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1定義

1.1產品定義
    我們定義的工業(yè)現場總線系統(tǒng)，即以工廠內的測量和控制機器間的數字通訊為主的網絡系統(tǒng)，也稱現場網絡系統(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絡系統(tǒng)。

    如圖1所示。

圖1產品定義

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
    報告中所有數據基于自然年，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，我們將數據調整為自然年的數據。同時在工業(yè)現場總線報告當中我們的數據包含訂單額。

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)現場總線市場出現了負增長的情況。并且“四萬億”投資熱已經過去，未來幾年工業(yè)現場總線市場也將是處于一個平穩(wěn)低增長率的的階段。

    現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，到形成系列產品和實際投入使用，幾乎用了20年的時間。現場總線技術被介紹到國內大約是在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，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，不過等到現場總線產品和系統(tǒng)引進到國內，在較大范圍內大規(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)現場總線到工業(yè)以太網的轉變是一種趨勢。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協(xié)議作為他們產品的標準規(guī)范，許多廠商也直接把以太網技術作為新產品的網絡連接手段。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)現場總線技術轉變到以太網技術上來。

    在報告當中，我們按照節(jié)點數計算整個市場規(guī)模。2013年工業(yè)現場總線的整體市場新增節(jié)點數較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)現場總線市場新增節(jié)點數

2.2基本市場指標-市場份額

    基于西門子產品在自動化領域內強大的營銷能力和龐大的市場規(guī)模，Profibus和Profinet在中國國內得到了廣泛的應用，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)點數一直低于其他PI系和ODVA系的現場總線系統(tǒng)。

2.3基本項目市場指標-市場體系
    中國的現場總線市場體系主要由現場總線標準機構（協(xié)會）構成，目前國內相關的機構主要有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產品和技術趨勢
    現場總線控制系統(tǒng)是繼DCS之后的又一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，它的出現帶來了工業(yè)控制領域的一場深刻革命。現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構，使模擬與數字混合的DCS更新換代為全數字現場總線控制系統(tǒng)，真正做到危險分散、控制分散、集中監(jiān)控和全數字化。

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

3.2現場總線存在的不足
    現場總線是一種正在發(fā)展中的技術，在許多方面還需改善。IEC61158規(guī)定了FF、Profibus、WorldFIP等8種現場總線標準，還有一些事實上的標準，如LonWorks和CAN總線等。現有8種現場總線為國際標準，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，將導致現場總線技術不易廣泛應用。

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

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

3.4現場總線在中國
    以智能化現場儀表為基礎的現場總線系統(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)產業(yè)相比，現場總線的優(yōu)點沒有完全體現出來，現在國內還有很多企業(yè)對現場總線技術和產品是否成熟可靠持懷疑態(tài)度。現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)對現場總線的應用。

    我國是發(fā)展中國家，還不擁有自主版權的現場總線。我們應謹慎對待出現在現場總線問題上的爭論，它已阻礙了工業(yè)自動化領域網絡技術的發(fā)展和產品的更新換代，我們應抓住網絡發(fā)展的新機遇，努力發(fā)展我國自己的現場總線網絡產業(yè)。

3.5發(fā)展方向
    現場總線是一種正在發(fā)展的技術，在過程控制領域對其要求是：（1）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)點數和電纜長度的限制，加強現場總線本安概念理論研究；（3）實現可互操作性和信息處理現場化。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在工業(yè)現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)現場總線整體市場節(jié)新增節(jié)點數相比于12年同比下降4%。項目型市場的新增節(jié)點數遠大于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年正式成為現場總線的國際標準，目前在多種自動化的領域中占據主導地位。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，確保數據傳輸的快速和有效進行；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)點數及增長率和歷年累計節(jié)點數增長率如表4、表5所示。

表4 2010-2015年Profibus新增節(jié)點數增長率

表5 2010-2015年Profibus歷年累計節(jié)點數增長率

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)以太網技術的自動化總線標準。作為一項戰(zhàn)略性的技術創(chuàng)新，PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網絡解決方案，囊括了諸如實時以太網、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網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，可以完全兼容工業(yè)以太網和現有的現場總線（如PROFIBUS）技術，保護現有投資。

    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、分布式現場設備、運動控制、分布式自動化、網絡安裝、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)點數及增長率和歷年累計節(jié)點數增長率如表6、表7所示。

表6 2010-2015年Profinet新增節(jié)點數增長率

表7 2010-2015年Profinet歷年累計節(jié)點數增長率

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，變頻驅動器，面板顯示器和操作員接口）連接到網絡，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接口很難實現的。

    Devicenet是一種簡單的網絡解決方案，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上是很難實現的。

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

表8 2010-2015年DeviceNet新增節(jié)點數增長率

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

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)的以太網協(xié)議，構建于標準以太網技術之上，這意味著Ethernet/IP可以和現在所有的標準以太網設備透明銜接工作。更重要的是，將Ethernet/IP建立在一個標準的以太網技術平臺上，保證了前者會隨著后者技術的發(fā)展而進一步發(fā)展。

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

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

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

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據同時以10Mbit/s高速傳送至現場網絡，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文件。

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

表12 2010-2015年CC-Link新增節(jié)點數增長率

表13 2010-2015年CC-Link歷年累計節(jié)點數增長率

供稿/德佳咨詢（www.delkaconsulting.com）