工业自动控制系统装置制造行业分析报告Word格式文档下载.docx
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中国环境保护产业协会下设11个专业委员会及2个分会,其业务主管单位为中华人民共和国环境保护部。
二、行业的基本状况
1、工业自动化技术概览
工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术,对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策,达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术。
工业自动化技术的发展呈现出融合多学科、多种技术的特点。
目前,正在向智能化、网络化和集成化方向飞速发展,涉及到自动化技术、计算机技术、通信技术、先进制造技术和管理学等诸多学科,体现了多专业知识与技术集成的现代工业自动化发展思路。
随着计算机软硬件技术、信息技术与工业制造技术的高速发展和企业信息化进程的推进,工业自动化系统结构也呈现出越来越复杂的特点,对自动化系统的要求也越来越高:
涵盖了从最底层的自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等到自动回路调节器、自动控制单元、各种大中小型装置控制系统到综合优化调度与协调系统和企业综合管理信息系统等。
一般来说一套完整的自动化控制系统包括以下几部分:
自动化设备、仪器仪表与测量设备、自动化软件、传动设备、计算机硬件、通信网络等。
(1)自动化控制设备:
包括控制单元(PLC、DCS、RTU等)、传感器、编码器、人机界面、开关、断路器、按钮、接触器、继电器等;
(2)仪器仪表与测量设备:
包括压力仪器仪表、温度仪器仪表、流量仪器仪表、物位仪器仪表、阀门等设备;
(3)自动化软件:
包括计算机辅助设计与制造系统软件、工业控制软件、网络应用软件、数据库软件、数据分析软件等;
(4)传动设备:
包括调速器、伺服系统、运动控制、电源系统、马达等;
(5)计算机设备:
包括嵌入式计算机、工业计算机等;
(6)通信网络:
网络交换机、视频监视设备、通信连接器、网桥等。
其中,控制单元是整个自动化控制系统的核心,目前工业自动化领域常见的工业自动控制系统装置有:
可编程逻辑控制器(PLC)、分布式控制系统(DCS)、远程测控终端(RTU)等。
2、RTU与SCADA系统发展概览
数据采集与控制系统,即SCADA系统,是基于计算机、通讯和控制技术发展起来的,目的是实现工作现场设备设施运行工艺参数的自动采集与控制,是对分布距离远,生产单位分散的生产领域的一种工业自动化控制系统。
在SCADA系统出现之前,生产管理所需的的各种数据参数(如温度、压力、流量等)都是通过工人在工作现场进行巡视手工记录,主要的设备控制(如阀门的开、关;
输油泵的启停)都是手动实现的,这种传统方式造成人力资源的大量浪费,已远远不能满足自动化数字化时代的相关要求,SCADA系统应运而生。
SCADA系统由设在控制中心的主机、设在各工作现场站点的自动控制系统装置(PLC、DCS、RTU等设备)和高性能的通信系统构成一个分布式控制系统。
控制中心的计算机通过数据传输系统对设在各类工作现场的自动控制系统装置定期进行查询,连续采集各站的操作数据和状态信息,并向自动控制系统装置发出操作和调整设定值的指令,从而实现对工作现场设施的统一监测、控制和调度管理。
各工作现场的自动控制系统装置,如PLC、DCS或RTU与现场传感器、仪表、变送器、执行器或泵机组、加热炉的工控机连接,实现扫描、数据采集、数据传输、信息预处理及监控等功能,一旦与中心计算机通信中断时能独立工作,最终实现工作站点无人职守的工作状态。
SCADA系统的远程控制设备大致经历了三个阶段:
板卡、PLC/DCS、RTU。
PLC、DCS是两类应用最广泛的生产过程自动化控制系统。
在二十世纪80年代之前,这些控制系统的I/O卡件均集中在远离现场的控制室内,与现场装置(其中包括AI/AO模拟量输入输出装置和DI/DO开关量输入输出装置等)的连接线都是一对一直接接线,即使现在还可以在很多现场看到进出控制室的大量电缆和敷设电缆的大尺寸桥架。
