工业制造业的脉搏正在加速跳动，尤其是在自动化与控制领域，呈现出蓬勃发展的态势。随着劳动力成本的持续攀升、企业降本增效的迫切需求以及对按时交付任务的严格要求，工厂对自动化控制技术的依赖程度已达到历史新高。据权威统计分析，去年全球工业自动化与控制市场的总规模估值已高达约1949.9亿美元，并预计到2030年将进一步攀升至3799.3亿美元，这一数字凸显了该市场的巨大增长潜力。
中国工业控制市场：增长中的蜕变
放眼中国的工业控制市场，同样经历了显著的变化。依据公开数据，2023年，该地区的工业发展仍然保持了稳健的增长势头，新兴经济动能正在加快孕育。在规模以上工业企业中，装备制造业的增加值较去年增长了6.8%，其在规模以上工业总增加值中所占的比重达到33.6%。同时，高技术制造业也实现了2.7%的增长，对整体工业增加值的贡献率为15.7%。
尽管整体呈现增长态势，但2023年工业自动化的复苏迹象并不算十分突出。全球范围内，经济复苏的动力显得不足，在中国国内，则面临着有效需求增长乏力的问题。在此背景下，本土的工业控制与自动化行业竞争依然异常激烈。西门子、ABB、三菱、安川、欧姆龙、松下等来自欧洲和日本的世界级厂商，仍然掌握着市场的主导份额。然而，汇川、禾川、雷赛等本土自动化品牌，在得到上游技术伙伴的有力支持下，正从“做大”迈向“做强”的转型之路。
本土企业之所以能够逐步缩小与国际巨头的差距，很大程度上得益于对制造业转型升级的战略性支持。自相关长远规划发布以来，对工业制造产业的现代化升级给予了前所未有的关注。在提升制造业核心竞争力的战略目标中，研发分散式控制系统、可编程逻辑控制器（PLC）等关键工业控制装备被置于优先地位，并在先进控制器、高精度伺服驱动系统等核心部件领域力求取得突破。伴随着新能源汽车等蓬勃发展的热门产业，工厂的数字化转型进程也随之加速。各地区相继出台了针对数字化智能标杆示范工厂的激励政策，进一步推动了产业的进步。
工业控制的产业链脉络
深入剖析工业控制的产业链，我们可以将其划分为上、中、下游三个主要环节。
• 上游：主要涵盖控制/通信芯片、设计IP、传感器、电子元器件以及PCB（印刷电路板）等基础要素。
• 中游：根据工业控制的不同操作流程，可细分为执行层、驱动层、控制层和运行监控监测层。其中，执行层包括调节阀和电机传动；驱动层涉及变频器和伺服系统；控制层则由人机界面（HMI）、分布式控制系统（DCS）和PLC构成；运行监控平台则包含仪表和工业视觉系统等。
• 下游：细分产业众多，发展势头强劲的热门领域包括3C制造、绿色能源汽车、能源储存、服务器、石油化工以及轨道交通等。
从半导体器件的角度审视工业控制的上游，可以将其归纳为四个大类：工业传感器、工业控制芯片、设计IP以及工业FPGA。
• 工业传感器：作为中游感知或反馈层面的核心组件，工业传感器在优化工业流程、强化资产监测与防护方面发挥着关键作用。国际上，安森美、基恩士、欧姆龙等知名企业在该领域占据重要地位，而中国本土的思特威、纳芯微、康耐视等企业也展现出强劲的创新实力。
• 工业控制芯片与模组：通用微控制器（MCU）是该领域的主要产品。国外市场被TI、ADI、ST等巨头主导，中国本土的极海半导体、华大、中颖电子等品牌也在不断崛起，致力于通用MCU的研发。
• 设计IP：随着市场对差异化需求的提升，无论是核心IP还是接口IP，都成为芯片厂商不可忽视的一环。Arm、新思科技等国际巨头是该领域的引领者，而平头哥、晶心科技、芯原等中国企业也正加速追赶。
• 工业FPGA（现场可编程门阵列）：在工业机器人、高精密设备等快速发展的行业需求驱动下，多轴、高性能伺服技术的研发日益凸显FPGA的应用优势。在伺服驱动、数控和工业自动化领域，FPGA扮演着重要角色，同时也广泛应用于工业通信，例如作为EtherCAT主站或从站的组成部分。AMD（Xilinx）、Intel（Altera）等国际巨头是主要供应商，中国的高云半导体、安路科技等也在积极布局。
市场趋势与前沿技术
聚焦上游产品，我们可以洞察到工业控制市场的关键趋势：
• 机器人电机控制：集成化的架构要求MCU不仅能处理复杂的实时任务，还需要支持丰富的工业通信协议。例如，TI的多核工业MCU集成多个Cortex-R5F核心，能够满足机器人多轴电机控制的高性能需求，并支持EtherCAT等协议。
• 全集成伺服控制芯片：伺服控制器作为运动控制的核心，正朝着更高的驱动效率和动态性能发展。世健基于TMC4671的全集成方案，将磁场定向控制、ADC、传感器接口等功能高度集成，适用于多种伺服应用。
• 高端工业HMI：为了支持更复杂的可视化交互，高端HMI需要更强的图形处理能力。先楫半导体HPM6800系列MCU集成RISC-V内核和GPU IP，为HMI提供了出色的图形性能。此外，语音控制HMI的需求也在增长，如瑞萨的R9A06G150语音HMI ASSP MCU，专注于紧凑设计和多语言命令支持。
• 状态监测与诊断：通过分析机器运行数据（如温度、噪声、振动），实现预测性维护，降低停机风险。ADI数字型三轴振动传感器参考设计，利用FFT、FIR等分析技术，可广泛应用于各种工业设备的健康监测。
• 工业视觉检测：随着生产效率和产品良率要求的提高，图像传感器不仅要感知可见光，还要加强对不可见光波段（如短波红外）的感知能力。索尼的IMX992/993图像传感器采用SenSWIR技术，能在各类工业检测和测量中提供高精度的成像。
• 专用工业通信芯片：在EtherCAT等特定工业通信协议的应用中，专用芯片必不可少。亚信电子推出的EtherCAT从站控制器芯片，支持高效能的双核设计，可与支持标准EtherCAT协议的系统实现互联。同时，基于RK3568处理器的工业核心板也可用于打造EtherCAT主站。
• SoC FPGA（系统级芯片FPGA）：结合了FPGA的可编程灵活性与硬核处理器的高效能，降低了系统功耗和成本。安路科技SALDRAGON系列FPSoC，集成Arm Cortex-A35或RISC-V处理器，充分利用了两者的生态系统。
工业通信：以太网主导地位稳固
工业通信方式经历了多年的演变，主要包括工业以太网、现场总线和工业无线网络。工业以太网凭借其速度和灵活性优势，正逐渐巩固其在市场的主导地位。尽管传统现场总线仍有应用，但其市场份额正被以太网蚕食。无线连接整体保持稳定，但要实现全无线工厂仍需克服诸多挑战。工业以太网相较于工业总线，在通信速度和拓扑结构方面均展现出显著优势。同时，行业联盟的推动，如PROFINET和EtherCAT的日益普及，进一步加速了这一转变。在5G技术逐渐成熟的背景下，蜂窝网络技术也开始被关注，但其在复杂工业环境中的应用仍需进一步验证。
