技術(shù)前沿：工業(yè)自動(dòng)化——變頻器和PLC/PCA系統(tǒng)

工業(yè)自動(dòng)化根據(jù)自動(dòng)化層級(jí)遞進(jìn)順序主要可分為設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化、設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)過程自動(dòng)化和企業(yè)生產(chǎn)管理自動(dòng)化。其中自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品是實(shí)現(xiàn)設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化的核心部件；智能操控系統(tǒng)是在設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)過程的自動(dòng)化，即設(shè)備操控的遠(yuǎn)程化或自動(dòng)化。

在自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，變頻器涉及電力電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)、傳感器等多項(xiàng)學(xué)科領(lǐng)域，無論在理論上還是設(shè)計(jì)及制造工藝上，都需要較高的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)積累，行業(yè)需要在軟件、硬件、結(jié)構(gòu)、電磁兼容、安規(guī)設(shè)計(jì)等方面具備較高理論素養(yǎng)和較高實(shí)踐水平、經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人才。

在設(shè)備智能操控系統(tǒng)領(lǐng)域，涵蓋圖像處理、點(diǎn)云數(shù)字分析、算法、AI識(shí)別等多領(lǐng)域技術(shù)，這些技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域存在著較高的門檻，以智慧港口、水泥智能化應(yīng)用為例，業(yè)內(nèi)企業(yè)需要將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)更加深入的融合應(yīng)用于相關(guān)的企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)中，才能逐漸實(shí)現(xiàn)企業(yè)的自動(dòng)化、智能化、智慧化運(yùn)營(yíng)目標(biāo)。這對(duì)于企業(yè)技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)要求較高，他們不僅需要精通工業(yè)智能化技術(shù)應(yīng)用，還需要深諳企業(yè)業(yè)務(wù)最佳實(shí)踐及行業(yè)痛點(diǎn)，新進(jìn)入企業(yè)難以在短期內(nèi)培養(yǎng)出一批具備技術(shù)開發(fā)實(shí)力并擁有深厚行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備的專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍。

自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品一般包含變頻器和行業(yè)專機(jī)。變頻器是設(shè)備內(nèi)部單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，應(yīng)用最為廣泛的核心驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品之一，變頻器主要是通過調(diào)節(jié)電流頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)各行業(yè)各類設(shè)備的機(jī)械傳動(dòng)控制；行業(yè)專機(jī)是在變頻器的基礎(chǔ)上，根據(jù)各行業(yè)具體應(yīng)用場(chǎng)景需求，添加行業(yè)專用控制器、傳感、安全保護(hù)等功能模塊或配件，并集成為一體形成專機(jī)形態(tài)，其主要工作原理、技術(shù)特征及核心功能模塊仍與變頻器產(chǎn)品趨同。

變頻器

變頻器是一種靜止的頻率變換器，可將電網(wǎng)電源的50Hz頻率交流電變成頻率可調(diào)的交流電，作為電動(dòng)機(jī)的電源裝置，目前在國(guó)內(nèi)外使用廣泛。使用變頻器可以節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率等。

變頻器組成原理和變頻器的基本結(jié)構(gòu)

調(diào)速用變頻器構(gòu)成：主電路、控制電路、保護(hù)電路

變頻器主電路工作原理

變壓變頻裝置結(jié)構(gòu)框圖

按照不同的控制方式，交—直—交變頻器可分成以下三種方式：

采用可控整流器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻的控制方式，其結(jié)構(gòu)框圖。

可控整流器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻的控制方式的特點(diǎn)：

在這種裝置中，調(diào)壓和調(diào)頻在兩個(gè)環(huán)節(jié)上分別進(jìn)行，在控制電路上協(xié)調(diào)配合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。但是，由于輸入環(huán)節(jié)采用晶閘管可控整流器，當(dāng)電壓調(diào)得較低時(shí)，電網(wǎng)端功率因數(shù)較低。

而輸出環(huán)節(jié)多用由晶閘管組成多拍逆變器，每周換相六次，輸出的諧波較大，因此這類控制方式現(xiàn)在用的較少。

采用不控整流器整流、斬波器調(diào)壓、再用逆變器調(diào)頻的控制方式，其結(jié)構(gòu)框圖。

不控整流器整流、斬波器調(diào)壓、再用逆變器調(diào)頻的控制方式的特點(diǎn)：

整流環(huán)節(jié)采用二極管不控整流器，只整流不調(diào)壓，再單獨(dú)設(shè)置斬波器，用脈寬調(diào)壓，這種方法克服功率因數(shù)較低的缺點(diǎn)；但輸出逆變環(huán)節(jié)未變，仍有諧波較大的缺點(diǎn)；

采用不控制整流器整流、脈寬調(diào)制（PWM）逆變器同時(shí)調(diào)壓調(diào)頻的控制方式，其結(jié)構(gòu)框圖。

不控制整流器整流、脈寬調(diào)制（PWM）逆變器同時(shí)調(diào)壓調(diào)頻的控制方式的特點(diǎn)：

在這類裝置中，用不控整流，則輸入功率因數(shù)不變；用（PWM）逆變，則輸出諧波可以減小。PWM逆變器需要全控型電力半導(dǎo)體器件，其輸出諧波減少的程度取決于PWM的開關(guān)頻率，而開關(guān)頻率則受器件開關(guān)時(shí)間的限制。

采用絕緣雙極型晶體管IGBT時(shí)，開關(guān)頻率可達(dá)10kHz以上，輸出波形已經(jīng)非常逼近正弦波，因而又稱為SPWM逆變器，成為當(dāng)前最有發(fā)展前途的一種裝置形式。

電壓型變頻器結(jié)構(gòu)框圖：

電壓型變頻器：

在交—直—交變頻器中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個(gè)內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，這類變頻器叫做電壓型變頻器。

電流型變頻器結(jié)構(gòu)框圖：

電流型變頻器：

當(dāng)交—直—交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時(shí)，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻抗很大，對(duì)負(fù)載來說基本上是一個(gè)電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這類變頻器叫做電流型變頻器。

交—直—交變頻器主電路

①交—直—交電壓型變頻電路

常用的交—直—交電壓型PWM變頻電路。

交—直—交電壓型PWM變頻電路采用二極管構(gòu)成整流器，完成交流到直流的變換，其輸出直流電壓Ud是不可控的；中間直流環(huán)節(jié)用大電容C濾波；電力晶體管V1～V6構(gòu)成PWM逆變器，完成直流到交流的變換，并能實(shí)現(xiàn)輸出頻率和電壓的同時(shí)調(diào)節(jié)，VD1～VD6是電壓型逆變器所需的反饋二極管。

②交—直—交電流型變頻電路

常用的交—直—交電流型變頻電路。

交—直—交電流型變頻電路：整流器采用晶閘管構(gòu)成的可控整流電路，完成交流到直流的變換，輸出可控的直流電壓U，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓功能；中間直流環(huán)節(jié)用大電感L濾波；逆變器采用晶閘管構(gòu)成的串聯(lián)二極管式電流型逆變電路，完成直流到交流的變換，并實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)。

③交—直—交電壓型變頻器與電流型變頻器的性能比較；

絕緣門極晶體管（IGBT）

IGBT的結(jié)構(gòu)和基本工作原理

絕緣門極晶體管IGBT也稱絕緣柵極雙極型晶體管，是一種新發(fā)展起來的復(fù)合型電力電子器件。

由于它結(jié)合了MOSFET和GTR的特點(diǎn)，既具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，又具有輸入通態(tài)電壓低，耐壓高和承受電流大的優(yōu)點(diǎn)，這些都使IGBT比GTR有更大的吸引力。

在變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，中頻和開關(guān)電源以及要求快速、低損耗的領(lǐng)域，IGBT有著主導(dǎo)地位。

1.IGBT的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

1）基本結(jié)構(gòu)

IGBT也是三端器件，三個(gè)極為漏極（D）、柵極（G）和源極（S）。

（a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)（b）簡(jiǎn)化等效電路（c）電氣圖形符號(hào)

2）工作原理

IGBT的驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，它是一種壓控型器件。

開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的，當(dāng)UGE為正且大于開啟電壓UGE（th）時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流使其導(dǎo)通。

當(dāng)柵極與發(fā)射極之間加反向電壓或不加電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管無基極電流，IGBT關(guān)斷。

2.IGBT的基本特性與主要參數(shù)

IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

（a)轉(zhuǎn)移特性（b)輸出特性

1）IGBT的基本特性

①靜態(tài)特性

IGBT的轉(zhuǎn)移特性，它描述的是集電極電流IC與柵射電壓UGE之間的關(guān)系，與功率MOSFET的轉(zhuǎn)移特性相似。

開啟電壓UGE（th）是IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓。

UGE（th）隨溫度升高而略有下降，溫度升高1oC，其值下降5mV左右。在+25oC時(shí)，UGE（th）的值一般為2~6V。

IGBT的輸出特性，也稱伏安特性，它描述的是以柵射電壓為參考變量時(shí)，集電極電流IC與集射極間電壓UCE之間的關(guān)系。

IGBT的開關(guān)過程

2）主要參數(shù)

①集電極—發(fā)射極額定電壓UCES

②柵極—發(fā)射極額定電壓UGES

③額定集電極電流IC

3.IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)

從IGBT的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，IGBT電流可能發(fā)生失控的現(xiàn)象，就像普通晶閘管被觸發(fā)以后，即使撤消觸發(fā)信號(hào)晶閘管仍然因進(jìn)入正反饋過程而維持導(dǎo)通的機(jī)理一樣，因此被稱為擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)。

引發(fā)擎住效應(yīng)的原因，可能是集電極電流過大（靜態(tài)擎住效應(yīng)），也可能是最大允許電壓上升率duCE/dt過大（動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)），溫度升高也會(huì)加重發(fā)生擎住效應(yīng)的危險(xiǎn)。

動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流小，因此所允許的最大集電極電流實(shí)際上是根據(jù)動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)而確定的。

根據(jù)最大集電極電流、最大集電極間電壓和最大集電極功耗可以確定IGBT在導(dǎo)通工作狀態(tài)的參數(shù)極限范圍；根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率可以確定IGBT在阻斷工作狀態(tài)下的參數(shù)極限范圍，即反向偏置安全工作電壓（RBSOA）

IGBT的驅(qū)動(dòng)電路

（1)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求

①IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)的，具有一個(gè)2.5~5.0V的閥值電壓，有一個(gè)容性輸入阻抗，因此IGBT對(duì)柵極電荷非常敏感，故驅(qū)動(dòng)電路必須很可靠，保證有一條低阻抗值的放電回路，即驅(qū)動(dòng)電路與IGBT的連線要盡量短。

②用內(nèi)阻小的驅(qū)動(dòng)源對(duì)柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓UCE有足夠陡的前后沿，使IGBT的開關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開通后，柵極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)能提供足夠的功率，使IGBT不退出飽和而損壞。

③驅(qū)動(dòng)電路中的正偏壓應(yīng)為+12~+15V，負(fù)偏壓應(yīng)為-2~-10V。

④IGBT多用于高壓場(chǎng)合，故驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)整個(gè)控制電路在電位上嚴(yán)格隔離。

⑤驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單實(shí)用，具有對(duì)IGBT的自保護(hù)功能，并有較強(qiáng)的抗干擾能力。

⑥若為大電感負(fù)載，IGBT的關(guān)斷時(shí)間不宜過短，以限制di/dt所形成的尖峰電壓，保證IGBT的安全。

（2)驅(qū)動(dòng)電路

因?yàn)镮GBT的輸入特性幾乎與MOSFET相同，所以用于MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路同樣可以用于IGBT。

在用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的逆變器電路中，為使IGBT能夠穩(wěn)定工作，要求IGBT的驅(qū)動(dòng)電路采用正負(fù)偏壓雙電源的工作方式。

為了使驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)電隔離，應(yīng)采用抗噪聲能力強(qiáng)，信號(hào)傳輸時(shí)間端的光耦合器件。

