1定義

1.1產(chǎn)品定義
    我們定義的工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)，即以工廠內(nèi)的測量和控制機器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡系統(tǒng)，也稱現(xiàn)場網(wǎng)絡系統(tǒng)。它是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進行特化的網(wǎng)絡系統(tǒng)。

    如圖1所示。

圖1產(chǎn)品定義

工廠自動化（OEM市場）

過程自動化（項目性市場）

1.2行業(yè)定義
    本次調(diào)研的行業(yè)主要參照國家統(tǒng)計局和行業(yè)協(xié)會的定義。由于工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的應用帶有鮮明的行業(yè)特點，因此我們將市場劃分為最終用戶行業(yè)和OEM行業(yè)。

1.3時間定義
    報告中所有數(shù)據(jù)基于自然年，即2013年1月1日—2013年12月31日。對于一些國外的供應商，財政年度和自然年不相符的，我們將數(shù)據(jù)調(diào)整為自然年的數(shù)據(jù)。同時在工業(yè)現(xiàn)場總線報告當中我們的數(shù)據(jù)包含訂單額。

2市場概述

2.1基本市場指標——整體市場
    2013年受到投資放緩和國際需求下滑的影響，整個自動化市場遭遇寒冬，工業(yè)現(xiàn)場總線市場出現(xiàn)了負增長的情況。并且“四萬億”投資熱已經(jīng)過去，未來幾年工業(yè)現(xiàn)場總線市場也將是處于一個平穩(wěn)低增長率的的階段。

    現(xiàn)場總線的設想和概念是上世紀70年代在歐洲開始形成的。從概念走向開發(fā)、制定標準、驗證，到形成系列產(chǎn)品和實際投入使用，幾乎用了20年的時間?，F(xiàn)場總線技術(shù)被介紹到國內(nèi)大約是在80年代中期，之后一直是對概念的理解和在制定國際標準過程中處于旁聽的地位，局限在業(yè)界的極小范圍內(nèi)，沒有引起全行業(yè)足夠的重視。進入90年代后開始受到較多的關注，不過等到現(xiàn)場總線產(chǎn)品和系統(tǒng)引進到國內(nèi)，在較大范圍內(nèi)大規(guī)模的應用，到今天幾乎也用了20年的時間。

    從目前情況來看，工業(yè)現(xiàn)場總線到工業(yè)以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)變是一種趨勢。巨大的需求會帶來巨大的市場，工業(yè)自動化組件供應商越來越多的把以太網(wǎng)協(xié)議作為他們產(chǎn)品的標準規(guī)范，許多廠商也直接把以太網(wǎng)技術(shù)作為新產(chǎn)品的網(wǎng)絡連接手段。由于供應商的推動，機械制造商和終端客戶不得不將觀念從舊的工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)轉(zhuǎn)變到以太網(wǎng)技術(shù)上來。

    在報告當中，我們按照節(jié)點數(shù)計算整個市場規(guī)模。2013年工業(yè)現(xiàn)場總線的整體市場新增節(jié)點數(shù)較2012年略有下滑，下滑了3.67%。

    如表3所示。

表3 2010-2015年中國工業(yè)現(xiàn)場總線市場新增節(jié)點數(shù)

2.2基本市場指標-市場份額

    基于西門子產(chǎn)品在自動化領域內(nèi)強大的營銷能力和龐大的市場規(guī)模，Profibus和Profinet在中國國內(nèi)得到了廣泛的應用，尤其是在冶金、化工、汽車等項目型市場目前Rockwell和Omron等企業(yè)在OEM市場的業(yè)務開展情況良好，使得DeviceNet和EthernetIP在印刷機械、橡膠機械等領域得到了較多的應用三菱的CC-Link目前在中國國內(nèi)的應用規(guī)模相對較小，同時受到中日關系緊張及推廣費用投入不足等因素影響，CC-Link新增節(jié)點數(shù)一直低于其他PI系和ODVA系的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。

2.3基本項目市場指標-市場體系
    中國的現(xiàn)場總線市場體系主要由現(xiàn)場總線標準機構(gòu)（協(xié)會）構(gòu)成，目前國內(nèi)相關的機構(gòu)主要有3家，其下屬分別有各自的協(xié)議家族及會員群體：

    如圖2所示。

圖2

3市場趨勢、挑戰(zhàn)及問題

3.1產(chǎn)品和技術(shù)趨勢
    現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是繼DCS之后的又一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，它的出現(xiàn)帶來了工業(yè)控制領域的一場深刻革命?，F(xiàn)場總線代表一種突破意義的控制思想，改變了原有控制體系結(jié)構(gòu)，使模擬與數(shù)字混合的DCS更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，真正做到危險分散、控制分散、集中監(jiān)控和全數(shù)字化。

    現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展應體現(xiàn)為兩個方面：一個是低速現(xiàn)場總線領域的繼續(xù)發(fā)展和完善；另一個是高速現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展。

