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分布式控制系统,是一种以分散控制、集中操作、分级管理为主要特征的控制系统,其基本功能包括监控现场数据、遥控现场设备。(慧博投研资讯)全球分布式控制系统市场发展主要分为四大阶段,1975年-1980年的初创期;1980年-1990年的成熟期,引入局域网作为系统骨干;1990年-2000年的扩展期,增加上层网络,标准化以太网开始普及;2000年至今的变革期,即将现场控制设备从传统模拟仪表改为现场数字仪表,并用现场总线互联。同为控制层产品,但分布式控制系统与可编程逻辑控制器差别较大,首先从设计原理角度,分布式控制系统侧重于模拟量控制,可编程逻辑控制器更侧重逻辑控制;从起源概念角度,分布式控制系统侧重于向完善的控制系统发展,而可编程逻辑控制器侧重于局部的控制功能完善;且分布式控制系统数据传输及管理能力较强。预计分布式控制系统市场将稳定增长,进口替代进程将持续。我国分布式控制系统发展已经进入稳定增长期,中国分布式控制系统市场发展大致分为三个阶段,80年代-90年代中期的发展萌芽期;90年代中期到2000年的初步探索期,和利时、浙大中控等国内企业初步崭露头角;2000年至今的进口替代期。我们预计未来几年国内分布式控制系统市场复合增速将保持在5-6%,主要增长动力主要来自分布式控制系统售后服务市场兴起、环保型项目带动及政策扶植。目前国内市场中外资品牌基本平分秋色,主要原因一是国内龙头企业技术积累已超过二十年,在系统设计、模块开发、通信结构等分布式控制系统制造核心难点方面均有提高;二是在2007年-2009年左右国内企业选择在食品饮料、精细化工等细分领域寻找突破,聚焦长尾市场战略正确;三是国家在技术和项目上给予企业较大支持。2016年国内品牌市占率约为42%,我们预计未来国内品牌仍将保持市占率提升趋势,主要来自于技术提升、政策扶植和售后响应速度的带动。分布式控制系统在工业互联网中扮演重要角色,是其落地的基础。近几年伴随消费升级及自动化水平提高,分布式控制系统供应商纷纷推出新一代产品,主要发展趋势包括信息化、集成化及更强的包容性。分布式控制系统本身特性及发展趋势使其在工业互联网中将起到重要作用。工业互联网本质是连接工业生产、供应链及产业集群的一张网,其发展的第一步就是实现工厂级应用于设备的互联,主要目的是对底层生产数据进行采集及处理,从而实现全流程控制、监测及判断,而能够实现这一目标最成熟的产品就是分布式控制系统,可以说分布式控制系统的普及是搭建工业互联网体系的第一步,因此从中长期来看,工业互联网发展是大势所趋,分布式控制系统的稳定增长是可持续的。
我们认为国内分布式控制系统市场未来几年将进入到稳定增长阶段,且国产品牌进口替代进程仍将继续,在这一背景下,建议关注和利时。
公司是国内领先的自动化与信息技术解决方案提供商,其分布式控制系统产品广泛应用于电力、石化等领域,是国内唯一进入核电领域的供应商,预计公司分布式控制系统产品将持续实现产品技术进步及客户渠道的开拓。
宏观经济下行影响项目型市场发展,从而导致分布式控制系统市场增速不及预期;
809578450 1726556524 1376039218 13020400 看好investRatingChange.same 173833568 深度报告东方证券股份有限公司经相关主管机关核准具备证券投资咨询业务资格,据此开展发布证券研究报告业务。
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因此,投资者应当考虑到本公司可能存在对报告的客观性产生影响的利益冲突,不应视本证券研究报告为作出投资决策的唯一因素。
DCS,即分布式控制系统,是一种以分散控制、集中操作、分级管理为主要特征的控制系统,其基本功能包括监控现场数据、遥控现场设备。
全球DCS市场发展主要分为四大阶段,1975-1980年的初创期;1980-1990年的成熟期,引入局域网作为系统骨干;1990-2000年的扩展期,增加上层网络,标准化以太网开始普及;2000年至今的变革期,即将现场控制设备从传统模拟仪表改为现场数字仪表,并用现场总线互联。
同为控制层产品,但DCS系统与PLC差别较大,首先从设计原理角度,DCS侧重于模拟量控制,PLC更侧重逻辑控制;从起源概念角度,DCS侧重于向完善的控制系统发展,而PLC侧重于局部的控制功能完善;且DCS数据传输及管理能力较强。
我国DCS发展已经进入稳定增长期,中国DCS市场发展大致分为三个阶段,1980s-90年代中期的发展萌芽期;90年代中期-2000年的初步探索期,和利时、浙大中控等国内企业初步崭露头角;2000年至今的进口替代期。