基極和發(fā)射極的引線應(yīng)盡量短，基極驅(qū)動(dòng)電路的輸入線應(yīng)為絞合線

為抑制輸入信號(hào)的振蕩現(xiàn)象，基極和發(fā)射極并聯(lián)一阻尼網(wǎng)絡(luò)。

驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)采用互補(bǔ)電路的形式以降低驅(qū)動(dòng)源的內(nèi)阻，同時(shí)加速IGBT的關(guān)斷過程。

IGBT基極驅(qū)動(dòng)電路

（a）阻尼濾波（b)光電隔離

（3)集成化驅(qū)動(dòng)電路

IGBT有與其配套的集成驅(qū)動(dòng)電路。

這些專用驅(qū)動(dòng)電路抗干擾能力強(qiáng)，集成化程度高，速度快，保護(hù)功能完善，可實(shí)現(xiàn)IGBT的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)。

IGBT的保護(hù)電路

因?yàn)镮GBT保護(hù)主要是柵源過電壓保護(hù)、靜電保護(hù)、采用R-C-VD緩沖電路等等。

在IGBT電控系統(tǒng)中設(shè)置過壓、欠壓、過流和過熱保護(hù)單元，以保證安全可靠工作。

必須保證IGBT不發(fā)生擎住效應(yīng)；具體做法是，實(shí)際中IGBT使用的最大電流不超過其額定電流。

1）緩沖電路

幾種用于IGBT橋臂的典型緩沖電路。

（a)（b)（c)

a)圖是最簡(jiǎn)單的單電容電路，適用于50A以下的小容量IGBT模塊，由于電路無阻尼組件，易產(chǎn)生LC振蕩，故應(yīng)選擇無感電容或串入阻尼電阻RS；

b)圖是將RCD緩沖電路用于雙橋臂的IGBT模塊上，適用于200A以下的中等容量IGBT；

c)圖中，將兩個(gè)RCD緩沖電路分別用在兩個(gè)橋臂上，該電路將電容上過沖的能量部分送回電源，因此損耗較小，廣泛應(yīng)用于200A以上的大容量IGBT。

（2）IGBT的保護(hù)

過電流保護(hù)措施主要是檢測(cè)出過電流信號(hào)后迅速切斷柵極控制信號(hào)來關(guān)斷IGBT。

實(shí)際使用中，要求在檢測(cè)到過電流后，通過控制電路產(chǎn)生負(fù)的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)來關(guān)斷IGBT。只要IGBT的額定參數(shù)選擇合理，10內(nèi)的過電流一般不會(huì)使之損壞。

采用集電極電壓識(shí)別方法的過流保護(hù)電路。

集電極電壓識(shí)別方法的過流保護(hù)電路

為了避免IGBT過電流的時(shí)間超過允許的短路過電流時(shí)間，保護(hù)電路應(yīng)當(dāng)采用快速光耦合器等快速傳送組件及電路。

檢測(cè)發(fā)射極電流過流的保護(hù)電路。

智能操控系統(tǒng)

智能操控系統(tǒng)是在設(shè)備單機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備群操控的遠(yuǎn)程化或自動(dòng)化，即實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)過程的自動(dòng)化。設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境普遍存在操控人員工作環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度高、對(duì)身體傷害大等特征，且工作效率受操控人員精神狀態(tài)、工作經(jīng)驗(yàn)、晝夜及氣候變化等因素影響，生產(chǎn)效率不穩(wěn)定，同時(shí)安全性也得不到根本保障，智能操控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了該類設(shè)備操控的遠(yuǎn)程化與自動(dòng)化，將操控人員工作場(chǎng)所由設(shè)備上的“操作崗位”變成了遠(yuǎn)程的“中控室”，將傳統(tǒng)的一人現(xiàn)場(chǎng)操控一臺(tái)設(shè)備改變成一人遠(yuǎn)程監(jiān)控或操控多臺(tái)設(shè)備，改善了操控人員工作環(huán)境、減少職業(yè)健康危害，同時(shí)通過系統(tǒng)操控設(shè)備自動(dòng)化作業(yè)可以節(jié)省用工數(shù)量、降低人工操作出錯(cuò)率、提高設(shè)備作業(yè)效率與作業(yè)質(zhì)量。

PLC/PAC系統(tǒng)技術(shù)

1）PLC技術(shù)

（1）基本概念和結(jié)構(gòu)組成。

PLC就是常說的可編程控制器（programmablelogiccontroller），最早出現(xiàn)的時(shí)間可以追溯到19世紀(jì)末。PLC發(fā)展到今天已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品[1]。除邏輯控制外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。

PLC的基本結(jié)構(gòu)包括電源、中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元等。

①電源：用于將交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部所需的直流電。

②中央處理單元：中央處理器(CPU)是PLC的控制中樞，也是PLC的核心部件，其性能決定了PLC的性能，中央處理器的作用是處理和運(yùn)行用戶程序，進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制整個(gè)系統(tǒng)使之協(xié)調(diào)。

③存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，它的作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他信息。

④輸入單元：輸入單元是PLC與被控設(shè)備相連的輸入接口，是信號(hào)進(jìn)入PLC的橋梁，它的作用是接收主令元件、檢測(cè)元件傳來的信號(hào)。

⑤輸出單元：輸出單元也是PLC與被控設(shè)備之間的連接部件，它的作用是把PLC的輸出信號(hào)傳送給被控設(shè)備，即將中央處理器送出的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備的執(zhí)行元件。輸出的類型有繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出3種類型。

（2）工作原理和應(yīng)用。

PLC的工作原理包含3個(gè)階段的內(nèi)容，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、系統(tǒng)輸出刷新階段如圖1所示。在輸入樣階段中，利用掃描方式對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在輸入映像寄存器，在完成數(shù)據(jù)的輸入流程后，會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)入用戶程序中開展下一步的執(zhí)行輸出。對(duì)于程序執(zhí)行階段，PLC控制器在對(duì)用戶程序做掃描處理的過程中，始終遵循自上而下的原則，同時(shí)在規(guī)定的順序指導(dǎo)下完成核算作業(yè)，核算同樣也需要按照自上而下的原則。當(dāng)用戶程序執(zhí)行結(jié)束后，PLC控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映像區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外部設(shè)備。

PLC技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)：具有較強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力、通用性強(qiáng)，控制程序可變、功能強(qiáng)，適用面較廣、編程簡(jiǎn)單，上手難度低、降低控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工的工作強(qiáng)度并且體積和重量具有明顯優(yōu)勢(shì)。

PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用有以下幾個(gè)方面：

①PLC技術(shù)在控制模擬量中的應(yīng)用。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中存在例如溫度、流速、壓強(qiáng)、液位等連續(xù)變化的模擬量，應(yīng)用PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬量與數(shù)字量進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換，即A/D和D/A轉(zhuǎn)換，使模擬量可以轉(zhuǎn)換成能夠被記錄和追蹤的數(shù)字量，這樣一來就能夠控制模擬量，同時(shí)PLC對(duì)模擬量也可以進(jìn)行監(jiān)控。

②PLC技術(shù)在開關(guān)量控制中的應(yīng)用。PLC技術(shù)在控制系統(tǒng)中不斷實(shí)踐和應(yīng)用的整個(gè)過程，關(guān)鍵是利用編程存儲(chǔ)器代替繼電器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制。

③PLC技術(shù)在閉環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。將PLC技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)閉環(huán)控制中，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化甚至智能化控制，不僅控制效率得到了提升，而且還更好的保障了閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2）PAC技術(shù)

（1）基本概念。PAC（可編程化自動(dòng)控制器，programmableautomationcontroller）的概念定義為：控制引擎的集中，涵蓋PLC用戶的多種需要，以及制造業(yè)廠商對(duì)信息的需求。PAC包括PLC的主要功能和擴(kuò)大的控制能力，以及PC-based控制中基于對(duì)象的、開放數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)連接等功能。從技術(shù)層面分析，PAC是一種總線型分布式控制系統(tǒng)，PAC系統(tǒng)總線技術(shù)作為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的一種通信方式，具有傳輸速度快、數(shù)據(jù)量大、易于擴(kuò)展安裝和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

（2）技術(shù)特點(diǎn)。PAC的技術(shù)特點(diǎn)：PAC結(jié)合了PC的處理器、內(nèi)存及軟件，并且擁有PLC的穩(wěn)定性、堅(jiān)固性和分布式本質(zhì)，PAC采取開放式結(jié)構(gòu)，使用COTS（commercialoftheshelt），也就是它是選用市面上已經(jīng)成熟可用的產(chǎn)品組合成PAC平臺(tái)。它具有如下優(yōu)勢(shì)：

①提高生產(chǎn)率和操作效率。一個(gè)通用輕便控制引擎和綜合工程開發(fā)平臺(tái)允許快速地開發(fā)、實(shí)施和遷移；且由于它的開放性和靈活性，確保了控制、操作、企業(yè)級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的無縫集成，優(yōu)化了工廠流程。

②降低操作成本。使用通用、標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)，降低了操作成本，讓工程師們能為一個(gè)體現(xiàn)成本效益、使用現(xiàn)貨供應(yīng)的平臺(tái)選擇不同系統(tǒng)部件，而不是專有產(chǎn)品和技術(shù)。

③使用戶對(duì)其控制系統(tǒng)擁有更多控制力，使用戶擁有更多靈活性來選擇適合每種特殊應(yīng)用的硬件和編程語言，以他們自己的時(shí)間表來規(guī)劃升級(jí)，并且可在任何地方設(shè)計(jì)、制造產(chǎn)品。

3）PAC與PLC的主要區(qū)別

①PAC的性能是基于它的輕便控制引擎和標(biāo)準(zhǔn)、通用、開放的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、嵌入式硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及背板總線。

②PAC采用通用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)、通用的嵌入式硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其處理器可以使用高性能CPU。

③PAC系統(tǒng)的編程軟件為同一平臺(tái)，包括邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、過程控制和人機(jī)界面等各功能。

綜上所述，高新技術(shù)快速發(fā)展的背景下，PLC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。將先進(jìn)的PLC技術(shù)應(yīng)用于電氣工程自動(dòng)化控制領(lǐng)域，解決了傳統(tǒng)技術(shù)存在的諸多的不足。同時(shí)新一代控制系統(tǒng)PAC已經(jīng)在我國(guó)機(jī)械、冶金、化工、水處理、交通等行業(yè)的自動(dòng)化控制中得到了應(yīng)用，效果良好。

DCS系統(tǒng)技術(shù)

1）基本概念

DCS是集散控制系統(tǒng)（distributedcontrolsystem）的簡(jiǎn)稱，也可直譯為分散控制系統(tǒng)或分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)，通信、顯示和控制等技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。

DCS控制系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互發(fā)展?jié)B透而產(chǎn)生的。它既不同于分散的儀表控制系統(tǒng)，又有別于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，而是在吸收了兩者的基礎(chǔ)上發(fā)展完善起來的一門系統(tǒng)控制技術(shù)。

2）結(jié)構(gòu)組成

DCS的結(jié)構(gòu)是一個(gè)分布式系統(tǒng)，從整體邏輯結(jié)構(gòu)上講，是一個(gè)分支樹結(jié)構(gòu)。其縱向結(jié)構(gòu)分為過程控制級(jí)、控制管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)三級(jí)遞階結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)由3部分組成，即集中管理部分、分散控制檢測(cè)部分和網(wǎng)絡(luò)通信部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

（1）集中管理部分。集中管理部分包括工程師站、操作員站和上位機(jī)。

①工程師站：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、控制組態(tài)、系統(tǒng)生成與下裝；

②操作員站：人機(jī)接口，由PC系統(tǒng)負(fù)責(zé)生產(chǎn)工藝的控制、過程狀態(tài)顯示、報(bào)警狀態(tài)顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的顯示打印等。