3.2現(xiàn)場總線存在的不足
    現(xiàn)場總線是一種正在發(fā)展中的技術(shù)，在許多方面還需改善。IEC61158規(guī)定了FF、Profibus、WorldFIP等8種現(xiàn)場總線標準，還有一些事實上的標準，如LonWorks和CAN總線等?，F(xiàn)有8種現(xiàn)場總線為國際標準，它們采用的通信協(xié)議完全不同，因此要實現(xiàn)這些總線的兼容和互操作十分困難。許多標準的并存，將導致現(xiàn)場總線技術(shù)不易廣泛應用。

    現(xiàn)場總線還存在著瓶頸問題，表現(xiàn)在：（1）總線切斷后，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生不可預知的后果；（2）在本安防爆應用中，現(xiàn)有防爆規(guī)定限制總線長度和總線上所掛設備數(shù)量，同時也限制了現(xiàn)場總線節(jié)省線纜優(yōu)點的發(fā)揮；（3）系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過于復雜，不易掌握，而其設定的好壞對系統(tǒng)性能影響很大。

3.3現(xiàn)場總線存在的價值
    隨者微機的軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動化領域發(fā)生了革命性的技術(shù)進步。而PLC及工控機作為工業(yè)控制的設備基礎，通過技術(shù)的不斷革新，在工業(yè)控制中的地位日益加強，并且成為實現(xiàn)工業(yè)控制技術(shù)進步的主要工具。

3.4現(xiàn)場總線在中國
    以智能化現(xiàn)場儀表為基礎的現(xiàn)場總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，其優(yōu)點不僅在控制方面，更多的是在自診斷、自校正等自動管理方面。但國內(nèi)使用的系統(tǒng)規(guī)模一般不大，沒有把管理自動化和遠程診斷功能納入系統(tǒng)，因此無法發(fā)揮FCS降低運行維護費用的優(yōu)勢，所以與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相比，現(xiàn)場總線的優(yōu)點沒有完全體現(xiàn)出來，現(xiàn)在國內(nèi)還有很多企業(yè)對現(xiàn)場總線技術(shù)和產(chǎn)品是否成熟可靠持懷疑態(tài)度?，F(xiàn)場總線在中國需進一步促進其快速發(fā)展，最主要的則是推動企業(yè)對現(xiàn)場總線的應用。

    我國是發(fā)展中國家，還不擁有自主版權(quán)的現(xiàn)場總線。我們應謹慎對待出現(xiàn)在現(xiàn)場總線問題上的爭論，它已阻礙了工業(yè)自動化領域網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，我們應抓住網(wǎng)絡發(fā)展的新機遇，努力發(fā)展我國自己的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)。

3.5發(fā)展方向
    現(xiàn)場總線是一種正在發(fā)展的技術(shù)，在過程控制領域?qū)ζ湟笫牵海?）改善實時性，不允許有不確定性；（2）克服本安防爆對總線中節(jié)點數(shù)和電纜長度的限制，加強現(xiàn)場總線本安概念理論研究；（3）實現(xiàn)可互操作性和信息處理現(xiàn)場化。今后，對上述3方面還要進行積極研究、不斷探索。實時性和可互操作性是以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場應用所要解決的重要問題。

4市場規(guī)模與行業(yè)細分
    2013年工業(yè)現(xiàn)場總線整體市場節(jié)新增節(jié)點數(shù)相比于12年同比下降4%。項目型市場的新增節(jié)點數(shù)遠大于OEM市場，其中汽車、市政、交通、化工、公共設施、食品飲料等行業(yè)的新增節(jié)點數(shù)較多，同比增長比較平穩(wěn)。由于冶金等行業(yè)的衰退幅度高于其他行業(yè)，由此導致新增節(jié)點數(shù)下降。OEM行業(yè)中，2013年受整體環(huán)境的影響OEM制造行業(yè)對現(xiàn)場總線需求下滑較為嚴重，制藥機械等環(huán)境比較樂觀，有12.7%的增長。

5工業(yè)現(xiàn)場總線介紹

5.1總線介紹——Profibus

5.1.1定義
    PROFIBUS于1989年正式成為現(xiàn)場總線的國際標準，目前在多種自動化的領域中占據(jù)主導地位。它有兩個主要的兼容部分，即PROFIBUS－DP（DecentralizedPeriphery），PROFIBUS－PA（ProcessAutomation）。其中PROFIBUS－DP應用于現(xiàn)場級，它是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O之間的通訊，總線周期一般小于10ms，使用協(xié)議第1、2層和用戶接口，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行нM行；PROFIBUS－PA適用于過程自動化，可使傳感器和執(zhí)行器接在一根共用的總線上，可應用于本征安全領域。