我们预计未来几年国内DCS市场复合增速将保持在5-6%,主要增长动力主要来自DCS售后服务市场兴起、环保型项目带动及政策扶植。
目前国内市场中外资品牌基本平分秋色,主要原因一是国内龙头企业技术积累已超过二十年,在系统设计、模块开发、通信结构等DCS制造核心难点方面均有提高;二是在2007-2009年左右国内企业选择在食品饮料、精细化工等细分领域寻找突破,聚焦长尾市场战略正确;三是国家在技术和项目上给予企业较大支持。
2016年国内品牌市占率约为42%,我们预计未来国内品牌仍将保持市占率提升趋势,主要来自于技术提升、政策扶植和售后响应速度的带动。
近几年伴随消费升级及自动化水平提高,DCS供应商纷纷推出新一代产品,主要发展趋势包括信息化、集成化及更强的包容性。
工业互联网本质是连接工业生产、供应链及产业集群的一张网,其发展的第一步就是实现工厂级应用于设备的互联,主要目的是对底层生产数据进行采集及处理,从而实现全流程控制、监测及判断,而能够实现这一目标最成熟的产品就是DCS,可以说DCS的普及是搭建工业互联网体系的第一步,因此从中长期来看,工业互联网发展是大势所趋,DCS的稳定增长是可持续的。
投资建议与投资标的我们认为国内DCS市场未来几年将进入到稳定增长阶段,且国产品牌进口替代进程仍将继续,在这一背景下,建议关注和利时(HOLI.O,未评级)。
公司是国内领先的自动化与信息技术解决方案提供商,其DCS产品广泛应用于电力、石化等领域,是国内唯一进入核电领域的供应商,预计公司DCS产品将持续实现产品技术进步及客户渠道的开拓。
风险提示宏观经济下行影响项目型市场发展,从而导致DCS市场增速不及预期;国产品牌进口替代进程不及预期,影响相关公司收入增长。
此外还可以通过编程,实现PID、连锁、顺序控制、计划调度、仓储管理、能源管理等高级功能。
其工作流程为现场设备将收集的如温度、流量、压力等模拟信号通过A/D转换器(信号采集卡)转换为数字信号,而后汇总至IOU单元并通过通信网络存储在主存储器内,通过人机界面显示给操作人员,操作人员可通过人机界面向现场设备发送指令,信息的传输通过通信网络进行。
图1:DCS系统能够实现的功能数据来源:东方证券研究所整理全球第一个DCS系统诞生于1975年,其40多年的发展历史大致可以分为四大阶段,在这一过程中DCS实现了系统功能从底层向高层、构成系统由封闭到相对开放的不断进步。
1975-1980年可以称为DCS系统的初创期,产品以实现控制功能为主,人机界面功能较弱,且各个厂家的系统均由专用产品构成,在通信方面也自成体系,因此这就造成系统不仅销售价格高,同时维护成本也高; 1980-1990年可以称为DCS的成熟期,最大的特点就是引入局域网作为系统骨干,大大增强了系统的扩充余地,在功能方面,顺序控制、逻辑控制等功能逐渐产生,同时人机界面技术也不断进步。
由于技术趋于成熟,市场参与者不断增加,导致DCS价格出现明显下降,开拓了使用范围。
但在网络协议方面,不同厂商仍各自为政,DCS仍是一个完全封闭的系统;电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础5 1990-2000年是DCS系统的扩展期。
这一时期DCS系统实现两方面发展,一是增加上层网络,将生产的管理功能纳入系统,形成DCS产品直接控制、监测协调及上层管理三层典型系统结构;二是在通信网络方面,各个厂商普遍开始使用标准的网络产品,如以太网等,使各厂商DCS至少在底层能够实现互通,大大增强DCS开放性。
同时这一时期DCS使用成本继续下降,一是由于除现场操作站外,人机界面、服务器和基础软件等部分基本均采用市场采购产品,明显降低系统维护成本,二是各厂商产品形态已无明显区别,差异主要集中在不同行业应用密切相关的控制方法及高层管理功能方面,同质性的增强也使产品议价能力下降; 2000年至今是DCS系统的变革期。
到20世纪90年代,DCS系统已经完成在监测协调及上层管理两个层级的数字化进程,唯有现场直接控制层仍然采用模拟仪表进行常规一对一信号传输,这与DCS中上层结构形成较大反差,因此当前阶段DCS的核心任务是实现现场控制设备的变革,即将传统模拟仪表等改为现场数字仪表,并用现场总线互联,这一变革首先能够省略大量A/D转换器的使用,同时将集中IOU单元内化至各台现场数字仪表中,实现彻底的分散控制。
图2:四代DCS产品结构图示数据来源:《分散控制系统和现场总线控制系统及其工程设计》、东方证券研究所由以上DCS系统的发展历史可以总结出目前一个完整的DCS系统一般包括“三级一线”四个部分:过程级(现场控制站)、操作级(操作员站、工程师站)、管理级及通信网络。