③上位機(jī)：即管理計(jì)算機(jī)，它實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度管理、優(yōu)化及計(jì)算、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理與分析決策等層次的管理和計(jì)算。

（2）分散控制部分。

分散控制部分的功能是：

①現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)模擬量、數(shù)字量和脈沖量的輸入輸出并進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理；

②各種控制回路的運(yùn)算；

③控制運(yùn)算結(jié)果的直接輸出。

（3）網(wǎng)絡(luò)通信部分。

網(wǎng)絡(luò)通信部分包括局域網(wǎng)和控制網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)間的接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)各種功能站之間的數(shù)據(jù)、指令的通信傳輸。

3）特點(diǎn)及應(yīng)用

DCS控制系統(tǒng)是采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，由過程控制級(jí)、控制管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)所組成的一個(gè)以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的集中顯示操作管理，控制相對(duì)分散，具有靈活配置、組態(tài)方便的多級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

隨著DCS的性能提高、功能增強(qiáng)、價(jià)格下降、產(chǎn)品系列增多，其市場(chǎng)銷售量逐年增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)化工和石化企業(yè)應(yīng)用DCS最為普遍，有100%的大型乙炔廠，95%的大型氨廠都安裝了DCS控制系統(tǒng)尤其是所有新建的化工裝置，不論規(guī)模大小，都無一例外地采用了DCS控制系統(tǒng)。

3.FCS過程控制系統(tǒng)技術(shù)

1）基本概念

FCS（fieldbuscontrolsystem，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）是一種基于DCS/PLC發(fā)展起來的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從控制室到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的雙向串行數(shù)字通信總線連接，F(xiàn)CS中的“現(xiàn)場(chǎng)”更多的是指現(xiàn)場(chǎng)中的設(shè)備，不是指具體的位置[4]。

2）技術(shù)特點(diǎn)

FCS在工控化領(lǐng)域的技術(shù)特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

①增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)信息的集成能力。FCS技術(shù)的應(yīng)用和大力推廣，提高了工控領(lǐng)域在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)被控對(duì)象的控制和協(xié)調(diào)能力，特別是用戶能夠通過現(xiàn)場(chǎng)的總線從被控設(shè)備中獲取大量極其具有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息。

②具有開放性、互換性、可操作性等優(yōu)勢(shì)。FCS跟DCS區(qū)別之一，就是它通信協(xié)議的對(duì)外開放性，其結(jié)果是有利于不同系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，彼此能夠建立起通信機(jī)制。由于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的設(shè)備都具有相同標(biāo)準(zhǔn)的總線協(xié)議，這樣由現(xiàn)場(chǎng)總線控制的設(shè)備都具有了互換性和可操作性的特點(diǎn)，從而減少了用戶的備品備件，節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)成本。

③具有可靠性高和可維護(hù)性好的特點(diǎn)。如果要確保整個(gè)系統(tǒng)能夠安全的運(yùn)行，系統(tǒng)就要實(shí)時(shí)的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有被控設(shè)備進(jìn)行不停的檢測(cè)和診斷，且這種診斷方式必須是在線的模式。另外，系統(tǒng)在對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控期間，所有現(xiàn)場(chǎng)的控制參數(shù)都是預(yù)先設(shè)置好的，如果系統(tǒng)檢測(cè)到故障，馬上在線修改參數(shù)值，這充分體現(xiàn)了FCS可維護(hù)性的特點(diǎn)。

FCS技術(shù)從開始在工控領(lǐng)域推廣，尤其在石油化工行業(yè)應(yīng)用之后，其逐步在世界工業(yè)大范圍得到應(yīng)用和推廣。FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)在相關(guān)選礦企業(yè)中深入應(yīng)用，對(duì)企業(yè)發(fā)展有重要的作用。FCS技術(shù)經(jīng)過實(shí)踐證明，現(xiàn)場(chǎng)總線模式為工控領(lǐng)域控制系統(tǒng)帶來很多益處。尤其是在環(huán)境惡劣的場(chǎng)所，F(xiàn)CS充分發(fā)揮了其獨(dú)有的抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸快且準(zhǔn)確無誤等技術(shù)特點(diǎn)。

部分行業(yè)核心技術(shù)特征

在各行業(yè)領(lǐng)域的中大型起重、搬運(yùn)設(shè)備以及盾構(gòu)機(jī)的單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，該類設(shè)備實(shí)際運(yùn)行工況中對(duì)低速大轉(zhuǎn)矩、帶負(fù)載電機(jī)動(dòng)態(tài)自學(xué)習(xí)、多電機(jī)剛性同步、防搖擺等控制技術(shù)有著較高的要求，在國(guó)產(chǎn)變頻器產(chǎn)品進(jìn)入港口起重及盾構(gòu)機(jī)領(lǐng)域之前，該領(lǐng)域變頻器產(chǎn)品長(zhǎng)期被安川、西門子、ABB、丹弗斯等國(guó)外品牌所壟斷。

中交天和（2021年盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)量全國(guó)第三）聯(lián)合研發(fā)成果“全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)主驅(qū)動(dòng)高性能變頻器”經(jīng)中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)于2019年組織的專家委員會(huì)鑒定認(rèn)為“項(xiàng)目整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中帶載低速動(dòng)態(tài)自學(xué)習(xí)技術(shù)和帶負(fù)載觀測(cè)器的Droop主動(dòng)控制技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，項(xiàng)目已取得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型成果，對(duì)于高性能變頻器的國(guó)產(chǎn)化及在我國(guó)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)主驅(qū)動(dòng)上的應(yīng)用具有重要意義，市場(chǎng)前景廣闊”。

中鐵工程裝備（2021年盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)量全國(guó)第一）聯(lián)合研發(fā)成果“大型盾構(gòu)機(jī)/TBM控制系統(tǒng)核心部件開發(fā)”經(jīng)中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)和中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)于2021年聯(lián)合組織的專家委員會(huì)鑒定認(rèn)為“項(xiàng)目核心部件創(chuàng)新性強(qiáng)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平”，其中由公司主導(dǎo)完成研發(fā)的變頻器部件經(jīng)鑒定認(rèn)為“采用定子磁鏈校正算法，提高了變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)零速輸出轉(zhuǎn)矩；研制出盾構(gòu)/TBM專用變頻器，解決了動(dòng)態(tài)負(fù)載突變條件下多電機(jī)同步的難題。

智能操控系統(tǒng)是在設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化基礎(chǔ)上，針對(duì)各行業(yè)各類中大型起重、輸送設(shè)備不同作業(yè)場(chǎng)景進(jìn)行研究與分析，結(jié)合自身的技術(shù)儲(chǔ)備，開發(fā)出的“軟硬件一體化”產(chǎn)品，其技術(shù)核心在于結(jié)合特定工況需求對(duì)軟件系統(tǒng)構(gòu)架的搭建、各構(gòu)架層算法或軟件的開發(fā)、各類硬件的選型與布置、以及對(duì)軟硬件一體化的調(diào)試與融合。

如國(guó)產(chǎn)智能操控系統(tǒng)目前已規(guī)模化應(yīng)用于港口、水泥等行業(yè)的起重、輸送設(shè)備，報(bào)告期內(nèi)，公司持續(xù)進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)與開發(fā)，成功完成港口門機(jī)、岸橋、堆取料機(jī)等機(jī)型的智能操控系統(tǒng)研發(fā)并實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)規(guī)模化應(yīng)用，其中“多門機(jī)協(xié)同作業(yè)智能控制系統(tǒng)”經(jīng)中國(guó)港口協(xié)會(huì)組織的科技成果評(píng)價(jià)（中港協(xié)評(píng)字[2023]第007號(hào)），認(rèn)為“已取得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新性成果，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，其中多門機(jī)協(xié)同作業(yè)智能控制的工程應(yīng)用達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。港口門機(jī)作業(yè)自動(dòng)化目前在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，未來發(fā)展空間較大。”

（1）變頻器

①變頻器基本概念

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過把電壓與頻率固定不可調(diào)的交流電（通常來自電網(wǎng)端）通過“整流—逆變”成電壓和頻率可變可調(diào)的交流電，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備上電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備整體運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)速控制。

變頻器通常由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)等單元組成。整流是指對(duì)電網(wǎng)輸入的三相不可調(diào)交流電進(jìn)行整流，將交流電整流成直流電；濾波是通過對(duì)電路中所需頻率之外的電信號(hào)或諧波進(jìn)行濾除，以獲得所需頻率段質(zhì)量較高的電源；逆變是指將直流電轉(zhuǎn)化成為電壓和頻率可變可調(diào)的交流電；制動(dòng)單元主要是對(duì)電機(jī)運(yùn)行過程中由于減速或勢(shì)能下降所產(chǎn)生的再生電能進(jìn)行及時(shí)消耗，避免由于返回電能過大導(dǎo)致變頻器直流電路電壓過高，從而產(chǎn)生損壞。

通常情況下，制動(dòng)單元是通過在直流電路上直接并聯(lián)制動(dòng)電阻，對(duì)電機(jī)再生發(fā)電返回的電能直接通過電阻轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉。

變頻器產(chǎn)品根據(jù)電壓等級(jí)不同，可以分為低壓變頻器（690V以下）和中高壓變頻器，目前低壓變頻器占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。根據(jù)中國(guó)工控網(wǎng)《2022年中國(guó)自動(dòng)化市場(chǎng)白皮書》顯示，2021年度我國(guó)低壓變頻器市場(chǎng)占整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模的80.86%。

低壓變頻器根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)或電機(jī)組數(shù)量的不同可以分為單傳動(dòng)變頻器和多傳動(dòng)變頻器。

單傳動(dòng)變頻器是指一個(gè)變頻器包含一個(gè)逆變器，同時(shí)只能驅(qū)動(dòng)一個(gè)或一組電機(jī)，其工作原理與上圖“變頻器基本工作原理示意圖”一致，產(chǎn)品功率范圍涵蓋0.4kW至1,120kW。多傳動(dòng)變頻器是指一個(gè)變頻器包含多個(gè)逆變器，同時(shí)能驅(qū)動(dòng)多個(gè)或多組電機(jī)。

多傳動(dòng)變頻器是針對(duì)各行業(yè)對(duì)節(jié)能減排、綠色發(fā)展的訴求推出節(jié)能型產(chǎn)品，主要應(yīng)用定位于港口機(jī)械、盾構(gòu)機(jī)等功率相對(duì)高、能耗相對(duì)大、且存在多電機(jī)組協(xié)同作業(yè)的設(shè)備或設(shè)備組。

多傳動(dòng)變頻器通常由一個(gè)整流回饋單元連接并聯(lián)在直流線路上的多個(gè)逆變器，驅(qū)動(dòng)多個(gè)或多組電機(jī)運(yùn)行，產(chǎn)品功率范圍涵蓋5.5kW至2,400kW。

多傳動(dòng)變頻器主要通過以下兩方面實(shí)現(xiàn)了電能的循環(huán)利用，達(dá)到節(jié)能降耗的目的：一方面，通過在直流電路并聯(lián)多個(gè)逆變器，可同步驅(qū)動(dòng)多個(gè)或多組不同頻率運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)，不同電機(jī)或電機(jī)組之間電能可以互相連通，使得處于發(fā)電狀態(tài)的電機(jī)所產(chǎn)生的再生電能可以直接用于驅(qū)動(dòng)處于用電狀態(tài)的其他電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；另一方面，電網(wǎng)端通過用“LCL濾波+IGBT整流”組合成的“整流回饋單元”代替了傳統(tǒng)的二極管整流，實(shí)現(xiàn)了電流的雙向高質(zhì)量流通，即當(dāng)所有電機(jī)整體處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，再生電能不再通過電阻轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉，而是直接通過整流回饋單元返回至電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)電能的循環(huán)利用。

（2）行業(yè)專機(jī)