    5.1.2歷年新增節(jié)點數(shù)及增長率和歷年累計節(jié)點數(shù)增長率如表4、表5所示。

表4 2010-2015年Profibus新增節(jié)點數(shù)增長率

表5 2010-2015年Profibus歷年累計節(jié)點數(shù)增長率

5.2總線介紹——Profinet

5.2.1定義
    PROFINET由PROFIBUS國際組織（PROFIBUSInternational，PI）推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標準。作為一項戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網(wǎng)絡解決方案，囊括了諸如實時以太網(wǎng)、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡安全等當前自動化領域的熱點話題，并且，作為跨供應商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線（如PROFIBUS）技術(shù)，保護現(xiàn)有投資。

    PROFINET是適用于不同需求的完整解決方案，其功能包括8個主要的模塊，依次為實時通信、分布式現(xiàn)場設備、運動控制、分布式自動化、網(wǎng)絡安裝、IT標準和信息安全、故障安全和過程自動化。

    5.2.2歷年新增節(jié)點數(shù)及增長率和歷年累計節(jié)點數(shù)增長率如表6、表7所示。

表6 2010-2015年Profinet新增節(jié)點數(shù)增長率

表7 2010-2015年Profinet歷年累計節(jié)點數(shù)增長率

5.3總線介紹——DeviceNet

5.3.1定義
    Devicenet是一種低成本的通訊總線。它將工業(yè)設備（如：限位開關，光電傳感器，閥組，馬達啟動器，過程傳感器，條形碼讀取器，變頻驅(qū)動器，面板顯示器和操作員接口）連接到網(wǎng)絡，從而消除了昂貴的硬接線成本。直接互連性改善了設備間的通訊，并同時提供了相當重要的設備級診斷功能，這是通過硬接線I/O接口很難實現(xiàn)的。

    Devicenet是一種簡單的網(wǎng)絡解決方案，它在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同時，減少了配線和安裝工業(yè)自動化設備的成本和時間。DeviceNet不僅僅使設備之間以一根電纜互相連接和通訊，更重要的是它給系統(tǒng)所帶來的設備級的診斷功能。該功能在傳統(tǒng)的I/O上是很難實現(xiàn)的。

    5.3.2歷年新增節(jié)點數(shù)及增長率和歷年累計節(jié)點數(shù)增長率如表8、表9所示。

表8 2010-2015年DeviceNet新增節(jié)點數(shù)增長率

表9 2010-2015年DeviceNett歷年累計節(jié)點數(shù)增長率

5.4總線介紹——EtherNet/IP

5.4.1定義
    Ethernet/IP是一個面向工業(yè)自動化應用的工業(yè)應用層協(xié)議。它建立在標準UDP/IP與TCP/IP協(xié)議之上，利用固定的以太網(wǎng)硬件和軟件，為配置、訪問和控制工業(yè)自動化設備定義了一個應用層協(xié)議。Ethernet/IP以特殊的方式將以太網(wǎng)節(jié)點分成預定義的設備類型。Ethernet/IP應用層協(xié)議是基于控制和信息協(xié)議（CIP）層的，提供了從工業(yè)樓層到企業(yè)網(wǎng)絡的一整套無縫整合系統(tǒng)Ethernet/IP使用所有傳統(tǒng)的以太網(wǎng)協(xié)議，構(gòu)建于標準以太網(wǎng)技術(shù)之上，這意味著Ethernet/IP可以和現(xiàn)在所有的標準以太網(wǎng)設備透明銜接工作。更重要的是，將Ethernet/IP建立在一個標準的以太網(wǎng)技術(shù)平臺上，保證了前者會隨著后者技術(shù)的發(fā)展而進一步發(fā)展。

    5.4.2歷年新增節(jié)點數(shù)及增長率和歷年累計節(jié)點數(shù)增長率如表10、表11所示。

表10 2010-2015年EtherNet/IP新增節(jié)點數(shù)增長率

表11 2010-2015年EtherNet/IP歷年累計節(jié)點數(shù)增長率

5.5總線介紹——CC-Link

5.5.1定義
    CC-Link是Control&CommunicationLink（控制與通信鏈路系統(tǒng)）的縮寫，在1996年11月，由三菱電機為主導的多家公司推出，其增長勢頭迅猛，在亞洲占有較大份額，目前在歐洲和北美發(fā)展迅速。在其系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同時以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場網(wǎng)絡，具有性能卓越、使用簡單、應用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場配線復雜的問題，同時具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個以設備層為主的網(wǎng)絡，同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。2005年7月CC-Link被中國國家標準委員會批準為中國國家標準指導性技術(shù)文件。

    5.5.2歷年新增節(jié)點數(shù)及增長率和歷年累計節(jié)點數(shù)增長率如表12、表13所示。

表12 2010-2015年CC-Link新增節(jié)點數(shù)增長率

表13 2010-2015年CC-Link歷年累計節(jié)點數(shù)增長率

供稿/德佳咨詢（www.delkaconsulting.com）