其中现场仪表负责采集工艺数据;I/O卡负责将现场设备采集到的模拟信号转换为控制器能够接收的数字信号;继电器柜用于执行过程控制站发出的指令;过程电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础6 控制站负责处理控制命令及逻辑,是一个小型的计算机系统。
软件角度过程级的软件主要负责数据采集、数据预处理、数据输出、数据存储等功能。
主要包括I/O驱动,数据预处理(如滤波处理、不良数据处理、工程量转换等)及本地数据库(存储采集数据);操作级是系统传达指令、操作和更改组态的部分,由操作员站和工程师站组成。
操作站主要执行普通的监控和生产操作任务,工程师站主要能够实现组态修改和系统目标修改的高级功能。
组态软件通常只安装在工程师站中,其实际上是一组“工具”,工程师可通过将“工具”进行“拼接”,形成针对特定应用场景的DCS系统。
管理层级的出现标志着DCS已经从单纯的底层控制功能发展到了更高层次的数据采集、监督控制、生产管理等全场范围的控制管理系统,实际上DCS已经演变为一个将控制功能和管理功能相结合的大型信息系统。
除此之外,DCS的通信网络也十分关键,其决定了DCS系统传输的时效性、稳定性及可扩充性,是整个DCS系统的“神经中枢”。
DCS的通信网络镶嵌在DCS系统三个层次之中,最底层是设备层,指连接I/O模块与现场设备之间的硬接线及同一控制机柜中基本控制单元之间的通信;中间层是连接过程控制站与操作级的通讯网络,主要类型包括ModBus及Profibus;最上层是连接操作级(操作站、工程师站)的数据公路,主要采用以太网结构,及操作级与高层人机接口之间的通信。
图3:典型DCS系统结构(包含高层管理网络) 数据来源:《分散控制系统和现场总线控制系统及其工程设计》、东方证券研究所电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础7 DCS为模拟量控制系统,PLC为局部的逻辑控制产品DCS是在集中分散式控制系统和集中式计算机控制系统两者优点的基础上发展而来的自动化控制系统,而谈到控制层,在工业生产中应用最为广泛的控制类产品一类是DCS,而另一类是PLC,两者同为控制层产品,但在设计原理、起源概念、数据通信和适用场景方面的区别较大。
图4:DCS和PLC是控制类产品中占比最大的两个种类(除运动控制外) 数据来源:中自集团研究部、中研网、睿工业、德佳咨询、东方证券研究所首先从设计原理角度,DCS和PLC的区别较大。
DCS是从模拟量仪表发展起来的,使用功能块封装模拟运算和逻辑运算,因此在处理复杂模拟运算方面表现较好,而PLC产品是从模仿继电器控制器原理发展起来的,以存储执行逻辑运算、顺序控制等指令为主,采用梯形图编程方式,因此在逻辑计算方面速度较快,但在处理模拟量运算方面编程较为困难。
其次从起源概念角度,DCS的核心概念是分散控制,数据集中的计算机控制系统,因此DCS的发展历史是不断运用计算机技术、通讯技术和控制技术构建完整的集散式控制体系,是横向不断拓宽系统的过程;而PLC的核心概念是可编程逻辑控制器,其目的是为了取代继电器,进行逻辑、顺序等控制功能,因此PLC的发展历史是纵向提升各项功能指标,在局部为用户提供可靠的控制装置。
总结起来DCS侧重于向完善的控制系统发展,PLC侧重于局部的控制功能完善。
最后在数据通信角度,DCS由于需要将分散独立的控制器中的数据集中至上层人机交互装置中,因此网络是DCS系统的核心技术门槛。
伴随工业以太网技术的不断发展和进步,目前DCS和PLC在网络方面的差距较小,虽然表面看DCS和PLC均应用工业以太网,但本质上差距仍然较大,一是DCS多采用国际通用的Internet接口,而PLC应用协议种类较多,通用性较差;二是在数据传输方面PLC仍采取数据表的传输结构,数据管理能力较为有限,而DCS的数据通讯是以模块为单位的结构化数据,传输及管理能力较强。
电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础8 基于以上这些特点,两者在应用场景方面差异较大。
由于DCS模拟量运算、结构化发展、数据传输能力强的特点,在大型模拟量控制应用场景中更加合适;而基于PLC逻辑运算、纵向延伸的特点,在小型逻辑控制领域应用更为合适。
目前,利用这两种控制产品各自优势并进行融合使用的情况也越来越多,如和利时HOLLiAS系统及西门子SIMATICPCS7系统均是PLC和DCS相结合的产品。
图5:和利时HOLLiAS系统融合PLC和DCS产品优势数据来源:《分散控制系统和现场总线控制系统及其工程设计》、东方证券研究所功能模块开发、系统设计及网络传输能力是制造核心难点DCS作为一个比较复杂的系统,其开发难度较大,需要突破的制造核心技术难点较多,我们认为DCS的核心制造难点可以从其性能指标评价标准反向推知。