行業(yè)專機(jī)是根據(jù)不同行業(yè)客戶在具體應(yīng)用場(chǎng)景中對(duì)設(shè)備自動(dòng)化控制的驅(qū)控一體化、功能集成化、裝配空間集約化等一系列個(gè)性化需求，在變頻器的基礎(chǔ)上，添加各類行業(yè)專用控制器、傳感、安全保護(hù)等功能模塊或配件，并集成為一體形成專機(jī)形態(tài)。相較于單一變頻器，行業(yè)專機(jī)功能更加多元化，產(chǎn)品更加集約化，操作更加方便。

盡管專機(jī)產(chǎn)品根據(jù)不同客戶需求增加了其他功能模塊或配件，但其主要工作原理、技術(shù)特征及核心功能模塊仍與變頻器產(chǎn)品趨同，仍然是相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，而非提供簡(jiǎn)單的系統(tǒng)集成服務(wù)。

智能操控系統(tǒng)

（1）智能操控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

設(shè)備智能操控系統(tǒng)是公司通過對(duì)港口、水泥等行業(yè)各類大型起重、輸送設(shè)備不同作業(yè)場(chǎng)景進(jìn)行研究與分析，在了解市場(chǎng)需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身的技術(shù)儲(chǔ)備，開發(fā)出的“軟硬件一體化”產(chǎn)品，產(chǎn)品主要用于對(duì)各類大型起重、輸送設(shè)備群的遠(yuǎn)程或自動(dòng)化操控，以實(shí)現(xiàn)該類設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)過程的自動(dòng)化。

大型起重、輸送設(shè)備傳統(tǒng)的操控方式都是由人員在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)或設(shè)備上的司機(jī)室進(jìn)行操控，該類設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境中普遍存在噪聲、粉塵等因素，且受天氣寒熱影響大，因此傳統(tǒng)的操控方式普遍存在操控人員工作環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度高、對(duì)身體傷害大等特征，且工作效率受操控人員精神狀態(tài)、工作經(jīng)驗(yàn)、晝夜及氣候變化等因素影響，生產(chǎn)效率不穩(wěn)定，同時(shí)安全性也得不到根本保障。

安裝了智能操控系統(tǒng)的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控或者完全自動(dòng)化操控，相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)操控方式，大大改善了操控人員工作環(huán)境、減少職業(yè)健康危害，同時(shí)可以節(jié)省用工數(shù)量、降低操作出錯(cuò)率、提高設(shè)備作業(yè)效率與作業(yè)質(zhì)量。

智能操控系統(tǒng)屬于“軟硬件一體化”產(chǎn)品。硬件部分主要包括各類具備傳感、傳輸、控制、算力等功能的硬件或軟件載體，硬件部分除了變頻器以外，主要通過外采取得；軟件部分主要包括各類感知、決策、執(zhí)行及交互類算法或軟件，根據(jù)不同行業(yè)設(shè)備的作業(yè)需求，結(jié)合硬件產(chǎn)品特性搭建軟件系統(tǒng)構(gòu)架，并自主開發(fā)各構(gòu)架層算法或軟件。

主要是根據(jù)客戶具體訴求，結(jié)合設(shè)備工況環(huán)境，自行設(shè)計(jì)技術(shù)方案，并根據(jù)方案對(duì)各類硬件進(jìn)行選型、采購、現(xiàn)場(chǎng)安裝布置，同時(shí)于硬件中安裝程序或軟件，并完成軟硬件各項(xiàng)功能調(diào)試，形成軟硬件高度一體化融合的智能操控系統(tǒng)，操控設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)作業(yè)。

智能操控系統(tǒng)具備信息化程度高、軟硬件融合度好、功能全面、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。

智能操控系統(tǒng)的軟硬件整體架構(gòu)一般可分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和交互層四個(gè)層級(jí)：

①數(shù)據(jù)層是對(duì)基礎(chǔ)信息的采集，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的生成、采集、優(yōu)化及存儲(chǔ)。信息采集主要包括通過攝像儀、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、紅外熱像儀、位置標(biāo)識(shí)卡、編碼器等各類數(shù)據(jù)采集與感知設(shè)備，完成對(duì)圖像、三維點(diǎn)云、位置等各類基礎(chǔ)信息的收集；以及通過建立客戶生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)與公司智能操控系統(tǒng)之間的通信，實(shí)時(shí)獲取客戶的生產(chǎn)作業(yè)指令信息；

②服務(wù)層是對(duì)基礎(chǔ)信息的有效處理、傳輸與決策，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)指令的在智能操控系統(tǒng)各構(gòu)架層之間的有效通信，以及完成作業(yè)指令的自動(dòng)化執(zhí)行。

服務(wù)層是智能操控系統(tǒng)的核心技術(shù)支撐，通過搭建系統(tǒng)構(gòu)架、開發(fā)各層級(jí)軟件并對(duì)硬件進(jìn)行安裝布置與集成，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化作業(yè)。底層通過自行開發(fā)點(diǎn)云3D重建、機(jī)器視覺、多模態(tài)融合感知、決策規(guī)劃等技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)層獲取的基礎(chǔ)信息進(jìn)行解析，轉(zhuǎn)化成能被智能操控系統(tǒng)有效識(shí)別的信息；中層根據(jù)設(shè)備自動(dòng)化作業(yè)的需求，利用解析后的基礎(chǔ)信息針對(duì)性開發(fā)出系統(tǒng)各功能子系統(tǒng)（如定位系統(tǒng)、引導(dǎo)與糾偏系統(tǒng)、作業(yè)對(duì)象識(shí)別系統(tǒng)、吊具防搖系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)等），并通過軟件系統(tǒng)形成決策指令；上層通過PLC通信程序建立智能操控系統(tǒng)與設(shè)備上單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的通信，根據(jù)決策指令引導(dǎo)設(shè)備全自動(dòng)完成作業(yè)，或者通過交互平臺(tái)的智能操控軟件進(jìn)行人工遠(yuǎn)程操控完成作業(yè)。

③應(yīng)用層是智能操控系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，即產(chǎn)品的最終具體應(yīng)用。智能操控系統(tǒng)除能實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)流程自動(dòng)化外，可以衍生出設(shè)備管理、作業(yè)區(qū)域管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析等多種應(yīng)用功能。

④交互層是人機(jī)交互界面，提供用戶與系統(tǒng)的友好訪問與互動(dòng)。交互層是智能操控系統(tǒng)的可視化界面與遠(yuǎn)程操控平臺(tái)，傳統(tǒng)的設(shè)備操控交互層位于設(shè)備上的操作室，智能操控系統(tǒng)的交互層位于遠(yuǎn)程的中控室。

自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品與單機(jī)自動(dòng)化

單機(jī)自動(dòng)化即單臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)化控制，主要是通過設(shè)備自身的自動(dòng)化控制系統(tǒng)帶動(dòng)設(shè)備的各機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)，利用人工現(xiàn)場(chǎng)操控設(shè)備完成單臺(tái)設(shè)備的各項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)指令。設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括控制層、驅(qū)動(dòng)層和執(zhí)行層，而控制層與驅(qū)動(dòng)層通過系統(tǒng)集成商進(jìn)行集成組合形成電控系統(tǒng)，實(shí)際操控中，由人工通過設(shè)備上的人機(jī)聯(lián)動(dòng)臺(tái)（即人機(jī)界面）輸入操控作業(yè)指令，指令通過電控系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成頻率、電壓可調(diào)整的交流電輸出，從而控制執(zhí)行層電機(jī)（也稱電動(dòng)機(jī)或馬達(dá)）的轉(zhuǎn)動(dòng)，最終帶動(dòng)設(shè)備各機(jī)械單元按預(yù)期規(guī)劃運(yùn)轉(zhuǎn)從而完成作業(yè)指令。

自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品是單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心組成部件，其對(duì)應(yīng)單機(jī)自動(dòng)化層級(jí)。

智能操控系統(tǒng)與生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化

智能操控系統(tǒng)是在設(shè)備單機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備群操控的遠(yuǎn)程化或自動(dòng)化，即實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)過程的自動(dòng)化。智能操控系統(tǒng)并不改變單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制路徑，而是在單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上“做加法”。

智能操控系統(tǒng)可以替代人的感官、四肢及部分腦力分析與決策。主要是通過智能控制技術(shù)替代人工現(xiàn)場(chǎng)操控設(shè)備，使得設(shè)備或設(shè)備群在不需要人工干預(yù)的情況下按照既定操作指令與程序運(yùn)轉(zhuǎn)，完成各項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)指令。

①智能操控系統(tǒng)對(duì)人的感官的替代

通過在設(shè)備外部及作業(yè)區(qū)加裝攝像儀、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、紅外熱像儀、位置標(biāo)識(shí)卡、編碼器等各類數(shù)據(jù)采集與感知設(shè)備，并進(jìn)行設(shè)備二次開發(fā)，主要用于代替人的感官對(duì)周邊環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

②智能操控系統(tǒng)對(duì)人的大腦分析與決策的替代

通過搭建軟硬件系統(tǒng)構(gòu)架，對(duì)各類具備傳輸、控制、算力等功能的硬件或軟件載體進(jìn)行選型、采購、現(xiàn)場(chǎng)安裝布置，同時(shí)于硬件中安裝公司自主研發(fā)的各類決策、執(zhí)行及交互類算法或軟件，形成具有分析與決策功能的“軟硬件一體化”智能系統(tǒng)，主要用于代替人的大腦對(duì)感官獲取的信息進(jìn)行處理、分析與決策。

③智能操控系統(tǒng)對(duì)人的四肢操作的替代

通過建立智能操控系統(tǒng)與單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)間的通信程序，將決策指令自動(dòng)傳送給單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，并引導(dǎo)設(shè)備或設(shè)備群完成生產(chǎn)作業(yè)指令，主要用于代替人的四肢對(duì)操控手柄進(jìn)行操控并完成生產(chǎn)作業(yè)。

智能操控系統(tǒng)能部分或全部替代人工的感官、四肢及部分腦力分析與決策活動(dòng)，在不需要人工介入的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)各類大型起重、輸送設(shè)備群的遠(yuǎn)程或自動(dòng)化操控，完成生產(chǎn)作業(yè)，其對(duì)應(yīng)生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化層級(jí)。（

管理系統(tǒng)軟件與生產(chǎn)管理自動(dòng)化

管理系統(tǒng)軟件是在設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化以及作業(yè)流程自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體行業(yè)客戶對(duì)整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理自動(dòng)化的訴求，針對(duì)性開發(fā)的自動(dòng)化與信息化軟件產(chǎn)品，旨在幫助客戶實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動(dòng)化。

自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程圖：

經(jīng)過多年積累，行業(yè)擁有了電機(jī)矢量控制、整流回饋控制、帶負(fù)載電機(jī)動(dòng)態(tài)自學(xué)習(xí)、同步控制、回轉(zhuǎn)平穩(wěn)控制、防搖擺控制、回轉(zhuǎn)斷電平穩(wěn)減速控制、起重機(jī)制動(dòng)器失效保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域自主研發(fā)的核心技術(shù)，具備從技術(shù)成果向產(chǎn)品應(yīng)用快速轉(zhuǎn)化的技術(shù)能力體系，包括底層軟件算法、技術(shù)設(shè)計(jì)能力、產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力、產(chǎn)品創(chuàng)新優(yōu)化能力等，從而促進(jìn)產(chǎn)品迅速迭代并落地生產(chǎn)，有效滿足下游客戶對(duì)產(chǎn)品的各類需求。

