能制造時代來臨，控制器是自動化的核心，工業機器人將成為控制器下游利潤重要增長點

控制系統作為工業自動化的大腦，在智能制造的大潮下得以迅速發展，全球運動控制器市場規模到2022年預計將達到228.4億美元。工業機器人是控制器新興下游，2016年在專用控制器、PC-based控制器市場占比已達13.93%、10.50%。控制器作為工業機器人核心零部件，在總成本中占比12%。未來工業機器人市場持續擴張將使控制器需求進一步擴大，據估算2020年我國工業機器人控制器市場規模可達63億元。

1.1控制器是自動化的核心

工業過程大致分為連續過程工業、離散過程工業、間隙過程工業三大類。1930年以來，工控技術經歷了三個主要階段。

圖表1工控發展歷程資料來源：公開資料整理、廣證恒生

目前工業控制屬于直接數字控制（DDC），即由計算機集中控制系統。通常使用的控制系統包括集散控制系統（DCS）、現場總線控制系統（FCS），二者主要區別在于DCS一對多，FCS一對一。

圖表2計算機集中控制系統可分為集散控制系統和現場總線控制系統

工業控制系統一般包括現場控制器、操作員站計算機、工程師站計算機，以及聯系的網絡系統。可編程邏輯控制器（PLC）等同于工業控制系統中的現場控制器。PLC負責協調生產線上所有工業機器人、工裝夾具、傳送帶、焊接變位機、移動導軌等設備的運作。無論是工業控制系統或是系統下的工業機器人，都擁有本身的控制系統。

控制系統上游包括各類電子元器件，如PCB面板、IC芯片、晶體管、電阻電容等，中游核心部件包含運動控制器、伺服驅動器、伺服電機等，下游運用于工業機器人、半導體、機床等各行各業。目前控制器有三種主要的控制方式：PLC控制、專用控制、PC-based控制，三種方式在控制系統市場上平分秋色，各占比30%、38%、32%。

從三種工業控制器下游分布可看出，專用控制主要運用于機械、工業機器人等，PC-based控制器主要運用于半導體、包裝和工業機器人，PLC主要運用于紡織機械、包裝機械、EMS等行業。PC-based相較PLC在功能占優，可實現更為復雜的運動控制，下游廠商可利用PC-based廠商提供的底層函數庫進行靈活的二次開發和編程，除了傳統的PLC語言，開發者更可以C++、Basic等語言進行編程，通用性強。

專用控制器早期主要用于機床領域，即計算機數字控制系統（CNC,ComputerizedNumericalControl），隨后在機械、工業機器人等行業大范圍使用，是面向特定行業提供專用的控制產品。專用控制器集成現有的所有控制器技術，包括PLC、PC-based，核心不在硬件，而在于行業應用軟件功能塊，這種類型的控制器只能滿足特定行業使用，性能穩定，定價高。

控制領域包括運動控制、過程控制、開關量邏輯控制等，其中運動控制占比最高。三類控制器中，運動控制在專業控制器的占比最高，預計到2020年，運動控制功能在PC-based控制器、專用控制器、PLC控制領域的比重將分別達到59%、92%、27%，其中專業控制器和PC-based控制器控制領域中運動控制的比例將顯著提升。在一些運動控制運用領域中，專用控制器或者PC-based將替代PLC，PLC的市場占比在減少。比如專用控制器在傳統切削機床、高端工業機器人中發展較快；PC-based在雕刻機、半導體、物流、激光加工機等運用領域增長較快。

汽車、半導體行業對工業機器人需求的增加，以及陶瓷衛浴、制藥等新興行業對工業機器人的使用刺激了PC-based運動控制器在機器人領域的快速發展。另外由于直角坐標機器人和國產品牌的多關節機器人功能簡單、價格便宜，越來越多的廠商會選擇性價比較高的PC-based運動控制器。

1.2工業機器人是控制器的重要下游領域

工業機器人是控制器的重要下游領域在自動化生產中，工業機器人整體，包括自有控制器，屬于PLC控制下的一個部分，而且自有的控制器通常屬于專業控制器或PC-based控制器，兩種控制器技術共用，主要差別在于對應用領域是否專業化。

控制器作為工業機器人最為核心的零部件之一，是工業機器人的大腦，對機器人的性能起著決定性的影響。工業機器人控制器主要控制機器人在工作空間中的運動位置、姿態和軌跡，操作順序及動作的時間等。

對于不同類型的機器人，如有腿的步行機器人與關節型工業機器人，控制系統的綜合方法有較大差別，控制器的設計方案也不一樣。例如直角坐標機器人售價低，運動控制相對簡單，多采用運動控制卡+工控機；在多關節機器人和SCARA機器人售價高，結構緊湊，運動控制較為復雜，多采用嵌入式控制器。

目前使用較為廣泛的為運動控制卡+工控機和嵌入式運動控制器，控制器的研發可分為硬件和軟件兩部分，在工業機器人控制硬件研制方面，已經開發出了比較有代表性的雙、多CPU及分級控制系統。其中，基于DSP技術的工業機器人控制器的設計較為典型。軟件部分是工業機器人的“心臟”，也是目前國內外控制器差距最大的地方。

1.3機器人市場擴張帶動控制器需求上漲

機器人市場擴張帶動控制器需求上漲工業機器人密度實現了跨越式的發展，千億市場蓄勢待發。隨著人口紅利消退和產業升級需求擴張，中國制造業對工業機器人的需求旺盛。自2013年起，我國發展成為全球工業機器人的第一大市場。2018年我國工業機器人市場規模達到62.3億美元，占全球市場的37.04%。根據國家級專項規劃《機器人產業發展規劃（2016-2020年》，2020年我國工業機器人使用密度達到150臺/萬人。

假設到2020年目標能夠實現，預計2018-2020年我國工業機器人使用密度分別為109、129和150臺/萬人，同時假設我國工人數量保持穩定，每年存量工業機器人更新率為12.5%。考慮工業機器人售價降低的情況，我們預計2020年我國工業機器人本體市場規模可達到459億元，2018-2020年我國工業機器人本體市場規模總計可達千億元以上。

控制器屬于工業機器人上游生產核心零部件，其他核心零部件包括減速器和伺服系統。核心零部件占工業機器人成本的72%，其中控制系統占比12%。

可以預見，未來幾年中國工業機器人市場將持續擴張，伴隨而來的是對控制器日益增長的需求。據IFR數據顯示，假設每臺工業機器人對應3萬元的控制器市場需求，可以大致估算出我國近年來的工業機器人控制器市場規模，2020年我國工業機器人控制器市場可達63億元，現有空間有限，但前景廣闊。

文章數據來源：廣證恒生