评价DCS主要的性能主要指标包括实时性、精确度、可靠性、安全性和应用场景适应性。
实时性是指系统的各项处理与被控过程变化速度的适应能力,与通信协议设计、系统容量及网络传输能力紧密相关;精确度主要指现场测量和控制的精确程度,与I/O模块分辨率和回路控制精确度有关;可靠性是指系统的平均无故障时间MTBF(Mean Time Between Failure)要尽可能长,与功能模块产品性能及设计合理息相关;最后由于DCS系统与具体应用场景紧密相连,因此其对应用场景的环境、气候等因素的适应性也是重要指标。
总结下来,DCS系统中各功能模块性能水平、系统设计合理性,其中包括系统结构设计、组态开发、通信协议设计、及系统冗余设计,和网络传输能力是三大能够决定DCS系统操作性能的关键因素。
电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础9 图6:DCS评价主要指标及对应制造核心难点数据来源:东方证券研究所整理首先功能模块性能水平和网络传输能力与控制站硬件及通讯模块质量紧密相连,因此这两个技术难点能够通过外部购买的方式予以解决。
例如对于过程控制站的开发,目前我国主要采用PC机卡和进口的通用操作系统进行研发,但这种做法使得过程控制站的开发成本非常高,从而影响DCS供应商的盈利能力。
其次对于系统设计合理性,主要包括系统结构设计、组态开发、通信协议设计、及系统冗余设计等方面内容,这要求DCS供应商对应用场景和客户需求充分理解。
以组态开发为例,由于应用场景和客户需求的多样性,组态开发工程量十分巨大。
并且组态的研发要求企业对工艺全流程的高度理解和吸收,需要软件开发人员、工程人员、硬件人员互相配合。
因此这一技术难点只能通过供应商经验的积累和持续的客户反馈来进行突破,这需要DCS厂商具备足够长时间的技术积累和广泛的客户渠道。
图7:DCS解决核心制造难点的方式数据来源:东方证券研究所电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础10 预计DCS市场稳定增长,进口替代进程将持续我国DCS发展进入稳定增长时期中国DCS市场发展大致可以分为三个阶段。
一是20世纪80年代中期到90年代中期的发展萌芽期,伴随中国重化工业的不断发展,对DCS系统的重视程度也不断提升。
80年代中期,国内许多单位和技术人员都开始进行DCS系统的开发和生产中,但由于资金投入量及软件工程量过大,DCS的研发一度中断。
第二阶段是90年代中期到2000年的初步探索期,90年代中期开始,DCS的部件除功能模块外,其他硬件逐渐向标准化方向发展,网络也可以直接使用以太网,研发难度大幅降低,DCS开发浪潮再度开始,同时这一阶段政府相关部门开始介入DCS产品的开发,在政府无论是资金还是项目的大力支持下,北京和利时、上海新华和浙大中控等企业开始初步崭露头角,年均能够实现几百套的销量,虽然在系统结构成熟度和规模上还远不及进口水平,但已经初步实现规模化生产。
第三阶段是2000年至今的进口替代期,这一阶段国产品牌逐步追赶上进口品牌技术步伐,客户渠道得到广泛开拓。
这一阶段具体还可以分成2000-2006年的快速增长期,2007-2009年的下探调整期及2010年至今的震荡调整期。
其中2000-2006年各领先品牌已经找到较有优势的下游应用领域,例如ABB在火电行业、Honeywell在石化行业,同时该时期DCS行业伴随重化工业的较快发展市场规模得到快速增长,2004-2006年DCS市场规模CAGR为14.3%。
随后在2007-2009年虽然由于经济危机及国内转变经济发展方式等原因DCS市场规模增速进入下行通道,但在该阶段,国内DCS企业开始以较为灵活的市场战略,在煤化工、食品饮料、水处理等分散市场找到空间,实现市占率的较快提升,到2009年,浙大中控和和利时均实现市占率10%的突破。
2010年至今DCS市场进入到震荡调整期,由于DCS产品多应用于项目型市场,因此受经济周期影响较大。
图8:2000年至今国内DCS市场大致分为三个发展阶段数据来源:工控网、前瞻产业研究、东方证券研究所电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础11 通过以上分析我们可以发现近几年DCS市场已经进入到稳定增速时代,主要原因在于近几年国家在火电领域采取不鼓励政策,同时钢铁、冶金、煤化工等项目的停工也对在DCS市场占比较高的石化和化工行业影响较大。
当然,DCS市场也出现一些新的机会,例如电力行业中的脱硫脱硝及新能源发电行业发展空间较大、同时食品饮料、制药及海外EPC项目均有市场规模的较大提升。