2020年以來，交通運(yùn)輸領(lǐng)域、建材工業(yè)、工程機(jī)械、高端制造、信息技術(shù)等行業(yè)領(lǐng)域一系列重要法律法規(guī)政策相繼出臺(tái)；交通運(yùn)輸領(lǐng)域，新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、立體交通網(wǎng)建設(shè)、現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展等政策導(dǎo)向有力推動(dòng)港口碼頭作業(yè)裝備自動(dòng)化、集裝箱碼頭堆場(chǎng)自動(dòng)化建設(shè)和自動(dòng)化改造、碼頭起重設(shè)施遠(yuǎn)程自動(dòng)操控改造；建材工業(yè)領(lǐng)域，綠色低碳循環(huán)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系目標(biāo)指引下，建材產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得明顯進(jìn)展，能耗、碳排放強(qiáng)度下降等政策目標(biāo)有力推動(dòng)水泥、玻璃、陶瓷等行業(yè)生產(chǎn)方式的自動(dòng)化、智能化、自動(dòng)化變革；工程機(jī)械、高端制造、信息技術(shù)等領(lǐng)域，完善產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈及提高制造業(yè)數(shù)字化水平等政策導(dǎo)向有力支撐推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展。

工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展概覽

工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品是現(xiàn)代化工廠實(shí)現(xiàn)規(guī)模、高效、精準(zhǔn)、智能、安全生產(chǎn)的重要前提和保證，應(yīng)用十分廣泛，發(fā)展前景良好。進(jìn)入21世紀(jì)以來，以人工智能、機(jī)器人技術(shù)、電子信息技術(shù)等為代表的第四次工業(yè)革命進(jìn)一步整合機(jī)械和電子系統(tǒng)，工業(yè)自動(dòng)化水平進(jìn)一步提升，與之相應(yīng)的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備需求也不斷增長(zhǎng)。

我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，尤其在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的大背景下，我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、工廠自動(dòng)化和企業(yè)信息化均需要大量工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，市場(chǎng)潛力巨大。中國(guó)工控網(wǎng)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2022年，我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到2,611億元，同比增長(zhǎng)3.2%。伴隨供給側(cè)改革進(jìn)一步深化，預(yù)計(jì)2023年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2,822億元。

近些年，我國(guó)政府制定的工業(yè)自動(dòng)化控制產(chǎn)業(yè)政策對(duì)行業(yè)發(fā)展起到了積極地引導(dǎo)和支持作用，國(guó)產(chǎn)品牌憑借快速響應(yīng)、成本、服務(wù)等本土化優(yōu)勢(shì)不斷縮小與國(guó)際巨頭在產(chǎn)品性能、技術(shù)水平等方面的差距，市場(chǎng)份額自2009年的24.80%逐漸增長(zhǎng)到2022年的43.70%，工控行業(yè)正進(jìn)入一個(gè)國(guó)產(chǎn)品牌全面替代進(jìn)口品牌的快速發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)廠商市場(chǎng)占有率將有望不斷提高。

隨著控制工程學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、計(jì)算機(jī)軟件、嵌入式軟件、電力電子、機(jī)電一體化、網(wǎng)絡(luò)通訊等學(xué)科的不斷發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)日益完善，基于信息化帶動(dòng)工業(yè)化生產(chǎn)的理念，智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、平臺(tái)化、集成化將成為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的主要方向。

（2）變頻器行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)

①變頻器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模

變頻器通過應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速、軟啟動(dòng)、節(jié)能等功能，此外變頻器還能通過連接PLC進(jìn)行更準(zhǔn)確有效的控制，在工業(yè)自動(dòng)化中發(fā)揮著重要作用。根據(jù)工作電壓，可分為中低壓與高壓變頻器，低于3KV的歸為中低壓變頻器（低于690V的為低壓變頻器），發(fā)行人自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品屬于低壓變頻器。

根據(jù)中國(guó)工控網(wǎng)數(shù)據(jù)，2020-2022年，我國(guó)低壓變頻器市場(chǎng)規(guī)模分別達(dá)到236.0億元、283.0億元、290.0億元，同比增長(zhǎng)分別為11.85%、19.92%、2.47%，2022年以來整體經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)恢復(fù)態(tài)勢(shì)，隨著投資穩(wěn)定增長(zhǎng)和出口訂單回流，整體低壓變頻器市場(chǎng)表現(xiàn)良好，預(yù)計(jì)2025年低壓變頻器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到334.8億元。2016-2025年我國(guó)低壓變頻器市場(chǎng)規(guī)模及增速如下：

從下游應(yīng)用領(lǐng)域來看，低壓變頻器涉及下游應(yīng)用領(lǐng)域較廣，前五大應(yīng)用領(lǐng)域包括起重機(jī)、電梯、紡織、冶金和電力領(lǐng)域，2021年前五大行業(yè)領(lǐng)域占比為43%。

A、港口、建機(jī)等應(yīng)用在起重領(lǐng)域的低壓變頻器市場(chǎng)容量

根據(jù)中國(guó)工控網(wǎng)數(shù)據(jù)，2020-2022年，我國(guó)低壓變頻器市場(chǎng)規(guī)模分別達(dá)到236.0億元、283.0億元、290.0億元，預(yù)計(jì)2025年低壓變頻器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到334.8億元，其中應(yīng)用在起重領(lǐng)域的低壓變頻器市場(chǎng)占比9%。

假設(shè)應(yīng)用在起重領(lǐng)域的低壓變頻器市場(chǎng)占比維持在9%，則2020-2022年，我國(guó)應(yīng)用在起重領(lǐng)域的低壓變頻器市場(chǎng)規(guī)模分別達(dá)到21.24億元、25.47億元、26.10億元，預(yù)計(jì)2025年應(yīng)用在起重領(lǐng)域的低壓變頻器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到30.13億元，較2022年復(fù)合增長(zhǎng)率為4.90%。

B、盾構(gòu)機(jī)械低壓變頻器市場(chǎng)容量

根據(jù)中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)掘進(jìn)機(jī)械分會(huì)統(tǒng)計(jì)，自2018年以來，我國(guó)盾構(gòu)機(jī)年生產(chǎn)總量一直穩(wěn)定在600-700臺(tái)之間。按照每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)使用1臺(tái)套主驅(qū)動(dòng)變頻器（鑒于盾構(gòu)機(jī)其他輔助變頻器占比很小，暫不考慮）、每臺(tái)套主驅(qū)動(dòng)變頻器單價(jià)按照武漢港迪技術(shù)2022年盾構(gòu)專機(jī)產(chǎn)品平均單價(jià)63.55萬元測(cè)算，我國(guó)盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)變頻器市場(chǎng)規(guī)模約為3.81億元至4.45億元之間。

目前盾構(gòu)領(lǐng)域變頻器市場(chǎng)整體仍然由丹弗斯、ABB、施耐德等外資品牌占據(jù)主導(dǎo)地位，未來市場(chǎng)仍具備較好的國(guó)產(chǎn)替代空間。經(jīng)過十余年的高速發(fā)展，城市軌道交通領(lǐng)域?qū)Χ軜?gòu)機(jī)產(chǎn)品銷售需求已趨于平穩(wěn)。同時(shí)隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，盾構(gòu)機(jī)朝著機(jī)型多元化、智能化方向發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸也從主要應(yīng)用于城市軌道交通領(lǐng)域拓展到水利水電排水廊建設(shè)、鐵路隧道工程、礦山隧道工程等場(chǎng)景，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展。總體來看，預(yù)計(jì)未來中國(guó)盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)變頻器市場(chǎng)規(guī)模將保持總體穩(wěn)定。

②變頻器行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

隨著用戶需求日趨多樣化，變頻器市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，同時(shí)越來越多的新型技術(shù)和材料被應(yīng)用在變頻器研制中，變頻器產(chǎn)品也加快向智能化、定制化、集成化和節(jié)能化方向發(fā)展。

由于數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能制造的持續(xù)推進(jìn)，變頻器作為智能制造的驅(qū)動(dòng)單元，也正在邁向智能化。變頻器不僅能完成節(jié)能調(diào)速、轉(zhuǎn)矩控制、位置控制等驅(qū)動(dòng)功能，也能夠?qū)︱?qū)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)、電流、速度、溫度等多維度數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)故障診斷、故障預(yù)警以及預(yù)測(cè)性維護(hù)等。隨著市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，用戶需求更加多樣化。變頻器在不斷滿足功能和性能需求的同時(shí)，需要不斷適應(yīng)用戶操作習(xí)慣，滿足安裝簡(jiǎn)便、空間節(jié)省、多臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備融合兼容等需求。起重機(jī)械專用變頻器、電梯控制專用變頻器、空調(diào)專用變頻器等定制機(jī)型開始在細(xì)分機(jī)型種類中獲得客戶的認(rèn)可和青睞。這些行業(yè)定制化變頻器不但可以提供適應(yīng)性更好的控制策略，而且能降低設(shè)備的綜合成本。

隨著各行各業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的系統(tǒng)化與集成化越來越高，用戶對(duì)行業(yè)的整體解決方案的需求日益凸顯，變頻器作為工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品也朝著集成化方向發(fā)展。變頻器與PLC控制器、PID調(diào)節(jié)器和通信單元等集成在一起，組成高可靠性、多功能的一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案。集成化的變頻器產(chǎn)品不僅可以精簡(jiǎn)控制系統(tǒng)，還可降低成本并提高可擴(kuò)展性，可滿足客戶更多復(fù)雜需求。

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略深入各主要行業(yè)門類，工業(yè)生產(chǎn)中環(huán)保要求日益提高，變頻器運(yùn)行產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)帶來的污染也逐漸被加以重視。采用低諧波技術(shù)、變頻調(diào)制方法等技術(shù)的變頻器也因此近年來開始誕生，該類型變頻器諧波污染小，功率因數(shù)高，工作的可靠性與安全性高。

A、港口、建機(jī)等應(yīng)用在起重領(lǐng)域的低壓變頻器發(fā)展趨勢(shì)

起重領(lǐng)域?yàn)榈蛪鹤冾l器最大應(yīng)用領(lǐng)域之一。從發(fā)展趨勢(shì)來看，起重領(lǐng)域的低壓變頻器正在主要向智能化、定制化、集成化等方向發(fā)展。

智能化方面，起重領(lǐng)域變頻器逐漸從實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)速、轉(zhuǎn)矩控制、位置控制等驅(qū)動(dòng)功能的基礎(chǔ)上，發(fā)展到能夠?qū)ζ鹬仉姍C(jī)振動(dòng)、電流、速度、溫度等多維度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)以及對(duì)起重機(jī)溜鉤、沖頂、落地等外部運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)，實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行、智能化操作、安全運(yùn)行。

定制化方面，隨著市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，用戶需求更加多樣化，起重機(jī)械專用變頻器需要不斷適應(yīng)用戶操作習(xí)慣，滿足安裝簡(jiǎn)便、空間節(jié)省、多臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備融合兼容等需求，定制化程度預(yù)計(jì)進(jìn)一步提高。

集成化方向，伴隨著提高運(yùn)行效率及提高擴(kuò)展性的設(shè)備運(yùn)行需求，用戶對(duì)行業(yè)整體解決方案的需求日益凸顯，起重機(jī)械變頻器與控制器、調(diào)節(jié)器和通信單元等集成在一起可組成高可靠性、多功能的一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案，朝著集成化方向發(fā)展。

B、盾構(gòu)機(jī)械低壓變頻器發(fā)展趨勢(shì)

盾構(gòu)領(lǐng)域?qū)儆诘蛪鹤冾l器細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域，從發(fā)展趨勢(shì)來看，盾構(gòu)機(jī)械特殊的機(jī)械架構(gòu)、作業(yè)工況決定該領(lǐng)域變頻器發(fā)展趨勢(shì)主要為定制化、高可維護(hù)性等方向。

定制化方面，由于盾構(gòu)施工的環(huán)境惡劣，高溫、高濕、多塵、振動(dòng)不可避免，且不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致施工環(huán)境差異較大，柜體防護(hù)、冷卻散熱、凝露預(yù)防、冷卻液泄露和刀盤脫困等功能與變頻調(diào)速功能需要結(jié)合具體盾構(gòu)機(jī)械需要進(jìn)行定制整合。