到80年代,PLC、DCS两类控制系统先后推出远离控制室安装的远程I/O卡件,这些卡件安装在现场,可就近与现场装置连线,而这些远程I/O卡件与PLC、DCS系统安装在控制室的控制器是通过单根电缆的通讯实现信息交换。
这样虽然可以达到现场监测控制的功能,但是PLC和DCS对露天环境的适应性较差,需要在工作现场建造大型的监测站,使工作现场的监控成本过高。
为更好的解决上述问题,在二十世纪80年代初期,一些相对生产规模较小的厂家利用自己在数据采集转换及通讯方面的优势,陆续推出一种环境适应能力更强,可置于露天的环境中使用,抗干扰能力强,数据传输安全稳定而且所传输的数据时效性强的远程测控终端,这种设备在业内被称为RTU。
因此,RTU是伴随着SCADA系统的不断演进而产生并发展的,特别是像石油天然气、煤层气、市政管网、环境在线监测、广域监控等需要在露天环境中对工作现场进行监测和控制的行业领域对远距离现场监控要求的不断提高,催生了RTU这种更适应于恶劣露天环境下使用的远程监控设备。
全球最大的油田服务供应商之一英国Schlumberge公司,二十世纪80年代初期就开发了IMP远程测控终端及由其构成的SCADA系统,这是世界范围内RTU早期成功应用的一个典型案例。
另外一家较早涉足RTU的是美国的SIXNET公司,于1987年研发并制造了实时、多任务的工业级RTU,并伴随计算机技术和网络通信技术的不断发展,推出了更多高性能的RTU产品。
中国对于RTU的研究开发晚于国外,二十一世纪初,本公司自主研发并生产了我国第一代国产的RTU产品,主要应用于我国石油天然气行业的开采领域。
目前国内专业研发生产RTU的企业仍然较少,高端市场基本被国外著名品牌占据。
国外大型综合自动化公司中有Emerson、Honeywell、Motorola、Siemens、Rockwell等十几家公司传统从事PLC、DCS产品的研发和生产,近年来开始涉足RTU行业,国外专业自动化公司中有BB、Sixnet、ControlMicrosysterm等几十家公司从事RTU产品的研发和生产。
近年来,国际RTU市场发生了一系列的收购事件。
Emerson本身具有ROC800等系列RTU,为巩固RTU市场,在2006年收购了知名的RTU厂商BB公司;
2008年之前,Honeywell的SCADA系统以外购RTU为主,主要采购品牌为Sixnet、BB等,2008年开始,Honeywell推出自己的RC500系列RTU;
Schneider工业控制系统本以应用PLC为主,为开发RTU应用领域,其在2009年收购了加拿大RTU专业厂商ControlMicrosystemsInc.。
此外,近年来,ABB、Honeywell、Yokogawa等公司近年来都推出了自己的RTU产品,并进一步扩展RTU应用领域。
预计未来更多的知名自动化公司将进入RTU市场,RTU产品种类将更加丰富,市场竞争将会日趋激烈。
3、主要目标市场需求
RTU产品及远程测控系统整体解决方案目前主要应用于石油天然气行业中的油气开采、运输(长输管道)、储存、分配(城市燃气管网)领域和环境保护行业中的环境在线监测领域,潜在市场包括煤层气开采、市政管网控制、广域监控等领域。
(1)石油天然气行业市场
受益于国民经济高速发展,国内能源需求的快速增长,石油和天然气总产量稳步增长,石油天然气行业固定资产投资多年保持稳定增长。
根据美国能源信息管理局统计,我国的石油天然气年产量由2001年的16,500.02万吨增长至2010年的20,381.39万吨。
石油天然气行业信息化建设近年来快速发展。
中石油2000年编制完成《中国石油“十五”信息技术总体规划》启动全方位的信息化建设,2004年启动油气水井生产数据管理系统,2010年启动采油与地面工程运行管理系统。
中石化从2001年开始,按照“国际水准、中国国情、石化特色”的方针和定位,全面建设ERP系统,其中胜利油田于2003年制定了“数字胜利油田”规划并申请了国家863计划,2010年胜利油田数字化中心正式投入运行并通过了技术测试。
SCADA系统广泛于油气开采、运输、储存等环节,是油气行业数字化信息化建设中最重要的数据采集和基础设施自动控制手段,是现阶段信息化建设的关键应用系统和发展对象。
①油气开采领域
我国内陆油气资源较为丰富,地域分布较广,中石油、中石化及地方石油公司管理的大小油田20余个。