伴随供给侧改革的逐步推进,DCS传统重工业新项目数量可能会逐步减少,进入存量市场时代。
但是我们仍然预期我国DCS市场将保持温和的低速增长,主要原因有以下几点: DCS服务业务有力驱动DCS市场发展。
我国的DCS市场有望从“硬件盈利”转变为“服务盈利”;环保型项目给DCS市场带来新机会。
节能减排政策的推进,虽然使得DCS传统重工业型项目数量减少,但同时也创造了许多新的机会。
此外,风电、核电等清洁能源市场新建项目数量越来越多,也将推动DCS市场进一步发展;智能制造领域受到国家政策的重点扶持。
2016年,工信部颁布《智能制造发展规划2016-2020》,指出要重点突破DCS、PLC、高性能高可靠嵌入式控制系统核心产品,并推动其在机床、机器人、石油化工、轨道交通等领域实现集成应用,这对DCS规模发展也将起到较大推动作用。
图9:2017年DCS市场下游应用行业占比数据来源:睿工业、东方证券研究所国产品牌进步巨大,进口替代仍存空间中外资企业平分秋色,国产品牌以中小项目为主电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础12 目前我国DCS市场整体呈现中资品牌与外资品牌平分秋色的状态。
我国从20世纪70年代中后期开始引入国外的DCS系统,应用于化纤、乙烯等项目,伴随国内DCS系统的蓬勃发展,目前活跃在国内DCS市场的主流供应商有近20家,主要可以分为欧美品牌、日系品牌及国产品牌三大集群,欧美品牌以艾默生(Emerson)、霍尼韦尔(Honeywell)、西门子(Siemens)等为代表,项目主要集中于大型电力(600-1000MW)、石化、化工等领域,日系品牌以横河(Yokogawa)为代表,国产品牌包括浙大中控(Supcon)、和利时(Hollysys)、国电智深(Zhishen)等,在建材、市政、化工等领域表现突出。
2016年主要外资品牌的合计市占率为54.4%,国产品牌合计市占率为42%,国产品牌相较外资品牌在市占率方面差距较小。
另外从集中度来看,行业CR5水平呈现逐年提升状态,从2009年的60.2%提升至2016年的72%,说明强者恒强局面已经出现。
图10:2016年国内DCS市场行业竞争格局数据来源:睿工业、东方证券研究所从各品牌历史市占率水平可以看出,国内品牌市占率水平不断提升,浙大中控及和利时的市占率水平从2009年的10.3%/10.1%提升至2016年的19%/18%,这一局面形成的原因主要是技术水平、战略选择和国家扶植三方面原因。
首先从技术水平方面,中资主要DCS品牌是国内最早投身DCS产品研发的企业,到目前已经有超过二十年的技术经验,在系统设计、模块开发、通信架构等方面技术水平均实现较大程度的提高,同时DCS硬件及通信网络标准化程度的提高和向第三方采购的趋势凸显等因素也使中资与外资品牌的技术差距逐步缩小;中资品牌市占率提升的关键时期是2007-2009年左右,在这段时间国内领军品牌浙大中控和和利时均实现市占率10%的突破,主要原因就在于公司发展战略的正确性。
伴随国内经济发展从粗放型的单纯以投资拉动转变为由消费、出口、投资三驾马车并驾齐驱带动的科学发展,长期得益于投资驱动的DCS市场增速自然会出现放缓,这一期间中资品牌采取较为灵活的行业市场策略,在食品饮料、精细化工、水处理等细分市场找到突破口,从相对分散的长尾市场积蓄力量,并逐步实现市占率的提升;电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础13 国家政策的扶植是国产品牌实现市占率突破的又一关键因素。
无论是在技术上还是在项目上,政府相关部门对国产品牌均给予较大支持,使得国内企业普遍在市政等领域表现较好。
虽然国产品牌的进步有目共睹,但外资品牌在技术水平、客户信赖度及供应链方面的优势仍然明显。
首先在技术水平上,国产品牌在功能模块开发、底层产品稳定性和数据传输时效性等方面均有一定提升空间;另外,由于外资品牌技术积累深厚,一直把持着国内大型项目领域,同时由于控制系统是决定工业流程稳定性的关键,因此大型工程项目用户往往会选用在自己行业细分领域已经有一定业绩的国外系统,客户信赖度的积累还需要国产品牌不断努力;最后在供应链方面,由于国际品牌在大型工程项目领域经营多年,已经与相应的一流设备供应商建立稳定的业务关系,第三方供应商也较为熟悉国外品牌的系统。
但国内品牌由于多承接中小项目,因此应用软件多为自己承担,在未来不断向高端、大型项目切入的过程中势必会面临与第三方供应商合作的问题。
图11:国产品牌优劣势分析数据来源:东方证券研究所整理因此总结下来,国内DCS市场目前中资品牌在中小型项目优势明显,而大型项目仍由外资品牌主宰。