高可維護(hù)性方面，盾構(gòu)工程施工空間有限，機(jī)械尺寸要求嚴(yán)格，施工環(huán)境密閉而且通常要求長(zhǎng)時(shí)間不停機(jī)作業(yè)，這就要求盾構(gòu)領(lǐng)域變頻器必須采用模塊化設(shè)計(jì)等方案提高可維護(hù)性，確保作業(yè)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）智慧港口行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景

①智慧港口行業(yè)簡(jiǎn)介

智慧港口是利用新一代信息技術(shù)，將港口運(yùn)輸業(yè)務(wù)和管理創(chuàng)新深度融合，使港口更加集約、高效、便捷、安全、綠色，具有生產(chǎn)智能、管理智慧、服務(wù)柔性、保障有力等鮮明特征的現(xiàn)代港口運(yùn)輸新業(yè)態(tài)。

智慧港口的設(shè)施配置主要涉及物流交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)、信息化基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)以及港口運(yùn)輸裝卸裝備。智慧港口建設(shè)模式既包括新建和改擴(kuò)建自動(dòng)化碼頭，也包括對(duì)碼頭現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造。智慧港口整體建設(shè)模式及全局技術(shù)架構(gòu)圖如下：

②智慧港口行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)水平

A.重要港口發(fā)力智慧港口建設(shè)

我國(guó)已成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體和第一大貿(mào)易國(guó)，我國(guó)港口建設(shè)也迎來快速發(fā)展。近年來，智能化程度已成為衡量港口競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)，在相關(guān)政策鼓勵(lì)支持下，各大港口緊抓數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展契機(jī)，積極推動(dòng)智慧港口建設(shè)，引領(lǐng)港口智能化發(fā)展。

目前智慧港口建設(shè)可主要分為新建自動(dòng)化碼頭、改擴(kuò)建自動(dòng)化碼頭、對(duì)現(xiàn)有碼頭設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造等模式，多個(gè)重要港口采取不同方式發(fā)力智慧港口建設(shè)。新建自動(dòng)化碼頭、改擴(kuò)建自動(dòng)化碼頭方面，自2016年3月廈門遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭建成以來，上海洋山港四期、青島港前灣一期二期、天津港五洲國(guó)際、深圳媽灣、日照石臼、天津港北疆C段等新建或改造的全自動(dòng)化碼頭和堆場(chǎng)自動(dòng)化碼頭相繼建成并投入運(yùn)營(yíng)。

深圳媽灣港是我國(guó)首個(gè)由傳統(tǒng)碼頭升級(jí)改造成的自動(dòng)化碼頭，并于2021年11月正式開港。深圳媽灣港依托人工智能、5G、北斗導(dǎo)航等技術(shù)，將大型港口機(jī)械與智慧操作新技術(shù)結(jié)合，原海星碼頭4個(gè)泊位升級(jí)改造為全新的自動(dòng)化集裝箱港區(qū)，與現(xiàn)有港區(qū)一體化運(yùn)營(yíng)，建成現(xiàn)代化智慧港口。

根據(jù)公開資料，我國(guó)已經(jīng)全面掌握自動(dòng)化集裝箱碼頭全鏈條關(guān)鍵技術(shù)，具備世界先進(jìn)水平，并已走出國(guó)門助力以色列、阿聯(lián)酋建設(shè)自動(dòng)化碼頭；截至2022年9月，我國(guó)已建成14座自動(dòng)化集裝箱碼頭，另有10座自動(dòng)化集裝箱碼頭在建。

對(duì)現(xiàn)有碼頭設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造方面，寧波舟山港近年來將智慧港口建設(shè)作為重要戰(zhàn)略任務(wù)，不斷提升港口自動(dòng)化水平；2018年3月，建成全國(guó)首個(gè)5G港口基站；2019年4月，寧波舟山港實(shí)現(xiàn)5G+龍門吊起重機(jī)遠(yuǎn)程控制等創(chuàng)新應(yīng)用試驗(yàn)；隨著大型設(shè)備逐步遠(yuǎn)程化、智能化作業(yè)，寧波舟山港的自動(dòng)化率已接近五成，作業(yè)鏈整體運(yùn)作效率提升15%以上。

根據(jù)2022年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，截至2022年末我國(guó)港口萬噸級(jí)及以上泊位2,751個(gè)，其中沿海港口萬噸級(jí)及以上泊位2,300個(gè)，內(nèi)河港口萬噸級(jí)及以上泊位451個(gè)；從用途結(jié)構(gòu)看，專業(yè)化萬噸級(jí)及以上泊位1,468個(gè)，通用散貨萬噸級(jí)及以上泊位637個(gè)，通用件雜貨泊位434個(gè)。目前大量傳統(tǒng)集裝箱碼頭和散貨碼頭傳統(tǒng)的作業(yè)方式仍處于主流，在政策推動(dòng)和重要港口智慧化建設(shè)帶動(dòng)下，中小型港口和傳統(tǒng)碼頭智慧化建設(shè)將會(huì)進(jìn)一步深化。

B.智慧港口底層技術(shù)日臻成熟

近年來，我國(guó)5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能等領(lǐng)域的發(fā)展為港口的自動(dòng)化、智慧化提供了底層技術(shù)支持。依托圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)港口閘口、集裝箱編碼等進(jìn)行識(shí)別，并依托自動(dòng)化運(yùn)輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)港口低延遲通信及高帶寬視頻傳輸，為智慧港口各個(gè)板塊的聯(lián)動(dòng)發(fā)展提供基礎(chǔ)技術(shù)支持。

在底層技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合各個(gè)港口的實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀和業(yè)態(tài)特征，以數(shù)據(jù)中臺(tái)為基礎(chǔ)集中融合物聯(lián)及互聯(lián)數(shù)據(jù)，搭建智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和大型設(shè)備智能監(jiān)測(cè)/操控系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)。結(jié)合港口內(nèi)部前沿智能裝卸設(shè)備、堆場(chǎng)智能裝卸設(shè)備和水平智能裝卸設(shè)備，通過對(duì)應(yīng)的前沿裝卸管理系統(tǒng)、堆場(chǎng)裝卸管理系統(tǒng)及車輛運(yùn)輸管理系統(tǒng)的統(tǒng)籌實(shí)現(xiàn)港口從整體管理、監(jiān)測(cè)、統(tǒng)籌控制全流程的智能化操作運(yùn)營(yíng)，從而提升港口生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率、強(qiáng)化港口安全生產(chǎn)管理、實(shí)現(xiàn)港口綠色低碳目標(biāo)。

C.各類港口機(jī)械遠(yuǎn)程操控應(yīng)用場(chǎng)景日益拓展

港口機(jī)械設(shè)備主要負(fù)責(zé)港口集裝箱的裝卸和搬運(yùn)，包括岸邊集裝箱起重機(jī)（岸橋）、集裝箱龍門起重機(jī)（場(chǎng)橋）等。其中岸邊集裝箱起重機(jī)是港口碼頭用于從運(yùn)輸船舶上裝卸集裝箱，而集裝箱龍門起重機(jī)則用于在港口碼頭或集裝箱堆場(chǎng)內(nèi)堆放物料及運(yùn)輸貨物。此外還涉及散貨裝卸機(jī)械設(shè)備，包括散貨作業(yè)中常用的門座式起重機(jī)，以及散貨裝船機(jī)、卸船機(jī)、堆料機(jī)、斗輪堆取料機(jī)等。

集裝箱裝卸設(shè)備、散貨裝卸機(jī)械設(shè)備是自動(dòng)化碼頭新建或升級(jí)改造的核心設(shè)備。通過自動(dòng)化控制改造后，司機(jī)在中控室即可觀看多路視頻進(jìn)行操作，完成各類裝卸設(shè)備所有作業(yè)動(dòng)作。例如單臺(tái)場(chǎng)橋遠(yuǎn)程控制一般需要回傳多路監(jiān)控視頻，對(duì)視頻傳輸帶寬需求要求較高，同時(shí)中控室與起重設(shè)備之間的通信對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求也較高。隨著底層技術(shù)成熟及港口智慧化需求不斷挖掘，各類港口機(jī)械遠(yuǎn)程操控應(yīng)用場(chǎng)景日益拓展。

③智慧港口行業(yè)市場(chǎng)空間

我國(guó)智慧港口建設(shè)已從探索階段逐步走向成熟，各地智慧港口落地進(jìn)程加快。

2022年1月，國(guó)務(wù)院《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》提出推進(jìn)大連港、天津港、青島港等港口既有集裝箱碼頭智能化改造，同時(shí)加快新一代自動(dòng)化碼頭的建設(shè)。為響應(yīng)《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》的要求，全國(guó)沿海、沿江主要省市相應(yīng)出臺(tái)智慧港口發(fā)展政策，我國(guó)智慧港口建設(shè)將迎來政策紅利期和快速發(fā)展期，智慧港口建設(shè)的市場(chǎng)規(guī)模也將逐步增大。

④智慧港口行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

由于智慧港口建設(shè)投資大、周期長(zhǎng)、要素多，并面臨技術(shù)儲(chǔ)備、資本積累、創(chuàng)新能力、人力資源等不足的情況，智慧港口的內(nèi)涵也在不斷豐富。我國(guó)智慧港口的發(fā)展將繼續(xù)圍繞物流供應(yīng)鏈協(xié)同化、運(yùn)營(yíng)智能化等趨勢(shì)發(fā)展。

物流供應(yīng)鏈協(xié)同化方面，港口充分利用處于物流供應(yīng)鏈中心的優(yōu)勢(shì)，在更高層面上整合與優(yōu)化物流鏈資源，推進(jìn)跨行業(yè)、跨部門、跨區(qū)域的物流鏈高效協(xié)同，提高港口全程物流服務(wù)核心競(jìng)爭(zhēng)力；物理層面，港口進(jìn)一步完善碼頭、堆場(chǎng)、倉庫、環(huán)保等基礎(chǔ)設(shè)施、支持保障系統(tǒng)和港口集疏運(yùn)系統(tǒng)，建立便捷、安全、高效、可靠的港口全程物流服務(wù)體系；業(yè)務(wù)層面，圍繞以港口為核心樞紐的綜合物流體系，加強(qiáng)港口物流上下游資源整合與集成，促進(jìn)港口全程物流鏈服務(wù)相關(guān)方業(yè)務(wù)協(xié)同與高效銜接；信息層面，打造互聯(lián)互通的智能云服務(wù)平臺(tái)，保障全程物流鏈開放、透明、高效，促進(jìn)港口服務(wù)鏈中的物流、信息流、資金流高效運(yùn)轉(zhuǎn)，為港口物流上下游客戶提供全方位價(jià)值鏈服務(wù)。

運(yùn)營(yíng)智能化方面，一方面，港口充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)、控制算法技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及智能化機(jī)械設(shè)備等，推進(jìn)實(shí)現(xiàn)港口作業(yè)調(diào)度、平面運(yùn)輸及堆場(chǎng)作業(yè)等全過程自動(dòng)化、智能化，提升碼頭運(yùn)作能力；另一方面，通過大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等手段應(yīng)用，打通港口物流供應(yīng)鏈的信息孤島，整合港口物流鏈信息資源，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能化運(yùn)營(yíng)服務(wù)，全面提升港口運(yùn)營(yíng)效率與生產(chǎn)力水平。

智慧港口集裝箱、散貨裝卸搬運(yùn)設(shè)備自動(dòng)化及半自動(dòng)化智能操控系統(tǒng)及相關(guān)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品將順應(yīng)智慧港口流供應(yīng)鏈協(xié)同化、運(yùn)營(yíng)智能化總體發(fā)展趨勢(shì)，將繼續(xù)拓展在物流供應(yīng)鏈協(xié)同中不同設(shè)備、不同系統(tǒng)中、不同信息平臺(tái)中的應(yīng)用場(chǎng)景，以及提升支撐港口運(yùn)營(yíng)數(shù)字化、智能化方面產(chǎn)品功能。