目前全国内陆油田的油、气、水井总量约30万口,每年增量近2万口。
受地质条件影响,我国油气田总体呈现出单井产量低,井口数量多的特点。
油气田建设SCADA系统在科学指导生产、确保生产安全、降低生产能耗及节约劳动力成本等方面有重要的现实意义。
我国油气田的SCADA系统建设起步于上世纪90年代中期的新疆油田,新疆油田的几个主要采油厂地处沙漠,环境恶劣,长期以来依靠人工对油井的生产状况进行巡检,成本高、难度大,对于油井生产远程自动检测与控制的需求最为迫切。
随着SCADA系统在新疆几个沙漠油田的成功应用,随后的几年间全国各主要油田先后开展了模式类似的自动化系统建设,但受制于产品、技术、资金、油田整体信息化程度、相关基础设施、管理体制等多方面因素制约,各油田在早期的自动化建设过程中,长期以试点型、零散型的小规模探索发展,并无统一的执行标准与技术规范。
从上世纪90年代中期到2008年的十余年间,全国每年只有几百口井到一千余口井的系统建设规模,形成了各大油田发展不均衡,单个油田内部各个采油厂发展不均衡的局面。
2009年开始,以长庆油田为代表的个别油田率先加大了数字化建设力度,成立数字化管理办公室,制定了全油田统一的数字化管理实施计划和规范,2009年当年长庆油田SCADA系统的建设规模约4,000口井,超过当年全国规模的2/3以上,市场呈现出爆发增长的局面。
2010年,市场需求进一步快速增长,全国各大油田建设规模达到约18,000口井,超过过去10余年间建设规模的总和。
目前中国油气田的信息化建设已具备了相当的规模,但同国外大型油田公司相比,在很多方面还存在着较大差距。
国外先进油田公司经过长期的信息化建设,信息技术在整个企业的生产经营活动中发挥着重要的支撑作用,实现了勘探、开发等全部生产活动的一体化,并面向供应链管理、价值链管理和客户关系管理,采用ERP和电子商务等先进的管理思想与信息技术对企业的生产经营进行了全面的整合与集成。
虽然国内油气田在信息化建设方面已经达到了一定的水平和规模,但要实现企业生产经营活动的全面整合与集成,并支持企业业务流程再造,还需要较长发展过程。
现阶段我国油田企业普遍面临生产数据资源开发和利用不足的问题,这主要是因为各油田企业最基本的生产单位—油气水井的自动化普及程度较低,全国范围内,井口的RTU覆盖率只有约10%左右,绝大多数生产数据仍然依靠人工记录,存在数据内容不齐全、数据质量不高、数据共享程度不高、数据管理力度不够等问题。
截至2010年末,全国约30万口油气水井中,实现自动化生产数据上传与控制的只有3万余口,占比10%左右。
其中中石油油气水井共约24万口,完成自动化建设的仅为2万余口。
长庆油田是公司报告期内的最大客户,是目前全国唯一自上而下统一规划开始大规模进行油气开采数字化建设的油田企业,数字化建设工作自2008年启动,2009至2011年度已经取得了一定的发展,根据2011年2月中石油内部资料显示,其数字化程度不到20%。
公司对长庆油田的业务未来依然具备可持续性,一方面,长庆油田存量油田改造项目数字化工作量还有将近50%;
另外,长庆油田每年有超过600万吨的产能建设工程,每年需要上新井数字化工作量约为6,000-8,000口井的规模,其数字化工作量也很大。
此外,从2012年起长庆油田已经开始启动数字化建设维护工作,主要内容包括:
设备更换、故障排查、系统调试、站点控制软件升级等,这部分资金投入也很大,约为项目建设资金的40%左右,未来将是可以为公司带来持续稳定收入的业务。
新疆油田是报告期内公司第二大客户,其在全国范围内较早开展油气生产自动化建设,基本以下辖基层单位分别零散实施,业务需求在各年呈现出一定波动性,油田整体数字化程度仍然不高,根据2011年2月中石油内部资料显示,其数字化程度约为15%,规模化数字化建设尚未开始,未来几年业务需求规模仍有较大的增长空间。
未来较长一段时间内,我国仍将大力发展石油开采工程建设,全国范围内的油田生产自动化是必然的趋势。
2011年中石油提出了油气生产物联网的总体建设规划,将各油气生产企业的井口、站点的数字化建设纳入其中,至2015年前,其油气生产物联网系统的管理范围将覆盖到全部的气井及70%以上的油水井。
中石化及其他地方油田数字化建设进度整体晚于中石油。
从全国范围来看,不考虑每年新建井,未来几年内仅存量井的自动化建设需求平均每年就有4-5万口的规模。