目前,中小型的项目市场,我国的厂商凭借价格优势和响应速度等优势,逐步从外资手中占领市场,并形成了非常可观的市场份额,几乎可与外资品牌抗衡。
但在大型的项目方面,如石化、电力等领域,由于控制过程非常复杂,系统的稳定性、可靠性、安全性等要求更高,仍然以外资DCS为主。
技术提升、政策扶植、响应速度推动国产品牌进一步进口替代不同于其他工业自动化产品,DCS属于进口替代进行时间较早,并且效果较为明显的领域,主要原因在于一是领先企业进入该领域时间较早,且多具备国企背景,在技术积累和项目获取上存在一定优势。
虽然目前外资品牌在我国DCS市场已经占据较为可观的市场份额,但我们认为,国产品牌进口替代尚存空间,国产DCS在大型项目方面逐步对外资品牌进行进口替代是未来发展的必然。
目前我国自主研发的DCS系统已经成功应用于电厂600MW、1000MW的超临界机组,证明国产DCS系统在大型火电机组领域已经占据一席之地,电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础14 同时在大型石化项目及核电站等领域相应系统也独立研发成功。
例如中控、和利时等企业,由于起步早,研发实力强,市场占有率已超越外资品牌。
《中国制造2025》中提出五大关键技术装备研制重点,其中明确提到对分散式控制系统(DCS)的大力推广;同时除石化、化工、电力等DCS传统应用领域外,在2017年国家智能制造试点示范名单中出现了DCS在市政、精细化工等领域的应用项目,可见国家对DCS应用推广力度正在不断增强。
DCS的下游市场,如市政、电力、石化等,均与国家基础设施建设紧密相连,因此出于技术扶植及国家安全等因素考虑,本土供应商是这些领域项目的首选。
而相应的国内领先DCS系统供应商多有国资背景,因此,和利时是诸多市政项目,如高铁、核电站,唯一指定的DCS系统供应商。
图12:国家对DCS系统发展进行大力支持政策名称发布部门时间内容中国制造2025国务院2015年5月19日提出五项关键技术装备研制重点,其中在智能传感与控制装备中明确提出要推进分散式控制系统(DCS)的发展2017年国家智能制造试点示范名单工信部2017年10月16日除石化、化工、电力等传统应用行业外,智能制造试点示范项目名单上DCS也在一些新兴行业诸如市政、精细化工等新兴领域得到应用《智能制造工程实施指南(2016-2020年)》 工信部、财政部2016年12月8日提出10大重点任务,其中在智能制造装备创新发展重点部分强调要重点突破分散式控制系统等核心产品,并在机床、机器人、石油化工、轨道交通等领域实现集成应用数据来源:国务院网站、工信部网站、东方证券研究所再者,国产DCS系统性价比优势明显。
从目前已经投入运行的DCS系统来看,国产DCS系统和进口DCS系统性能差距并不大。
以和利时现在主推的HOLLIASMACS系统为例,HOLLAMACS系统又分成HOLLIASMACS-F和HOLLIASMACS-S两个型号,HOLLIASMACS-F系统是针对中小型项目(2万个物理点以内)的DCS系统,单机柜含端子达到1056点;HOLLIASMACS-S是针对大型项目(10万个物理点以内)的DCS系统,单机柜含端子可达720点,在产品参数方面该产品与外资品牌主力产品的差距已经非常有限。
通常来讲,在性能相差不多的情况下,国产DCS要比外资DCS便宜50%左右。
DCS是企业过程控制的核心,对企业正常的生产经营都有非常重要的意义,一旦出现问题,如果不能及时修复,对企业正常的生产经营将造成较大影响。
国产DCS系统如有备件损坏,可以在较短时间内找到替换零部件进行更换,且可以联系厂商售后人员进行维修。
此外,DCS系统老化之后,也需要售后服务人员进行改造、翻新,这些都是本土DCS厂商在售后服务方面的优势。
相比之下对于外资DCS品牌,其备件进货周期长且价格昂贵,售后响应速度慢,这也是中小项目更青睐本土企业的重要原因。
电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础15 目前,在中小型项目市场上,由于利润空间相对较小,外资DCS厂商已开始逐步撤离。
但在大型项目市场上,国产DCS虽然有所突破,但在稳定性方面还是和外资DCS有一定差距;再加上国外DCS在大型项目市场上已经有一定的渠道壁垒,客户已经熟悉甚至习惯使用国外的DCS系统,因此国产品牌在大型项目方面进口替代空间仍然较大。
但整体来看,我们认为伴随国产DCS品牌在技术、政策支持、性价比及售后服务方面优势的不断积累,对外资品牌实现进一步进口替代是大势所趋。
DCS系统是工业互联网落地的基础信息化、集成化、包容性将是DCS未来发展方向近几年在消费升级需求、国际范围内自动化水平提高的背景下,主要DCS供应商纷纷推出更加成熟的DCS系统,这些产品基本上能够代表新一代DCS的特点,我们可以将之概括为信息化、集成化、混合控制系统、包容FCS以增强分散化及低成本。