水泥智能化發(fā)展現(xiàn)狀及前景

①水泥智能化發(fā)展現(xiàn)狀

水泥工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是改善人居條件、治理生態(tài)環(huán)境和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要支撐。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展由高速增長(zhǎng)階段向高質(zhì)量發(fā)展的轉(zhuǎn)換，水泥行業(yè)的發(fā)展目前正處于新舊動(dòng)能更迭的關(guān)鍵階段，自動(dòng)化、智能化和信息化水平參差不齊，亟需采用貼合生產(chǎn)工藝機(jī)理的智能化和信息化技術(shù)，推動(dòng)生產(chǎn)、管理和營(yíng)銷模式從局部、粗放向全流程、精細(xì)化和綠色低碳發(fā)展方向變革，解決資源、能源與環(huán)境的約束問題，提高生產(chǎn)制造水平和效能，實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

我國(guó)水泥行業(yè)智能化發(fā)展仍處于起步階段，不同層次企業(yè)自動(dòng)化、智能化和信息化水平參差不齊，尤其是在水泥物料傳輸、水泥聯(lián)合儲(chǔ)庫進(jìn)出料等工況復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化水平還有待提高。水泥行業(yè)存量市場(chǎng)大，近年來水泥行業(yè)的市場(chǎng)集中度較快提升，水泥企業(yè)降本、提效、增質(zhì)的壓力大，水泥行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)開放、數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用比較積極等因素都促進(jìn)了近年來工業(yè)智能化技術(shù)在水泥行業(yè)的較快應(yīng)用。華潤(rùn)水泥、安徽海螺集團(tuán)有限責(zé)任公司、焦作千業(yè)水泥有限責(zé)任公司等一大批水泥龍頭企業(yè)也積極發(fā)力，紛紛利用工業(yè)智能化技術(shù)賦能水泥行業(yè)各大業(yè)務(wù)場(chǎng)景降本增效。

智能水泥工廠建設(shè)成為水泥產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的重要載體，涵蓋了智能控制、智能管理、智能物流、智能分析和智能服務(wù)等方面內(nèi)容，通過生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制、生產(chǎn)信息的數(shù)字化收集處理、全局的智能化協(xié)同等手段，使生產(chǎn)制造更加透明化，極大提高了水泥產(chǎn)品質(zhì)量水平。

根據(jù)麥肯錫咨詢公司公開數(shù)據(jù)，智能化、數(shù)字化將是水泥工廠降本增效、節(jié)能減排的關(guān)鍵舉措，可以將每噸水泥的利潤(rùn)提升3-6美元，讓工廠的成本曲線升至同等技術(shù)裝備工廠中排名前25%的水平。水泥行業(yè)智能化對(duì)水泥整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)效率和利潤(rùn)的貢獻(xiàn)將會(huì)日益凸顯。

②水泥智能化主要應(yīng)用場(chǎng)景

水泥行業(yè)的智能化正在穩(wěn)步推進(jìn)，主要應(yīng)用場(chǎng)景在以下方向：生產(chǎn)流程自動(dòng)化有助于提高生產(chǎn)效率。水泥行業(yè)具有無間斷的生產(chǎn)特性，一旦停機(jī)可能造成巨額經(jīng)濟(jì)損失，通過機(jī)器視覺、AI檢測(cè)等技術(shù)手段，第一時(shí)間排除生產(chǎn)故障，保障生產(chǎn)的連續(xù)性。通過自動(dòng)化系統(tǒng)，降低了生產(chǎn)系統(tǒng)操作難度，提升設(shè)備的可操作性，加快了生產(chǎn)節(jié)奏。

根據(jù)各自企業(yè)現(xiàn)有工藝情況量身制定完整、標(biāo)準(zhǔn)、自動(dòng)控制的操作方式，減少操作員人為干預(yù)，避免了人力執(zhí)行的不確定性，推動(dòng)生產(chǎn)更加高效。例如傳統(tǒng)的水泥聯(lián)合儲(chǔ)庫存在進(jìn)出料或庫存缺少準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)空間利用率低、作業(yè)過程缺乏總體規(guī)劃、物料堆放隨意導(dǎo)致清庫難等問題，智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)通過數(shù)字化、智能化手段，運(yùn)用路徑規(guī)劃、多機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)調(diào)度技術(shù)把原來人為的主觀經(jīng)驗(yàn)變成自動(dòng)化運(yùn)行物料系統(tǒng)從而提高生產(chǎn)效率。

設(shè)備運(yùn)行數(shù)字化有利于生產(chǎn)連續(xù)性和穩(wěn)定性。水泥生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量眾多，導(dǎo)致設(shè)備檢修工作量大、備品備件庫存壓力大。設(shè)備一旦發(fā)生突發(fā)故障，無法按計(jì)劃生產(chǎn)，不但會(huì)影響生產(chǎn)進(jìn)度，也無法保證產(chǎn)品質(zhì)量。提高設(shè)備可靠性、減少故障停機(jī)成為數(shù)字化生產(chǎn)的重要方向，通過數(shù)據(jù)分析可以提前進(jìn)行預(yù)知性檢修和檢查，加快故障分析判斷進(jìn)度，進(jìn)而提升維修速度，有效保障水泥生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

水泥智能化有助于提升安全與環(huán)境管理水平。水泥生產(chǎn)的不安全因素較多，本公司人員安全防護(hù)，外來人員安全識(shí)別、行走路線、危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)警等都可通過數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)有效的辨別。環(huán)境管理方面，強(qiáng)化環(huán)境污染的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過機(jī)器視覺和AI分析，避免污染事件的發(fā)生；強(qiáng)化生產(chǎn)工藝管理，自動(dòng)調(diào)節(jié)氨水、脫硫劑等輔助材料及添加，達(dá)到控制指標(biāo)值，降低能源消耗，減少環(huán)境污染。

③水泥智能化市場(chǎng)空間

根據(jù)數(shù)字水泥網(wǎng)，近十年來伴隨水泥熟料產(chǎn)量增加，中國(guó)水泥行業(yè)碳排放量呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，從2009年的9.71億噸逐步達(dá)到2020年的13.75億噸。在工業(yè)大類中水泥行業(yè)2020年排放的二氧化碳在我國(guó)排放總量占比僅次于鋼鐵行業(yè)。

水泥行業(yè)作為國(guó)內(nèi)碳排放重要來源，水泥行業(yè)節(jié)能減排對(duì)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和的“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。國(guó)務(wù)院及各部委對(duì)水泥行業(yè)減排的重視程度日益提高，并提出了產(chǎn)能置換、智能化、綠色化改造升級(jí)等具體舉措。國(guó)家發(fā)改委《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南（2022年版）》提出到2025年，水泥行業(yè)能效標(biāo)桿水平以上的熟料產(chǎn)能比例達(dá)到30%，能效基準(zhǔn)水平以下熟料產(chǎn)能基本清零，行業(yè)節(jié)能降碳效果顯著，綠色低碳發(fā)展能力大幅增強(qiáng)。工信部、發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》，推動(dòng)水泥行業(yè)企業(yè)實(shí)施節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、減污、降碳等系統(tǒng)性清潔生產(chǎn)改造，助力行業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型，到2025年水泥熟料單位產(chǎn)品綜合能耗水平下降3%以上。政策目標(biāo)約束下，水泥熟料生產(chǎn)線向“小改大”“綠色化”“智能化”發(fā)展，逐步改造置換落后產(chǎn)能有望成為水泥行業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)。

根據(jù)全球最大的水泥技術(shù)裝備工程系統(tǒng)集成服務(wù)商中材國(guó)際（股票代碼：600970）公開披露信息顯示，我國(guó)目前在運(yùn)行的水泥熟料生產(chǎn)線中運(yùn)轉(zhuǎn)10年以上的線大概有1,400余條，均有著智能化改造的需求。

根據(jù)申萬宏源、中郵證券、開源證券等多家研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2022年到2025年水泥行業(yè)完成智能化改造產(chǎn)線數(shù)量在500條至880條之間，單條水泥產(chǎn)線智能化改造成本在2,500萬元至4,300萬元之間。假設(shè)均按照保守估計(jì)到2025年完成500條水泥產(chǎn)線智能化改造，單條水泥產(chǎn)線智能化改造投資為2,500萬元，則2022-2025年國(guó)內(nèi)水泥產(chǎn)線智能化改造潛在空間合計(jì)為125億元，國(guó)內(nèi)水泥產(chǎn)線智能化改造年均市場(chǎng)規(guī)模為31.25億元。未來在“雙碳”政策約束下，水泥智能化、數(shù)字化改造景氣度有望保持高位，水泥行業(yè)智能化市場(chǎng)發(fā)展空間也將擴(kuò)大。

④水泥智能化行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)水泥智能化行業(yè)已催生豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，如無人機(jī)巡檢、協(xié)同作業(yè)、遠(yuǎn)程控制、設(shè)備安全運(yùn)維、水泥庫裂紋檢測(cè)等。但是由于技術(shù)實(shí)施方面的困難，企業(yè)自身?xiàng)l件的限制等因素，水泥行業(yè)智能操控系統(tǒng)及應(yīng)用大多數(shù)情況下并沒有實(shí)現(xiàn)較好的融合與集成，由此導(dǎo)致水泥行業(yè)的制造業(yè)要素難以實(shí)現(xiàn)全要素連接，企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，生產(chǎn)和管理決策的智能化水平提升有限。

為了實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)雙碳環(huán)境下降本、增效、節(jié)能、降耗的政策強(qiáng)約束，水泥企業(yè)也必然加快實(shí)施覆蓋生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全環(huán)節(jié)、全流程綜合集成的智能操控系統(tǒng)應(yīng)用，智能操控系統(tǒng)技術(shù)服務(wù)商也需要在全面洞悉水泥行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期經(jīng)營(yíng)發(fā)展的基礎(chǔ)上，充分應(yīng)用新一代信息技術(shù)助力賦能企業(yè)生產(chǎn)方式、管理模式、經(jīng)營(yíng)模式的加速變革。

起重機(jī)械行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

起重機(jī)械主要包括橋式、門式起重機(jī)、流動(dòng)式起重機(jī)、門座式起重機(jī)，也包括塔式起重機(jī)、升降機(jī)、纜索式起重機(jī)、桅桿式起重機(jī)、機(jī)械式停車設(shè)備。起重機(jī)械主要是在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行物料的裝卸、運(yùn)輸、升降、分揀、堆垛、儲(chǔ)存和配送，有時(shí)還需要對(duì)物料進(jìn)行計(jì)量、識(shí)別、跟蹤、管理和搬運(yùn)加工，可以應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、商品流通和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的重要工具。橋式、門式起重機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域較廣，以水泥行業(yè)為例，橋式、門式起重機(jī)可在生產(chǎn)、倉儲(chǔ)等環(huán)節(jié)于車間、倉庫和料場(chǎng)進(jìn)行物料吊運(yùn)作業(yè)。

橋式、門式起重機(jī)行業(yè)是資源和技術(shù)密集性行業(yè)，隨著行業(yè)不斷發(fā)展與成熟，智能化、專業(yè)化、系統(tǒng)化、綠色化、全生命周期服務(wù)成為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。

據(jù)中國(guó)重型機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2017-2021年，我國(guó)橋、門式起重機(jī)銷量持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，從2017年的8.6萬臺(tái)增長(zhǎng)到2021年11.69萬臺(tái)；2017-2021年我國(guó)橋、門式起重機(jī)銷售額為360億元、393億元、432億元、460億元及472億元。

建筑機(jī)械（工程機(jī)械）行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

建筑機(jī)械（工程機(jī)械）指為城鄉(xiāng)建設(shè)、鐵路、公路、港口碼頭、農(nóng)田水利、電力、冶金、礦山等各項(xiàng)基本建設(shè)工程服務(wù)的機(jī)械，主要有塔式起重機(jī)、汽車起重機(jī)、挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、鏟土運(yùn)輸機(jī)械等，是裝備工業(yè)的重要組成部分。