由于各油田公司自身规模及发展情况不同,各油田公司井、站数字化建设情况差异明显,决定了发行人在各油田数字化业务参与程度有所不同。
在已经开始油水井数字化建设的油田中,公司已进入长庆、新疆、冀东、大港、青海等油田,并取得了较高市场份额;
在吐哈、塔里木、华北等油田的市场份额较低。
大庆、吉林油田油水井数字化建设的技术方案尚未最终确定,包括公司在内的各类供应商的产品正在试验使用过程之中。
从目前情况来看,行业内油气田数字化专业公司的基本竞争格局已经形成,井口市场高度集中到包括发行人在内的不超过十家公司,由于前期发行人在该领域的业绩影响较大,随着数字化建设的逐步推进,发行人的市场占有率有望进一步提升。
随着中石油相关规划的实施,公司的主要客户也将随着不同油田的建设规模变化发生轮动变化,公司的未来发展对单一油田客户的数字化建设发展不构成重大依赖。
②油气运输(长输管道)领域
我国石油天然气资源主要分布在东、中、西部地区和海域,中国主要的能源消费地区集中在东南沿海经济发达地区,资源赋存与能源消耗地域存在明显差别,北油南运和西气东输成为中国能源流向的显著特征和能源运输的基本格局。
由于油气运输管道具有平稳、不间断、保质、安全、经济等特性,我国油气长输管道近年来发展迅速。
2007年末,中国建成油气运输管道总里程5.52万公里,2010年末,中国建成油气运输管道总里程突破7万公里,复合增长8.24%。
中国石油规划总院海外管道研究所副主任寇忠预计,到2015年仅中国石油运营的管道总长度就将达到10万公里,全国管道总里程将达到14万公里,未来5年,油气管线共需投资约3,500亿元。
油气运输管道的快速增长直接带动相关自动化控制系统的市场需求。
③油气存储领域
A、油库
根据国家发展和改革委员会等部门公布的初步规划,我国从2003年开始计划用十五年时间分三期完成石油储备基地的硬件设施建设,预计总投资将超过一千亿元。
储量安排大致为第一期1,200万吨,第二、三期分别为2,800万吨。
截至2008年底,一期4个基地已基本建成并收储原油,4个基地库容1,640万立方米。
2010年9月,新疆独山子国家石油储备项目开工,标志着第二期石油储备基地建设全面展开。
根据计划,中国将开建8个二期战略石油储备基地,包括广东湛江和惠州、甘肃兰州、江苏金坛、辽宁锦州及天津等。
在构建国家石油战略储备的同时,我国还鼓励企业开展商业储备。
目前,以国家战略石油储备为主体,商业储备为补充的中国特色石油储备体系正在不断探索和完善之中。
2005年至2009年,我国成品油库库容由4,000万立方米增加至接近5,300万立方米,年均增长7.2%。
中国石油规划总院市场营销研究所高级工程师丁少恒预计,2015年我国成品油库库容将达7,800万立方米,较2009年增加2,500万立方米,增加近50%。
B、气库
中国的天然气正处在大发展阶段,巨大的国内天然气市场需求将大大推动天然气管道及配套储气库的发展。
2010年国内天然气消费量1,073亿立方米,同比增长20.9%。
2010年中国仅有的几座储气库设计储气量30亿立方米,仅为全年总用气量的3%左右。
而美国有400多座地下储气库,库存量占美国全年天然气消费量的1/3;
欧洲各种类型的储气库也超过60个,且多数国家天然气储备率都达到15%-25%。
中石油计划在2011年到2015年修建10座储气库,总库容达到224亿立方米,分布在气源所在地和消费中心,以及大型骨干管网周边,包括长庆、辽河、重庆等地。
上述项目建成后,国内储气规模将占天然气总销量的8%-10%。
随着近年来中国油气存储建设高峰的到来,油气存储领域的自动化工程建设的市场需求也越来越大。
④油气分配(城市燃气管网)领域
近年来,我国城市燃气行业得到了长足的发展,利用天然气的步伐逐步加快,天然气输配管网建设不断加速。
截至2008年底,城市燃气管道长度约25.8万公里,已有超过280座城市应用管道天然气,城市燃气领域使用的天然气量为360亿立方米,用气人口达1.5亿人。
预计到2012年,全国天然气总消费量可达1,200亿立方米,其中城市燃气用量约500亿立方米。
随着国内天然气开采、应用的快速发展,城市燃气用户数量逐年大幅增加,供气设备和管网也越来越复杂。
为了加强对管网的管理和控制,提高燃气输配管网的安全性、可靠性,SCADA系统作为燃气管网的监控、调度自动化的解决方案,应用逐年增长。