首先在制造企业对高质量、低成本、低生产库存以及快速响应客户要求的意愿越来越迫切的情况下,DCS信息化的发展成为大势所趋。
信息化的DCS代表着该系统能够集成全公司、全过程的信息,纵向来看,DCS将涵盖最底层装置的各种物理量信息到车间及工厂状态的综合分析,再到最上层的企业资源及未来战略规划;从横向来看,系统能够覆盖从原材料采购计划到半成品的各种状态信息,再到客户关系的管理维护。
可以说新一代DCS基本能够实现全厂实时控制、SCADA监控和MES系统的绝大部分功能,能够提供开放的接口以保证第三方ERP、CRM、SCM等功能的集成。
在功能上,未来的DCS除传统的控制功能外,还将兼具PLC、RTU、FCS等产品的功能;在产品上,以往DCS厂商往往会以自主开发产品为主,但未来DCS供应商将逐渐从硬件生产商转变为系统集成商,组态软件的开发和各种硬件单元将逐渐交给第三方完成,这意味着首先各厂商DCS系统的通用性提升且差异化将缩小,行业技术门槛将有所降低,对下游客户而言DCS维护成本也将降低;其次产品品质的竞争将更加聚焦于系统是否能够符合客户特定应用场景的需求,这将依赖于供应商对各行业生产经营模式的不断积累;最后,DCS供应商建立自身成熟的第三方部件供应链体系将至关重要,稳定的供应链体系对DCS厂商产品质量和盈利空间都是一种强有力的保证。
其次,混合控制系统及包容FCS均是DCS包容其他产品并增强开放性的表现。
混合控制系统代表未来DCS将模糊与PLC在被控对象方面的差异(过程控制和逻辑控制),未来DCS包容过程控制、逻辑控制将成为标配;包容FCS将促进DCS分散化的进一步推进,目前新一代DCS基本均包含各种形式的现场总线接口,支持多种标准的现场总线仪表和执行机构,能够将I/O模块内化至底层仪表处,从而实现真正的分散控制。
目前伴随DCS系统标准化程度逐步提高及信息技术的不断成熟,产品价格也在不断下降,当前一套国产300MW火电机组的DCS系统价格只是20世纪80年代国外DCS系统的三分之一,由此也持续扩大其适用范围。
未来我们预计伴随硬件单价的进一步下降,和包容FCS后对I/O模块及线缆使用量的大幅降低,DCS系统成本的进一步下降仍存在较大空间。
DCS在工业互联网中扮演至关重要的角色电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础16 工业互联网是一个开放性的、全球化的网络,旨在将人、数据和机器连接起来,是全球工业系统与高级计算、分析、传感技术及互联网的高度融合。
在这一过程中主要牵扯到三大要素,一是智能机器,是将已有的机器、设备、团队等通过控制器、传感器等应用程序连接起来,完成工业生产底层数据的采集;二是高级分析,在收集底层数据、产品信息数据、公司策略数据等所有信息之后,需要通过算法对相应数据做分析处理,从而达到监控、预测、判断并实现下达指令等动作;三是工作人员,采集数据并分析数据的最终作用在于辅助工作人员的判断并增强各应用场景中人员的联系。
将以上这些要素融合起来,能够为全球工业系统提供更加高效的生产环境并激发生产潜能。
而工业互联网作为互联网在工业领域中的应用,其本质仍然是一张网,因此其核心技术还是“连接”技术,但工业互联网的实现要比普通互联网难得多,主要原因就在于其通信协议的不统一,以PLC产品为例,不同厂商提供的PLC接口标准、通讯协议均有所不同,另外实现工厂通讯的现场总线也包含了modBus、Can、ProfiBus等多种类别,因此搭建工业互联网可以分为三层架构逐步实现:第一层面是企业内部生产域的互联,以实现设备和生产流程的实时联动;第二层面是实现供需链之间的互联,通过上下游企业间的业务联通实现整条产业链的合作共生;第三层面是产业集群的生态互联,从而使互联网覆盖整个产业生态。
图13:工业互联网通过三层架构逐步实现数据来源:微言创新、东方证券研究所以上我们从最终目的和搭建流程的角度诠释工业互联网的作用和意义,通过以上分析我们可以看到工业互联网发展的第一步是实现工厂级应用于设备的互联,互联的主要目的是对底层生产数据的采集及处理,从而实现生产全流程的控制、监测及判断,而目前实现这一目的最成熟的产品就是DCS系统,伴随上文提到的DCS在信息化、集成化、包容性方面的较快发展,DCS已经成为企业实现从底层设备到上层决策联通的重要系统,可以说DCS的普及是搭建工业互联网体系的第一步,也是实现工厂智能化改造的重要一步,因此我们认为作为工业互联网落地的基础性设备,在工业互联网发展已成大势所趋的背景下,DCS的发展将是可持续性的。