工程機(jī)械行業(yè)內(nèi)企業(yè)不斷發(fā)展創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型升級(jí)，持續(xù)推出更加優(yōu)質(zhì)可靠、高效環(huán)保的工程機(jī)械，為滿足新的市場(chǎng)需求打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。近年來，得益于新基建熱潮，我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)市場(chǎng)需求增加，市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)。“十三五”期間，我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)呈現(xiàn)出規(guī)模、效益、品牌價(jià)值、國(guó)際化、創(chuàng)新研發(fā)和智能制造等全面提升的局面，在高質(zhì)量發(fā)展的道路上穩(wěn)健前行。2017-2021年工程機(jī)械行業(yè)營(yíng)業(yè)收入及同比增長(zhǎng)情況如下：

根據(jù)中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)建筑起重機(jī)械分會(huì)統(tǒng)計(jì)，2016-2021年塔式起重機(jī)銷量觸底進(jìn)入上升周期，塔式起重機(jī)銷售數(shù)量由2016年的8,923臺(tái)上升到2021年60,691臺(tái)。2016-2021年塔式起重機(jī)銷量及同比增長(zhǎng)情況如下：

隨著經(jīng)濟(jì)改革升級(jí)、環(huán)保法規(guī)要求不斷提高，工程機(jī)械行業(yè)將不斷加快轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)程，提升發(fā)展質(zhì)量，從而產(chǎn)生更多市場(chǎng)需求。同時(shí)，行業(yè)替換周期到來以及出口市場(chǎng)逐步恢復(fù)等多重因素均會(huì)推動(dòng)工程機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展。

港口機(jī)械行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

港口機(jī)械指在港口用于貨物裝卸、堆碼、拆垛和搬運(yùn)等作業(yè)的機(jī)械，主要包括港口起重機(jī)械、港口裝卸搬運(yùn)機(jī)械、港口連續(xù)輸送機(jī)械、港口連續(xù)裝卸機(jī)械、其他港口機(jī)械等。目前我國(guó)大型港口機(jī)械的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平，在全球港口機(jī)械市場(chǎng)中也占據(jù)了重要地位，主要生產(chǎn)企業(yè)有振華重工、三一集團(tuán)、中聯(lián)重科等企業(yè)。

由于港口機(jī)械具備在固定場(chǎng)景下作業(yè)的特點(diǎn)，其自動(dòng)化、智能化發(fā)展具備良好的應(yīng)用場(chǎng)景支撐，隨著港口分揀、起重、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)等物流環(huán)節(jié)對(duì)效率和安全性需求的不斷提升，港口機(jī)械的自動(dòng)化、智能化成為行業(yè)發(fā)展方向。

盾構(gòu)機(jī)行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

盾構(gòu)機(jī)（全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)）根據(jù)應(yīng)用地質(zhì)層面的不同分為用于軟土地層或者富水地層施工的全斷面軟土隧道掘進(jìn)機(jī)和用于巖石地層的全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）。從下游應(yīng)用來看，盾構(gòu)機(jī)主要應(yīng)用于城市軌道交通，并逐步向鐵路、水利水電、公路、礦山等領(lǐng)域拓展。伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和隧道施工需求的不斷提升，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)總量穩(wěn)中有升。根據(jù)中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)掘進(jìn)機(jī)械分會(huì)統(tǒng)計(jì)，2012-2022年中國(guó)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)年生產(chǎn)總量及同比變動(dòng)情況統(tǒng)計(jì)如下：

全社會(huì)固定資產(chǎn)投資狀況

工程機(jī)械等機(jī)械設(shè)備市場(chǎng)需求與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等固定資產(chǎn)投資情況緊密相關(guān)。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布數(shù)據(jù)，2020-2022年，全社會(huì)固定資產(chǎn)投資分別為52.73萬億元、55.29萬億元、57.96萬億元，分別比上年增長(zhǎng)2.67%、4.85%、4.83%，固定資產(chǎn)投資維持穩(wěn)健增長(zhǎng)，其中2022年基礎(chǔ)設(shè)施投資同比增長(zhǎng)9.40%，出現(xiàn)較為明顯恢復(fù)態(tài)勢(shì)。2015-2022年全社會(huì)固定資產(chǎn)投資及同比變動(dòng)情況如下：

②港口行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

近年來，我國(guó)港口行業(yè)保持健康穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)，2020年港口行業(yè)業(yè)績(jī)情況受全球供應(yīng)鏈沖擊影響有所下挫，但2021年以來港口行業(yè)業(yè)績(jī)指標(biāo)快速復(fù)蘇，港口行業(yè)業(yè)績(jī)穩(wěn)健態(tài)勢(shì)為港口機(jī)械及港口智能化機(jī)械提供下游需求支撐。2015-2022年港口行業(yè)主要業(yè)績(jī)指標(biāo)及同比增長(zhǎng)情況如下：

我國(guó)港口規(guī)模位居世界首位，根據(jù)中國(guó)交通運(yùn)輸部的數(shù)據(jù)，2022年我國(guó)港口貨物吞吐量為156.85億噸，其中外貿(mào)貨物吞吐量46.07億噸，集裝箱吞吐量2.96億標(biāo)準(zhǔn)箱，2015-2022年港口貨物吞吐量、外貿(mào)貨物吞吐量、集裝箱吞吐量復(fù)合增長(zhǎng)率分別為3.00%、3.33%、4.88%，龐大的港口貨物吞吐量促使港口機(jī)械行業(yè)不斷發(fā)展。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，進(jìn)出口貿(mào)易規(guī)模保持增長(zhǎng)，港口貨物吞吐量的上升推動(dòng)了我國(guó)港口建設(shè)的穩(wěn)定發(fā)展，結(jié)合存量港口機(jī)械替換需求以及智能化升級(jí)改造需要，港口機(jī)械中長(zhǎng)期需求相對(duì)穩(wěn)定。

水泥行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

自1985年以來，中國(guó)水泥產(chǎn)量一直穩(wěn)居世界第一，充足的供應(yīng)保障我國(guó)地產(chǎn)、基建領(lǐng)域建設(shè)，有力地推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。2011-2022年全國(guó)水泥產(chǎn)量在20億-25億噸之間波動(dòng)，近年來供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革政策推動(dòng)水泥行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在高質(zhì)量發(fā)展以及低碳節(jié)能等行業(yè)政策導(dǎo)向推動(dòng)下，作為下游行業(yè)之一，水泥行業(yè)對(duì)橋式、門式起重機(jī)等作業(yè)設(shè)備智能化、節(jié)能化需求將進(jìn)一步得到釋放。

軌道交通行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

根據(jù)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)《城市軌道交通2022年度統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)告》，截至2022年底，我國(guó)共有55個(gè)城市開通城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路308條，運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度10,287.45公里。其中，地鐵運(yùn)營(yíng)線路8,008.17公里，占比77.84%；其他制式城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路2,279.28公里，占比22.16%。2022年新增運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度1,080.63公里。截至2022年底，扣除統(tǒng)計(jì)期末已建成投運(yùn)的城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃線路以及已調(diào)整的項(xiàng)目后，2022年底仍有城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃項(xiàng)目并在實(shí)施的城市共計(jì)50個(gè)，在實(shí)施的建設(shè)規(guī)劃線路總長(zhǎng)6,675.57公里，其中，地鐵4,407.20公里，占比66.02%。隨著城市軌道交通尤其是地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，以及隧道工程現(xiàn)場(chǎng)少人化、自動(dòng)化的要求，盾構(gòu)機(jī)市場(chǎng)需求預(yù)計(jì)將持續(xù)釋放，盾構(gòu)機(jī)市場(chǎng)亦將出現(xiàn)智能化、多元化發(fā)展趨勢(shì)，超大斷面掘進(jìn)機(jī)、小斷面掘進(jìn)機(jī)、異形掘進(jìn)機(jī)、硬巖掘進(jìn)機(jī)、豎井掘進(jìn)機(jī)等機(jī)型數(shù)量會(huì)增多。

行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)狀況

（1）變頻器行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)狀況

變頻器市場(chǎng)格局中，以ABB、西門子和施耐德等為主要代表廠家的歐美系品牌擅長(zhǎng)生產(chǎn)制造大型自動(dòng)化系統(tǒng)所用的變頻器產(chǎn)品，以三菱電機(jī)、安川電機(jī)和富士電機(jī)等為主要代表廠家的日韓系品牌則在小型自動(dòng)化系統(tǒng)變頻器產(chǎn)品中更具優(yōu)勢(shì)。由于多年來持續(xù)的研發(fā)投入，國(guó)產(chǎn)變頻器廠家逐步掌握和積累產(chǎn)品技術(shù)，并在產(chǎn)品性能、可靠性、銷售服務(wù)、成本控制等方面逐漸顯現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)占有率逐步擴(kuò)大。目前在低壓變頻器市場(chǎng)形成了以歐美品牌、日韓系品牌和本土品牌為主的三大品牌格局。2022年，歐美系、日韓系、國(guó)產(chǎn)品牌的市占率分別為51.00%、10.60%、38.40%，具體如下：

根據(jù)中國(guó)工控網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2022年國(guó)內(nèi)低壓變頻器（不含風(fēng)電）前10強(qiáng)企業(yè)中，外資企業(yè)占據(jù)了7席，合計(jì)市場(chǎng)占有率為56.90%，其中ABB、西門子占據(jù)了第一、第三；國(guó)產(chǎn)品牌主要是匯川技術(shù)、臺(tái)達(dá)電子、英威騰分別以18.60%、5.60%、5.30%的市場(chǎng)占有率進(jìn)入了前十，其中匯川技術(shù)位居第二。

（2）智慧港口競(jìng)爭(zhēng)格局

智慧港口是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具備覆蓋對(duì)象廣、技術(shù)選型多、業(yè)務(wù)應(yīng)用復(fù)雜、關(guān)聯(lián)軟硬件產(chǎn)品多的特點(diǎn)，同時(shí)要求高標(biāo)準(zhǔn)的安全性、開放性、實(shí)用性。智慧港口業(yè)務(wù)涵義廣，主要包括智慧口岸、智慧物流、智慧港區(qū)、智慧商務(wù)、智慧運(yùn)營(yíng)、智慧創(chuàng)新等業(yè)務(wù)；技術(shù)應(yīng)用主要包括5G通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、設(shè)備智能診斷、機(jī)器視覺與自主控制等；涵蓋產(chǎn)品類型多，既包括支撐智慧港口建設(shè)的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，如數(shù)據(jù)中心、云平臺(tái)等，也包括各類型的智慧港口設(shè)備，如自動(dòng)化岸橋等，還包括各類支撐智慧港口運(yùn)行的軟件系統(tǒng)，如智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和大型設(shè)備智能監(jiān)測(cè)/操控系統(tǒng)等。正由于新興的智慧港口業(yè)務(wù)場(chǎng)景復(fù)雜，產(chǎn)品類型繁多，目前還沒有廠商能夠領(lǐng)域壟斷該市場(chǎng)，廠商往往根據(jù)自身的業(yè)務(wù)稟賦優(yōu)勢(shì)耕耘市場(chǎng)。

（3）水泥智能化競(jìng)爭(zhēng)格局

我國(guó)目前水泥行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，目前水泥行業(yè)智能化一方面涵蓋操作過程控制、質(zhì)量控制、生產(chǎn)管理控制等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域智能化，另一方面涵蓋采購、銷售、流通等水泥工廠運(yùn)營(yíng)方面的智能化，涉及智能化具體實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)數(shù)量較多。近年來，伴隨著水泥行業(yè)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的加快，水泥行業(yè)智能化廠商已逐漸從工程系統(tǒng)集成、工業(yè)軟件平臺(tái)、設(shè)備智能化解決方案等方面切入細(xì)分領(lǐng)域，但由于水泥智能化應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜，涉及流程繁多，業(yè)內(nèi)廠商通常在細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)發(fā)揮自身的業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)。

審核編輯：湯梓紅