(2)环境在线监测领域市场需求分析
①环境在线监测市场政策要求
2001年,原国家环保总局发布《环境保护“十五”计划》,明确要求全国重点城市要对占区域污染负荷65%以上的企业安装烟气和水质在线监测设备,并全面实现网络化管理。
国家环保部颁布的《先进的环境监测预警体系建设纲要》(2010-2020)要求重点加大应用技术领域的新成果在环境监测中的应用和转化力度,促进环境监测网络“天地一体化”,“推进我国具有自主知识产权的环境监测仪器设备产业化进程,重点加大环境监测专用仪器和设备的创新性研发与转化,基本形成符合我国国情的智能化、业务化、现代化、信息化的环境监测技术装备体系”。
《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2010年度)》划定“环境自动监测系统水质及污染源的化学需氧量、氨氮、石油类、挥发酚、微量有机污染物、总氮、总磷等在线、自动监测系统及样品采集、处理(包括富集)和数据的传输技术及设备,空气质量及污染源的烟尘(粉尘)、细颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等在线、自动监测系统及样品采集、处理(包括富集)和数据的传输技术及设备”为优先发展的先进环保产业化重点领域。
②环境在线监测市场
我国环境在线监测工作处于快速发展阶段,环境在线监测系统还需要大规模建设,覆盖面将继续扩大。
根据《2010年中国环境统计年报》数据,2010年我国环境监测经费总计67.07亿元,各类在线及线下环境监测仪器(主要包括重点企业污染源、噪音、沙尘、酸雨、近岸海域、地表水、饮用水、土壤等环境监测仪器)数量达到169.80万套。
在2010年在国家重点统计调查112,799家工业企业中,共安装15,635套废水污染物在线监测仪器和10,227套废气污染物在线监测仪器,重点调查工业企业在线监测仪器覆盖率为22.93%。
根据2010年2月公布《第一次全国污染源普查公报》数据,我国合计有污染源近600万个,具体情况如下:
其中,工业废水全国产生量为738.33亿吨,排放量236.73亿吨。
工业企业废水处理设施140,652套,设计处理能力2.35亿吨/日,废水年处理量458.52亿吨;
工业废气全国产生和排放量均为612,275.17亿立方米。
工业废气处理设施244,641套,设计处理能力172.43亿立方米/时,废气年处理量401,513.33亿立方米。
环境保护在我国“十二五”规划中的地位进一步加强。
未来几年内,国家将持续加强对污染源的在线监测力度,一方面要继续增加污染源在线监测点数量,逐步提高在线监测覆盖率,同时将不断增加对于污染源的在线监测指标,如对于废水的监测将从目前主要的COD、TOC指标扩展到重金属含量、氨氮含量指标等等。
此外国家还将重点提高基层环境监测系统的整体建设水平,通过中央补助与地方配套相结合的方式,加大资金投入力度,加快基层在线监测站建设。
上述发展趋势对在线监测系统企业提出了更高的要求并将带来新的市场机遇。
(3)其他潜在市场
除现有石油天然气行业和环境保护行业两大主要市场外,公司RTU产品还可广泛应用在煤层气开采、市政管网控制、广域监控等领域。
①煤层气
我国煤层气资源丰富,埋深2,000米以浅煤层气地质资源量约36万亿立方米,主要分布在华北和西北地区,我国煤层气可采资源总量约10万亿立方米,其中大于1,000亿立方米的盆地(群)有15个。
2005年底,全国共施工先导性试验井组8个,各类煤层气井615口,其中多分支水平井7口。
2005年,地面煤层气抽采不足1亿立方米。
根据“十一五”规划目标,2010年实现煤气层年产能100亿立方米,其中地面抽采产量达到50亿立方米,但受制于“十一五”期间政策环境支持力度不够、勘探经费不足、技术水平较低等因素,到2009年底,我国煤层气产量仅为71.85亿立方米,其中地面抽采仅为10.15亿立方米,累计施工煤层气井3,600多口。
目前,煤层气矿业权占有分散,全国已有25家企业包括3家央企(中石油、中石化、中联煤层气有限责任公司)和22家地方企业拥有煤层气矿业权,已登记的矿业权总面积约为6.5万平方公里。
煤层气已被列为
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