投资建议通过上面的分析,我们认为在未来几年虽然受宏观经济和供给侧改革影响,DCS在传统重工业的项目数量可能会相对减少,但我们认为整体市场规模仍有望保持在5%-6%的稳定增速水平,主要电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础17 原因包括售后服务市场的逐渐扩大、环保型项目的推进及政策对智能制造的持续扶持。
同时,我们认为虽然国内企业在过去的几年已经在技术、客户渠道等方面有较大进步,但与外资企业相比,在模块开发、产品稳定性及客户信赖度方面仍有提升空间。
目前国内领先DCS系统企业产品已经切入电力、石化等大型项目当中,我们相信在领先企业技术实力、国家扶植政策和高性价比等因素的带动下,国内企业将持续进行进口替代。
最后从长期来看,DCS在工业互联网中扮演着重要的角色,是工业互联网实现落地的基础,因此DCS行业长期增长可持续性可期。
在这一背景下,我们看好在DCS领域有较深布局、具备自主研发实力且具备国企背景的企业,建议关注和利时(HOLI.O,未评级)。
和利时(HOLI.O)是中国领先的自动化与信息技术解决方案提供商,2008年在美国纳斯达克上市。
公司主要从事自动控制系统产品的研发、制造和服务,核心业务包括自动化控制产品、轨道交通自动化及集成化解决方案。
公司主要产品包括分布式控制系统,可编程逻辑控制器,列控中心及车载信号系统以及地铁综合监控系统等。
和利时为来自中国、东南亚、中东的客户提供产品和服务,公司的自动化产品在超过11000个现场稳定运行。
公司2018财年实现收入5.41亿美元,同比增长25.2%,非GAAP净利润为1.09亿美元,同比增长55.4%。
其工业自动化、轨道交通及机电业务收入增速分别为30.2%、22.4%及21%,同时伴随产品结构的改善,公司整体毛利率水平提升5.5pct。
其中公司DCS业务涵盖在工业自动化板块之中,目前公司产品已经广泛应用于电力、石化、化工、冶金、建材及新能源等领域中,也是国内唯一进入核电领域的DCS系统供应商。
到2018财年公司已经累计服务超过10000家企业,并完成超过30000个项目。
近期公司第五代DCS产品HOLLiAS-K系列已经研发完成,在可靠性、开放性及用户友好性方面均有较大提升。
图14:和利时2009-2018财年营收情况(亿元) 图15:和利时2009-2018财年非GAAP净利润情况(亿元) 数据来源:Wind、东方证券研究所 数据来源:Wind、东方证券研究所风险提示宏观经济下行影响项目型市场发展,从而导致DCS市场增速不及预期;国产品牌进口替代进程不及预期,影响相关公司收入增长。
电力设备及新能源深度报告—— DCS:工业过程控制的关键,工业互联网落地的基础分析师申明每位负责撰写本研究报告全部或部分内容的研究分析师在此作以下声明:分析师在本报告中对所提及的证券或发行人发表的任何建议和观点均准确地反映了其个人对该证券或发行人的看法和判断;分析师薪酬的任何组成部分无论是在过去、现在及将来,均与其在本研究报告中所表述的具体建议或观点无任何直接或间接的关系。
投资评级和相关定义报告发布日后的12个月内的公司的涨跌幅相对同期的上证指数/深证成指的涨跌幅为基准;公司投资评级的量化标准买入:相对强于市场基准指数收益率15%以上;增持:相对强于市场基准指数收益率5%~15%;中性:相对于市场基准指数收益率在-5%~+5%之间波动;减持:相对弱于市场基准指数收益率在-5%以下。
未评级——由于在报告发出之时该股票不在本公司研究覆盖范围内,分析师基于当时对该股票的研究状况,未给予投资评级相关信息。
暂停评级——根据监管制度及本公司相关规定,研究报告发布之时该投资对象可能与本公司存在潜在的利益冲突情形;亦或是研究报告发布当时该股票的价值和价格分析存在重大不确定性,缺乏足够的研究依据支持分析师给出明确投资评级;分析师在上述情况下暂停对该股票给予投资评级等信息,投资者需要注意在此报告发布之前曾给予该股票的投资评级、盈利预测及目标价格等信息不再有效。
行业投资评级的量化标准:看好:相对强于市场基准指数收益率5%以上;中性:相对于市场基准指数收益率在-5%~+5%之间波动;看淡:相对于市场基准指数收益率在-5%以下。
未评级:由于在报告发出之时该行业不在本公司研究覆盖范围内,分析师基于当时对该行业的研究状况,未给予投资评级等相关信息。
暂停评级:由于研究报告发布当时该行业的投资价值分析存在重大不确定性,缺乏足够的研究依据支持分析师给出明确行业投资评级;分析师在上述情况下暂停对该行业给予投资评级信息,投资者需要注意在此报告发布之前曾给予该行业的投资评级信息不再有效。
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