1定義

1.1產(chǎn)品定義

我們定義的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，即以工廠內(nèi)的測(cè)量和控制機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也稱(chēng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行特化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

如圖1所示。

圖1產(chǎn)品定義

工廠自動(dòng)化（OEM市場(chǎng)）

過(guò)程自動(dòng)化（項(xiàng)目性市場(chǎng)）

1.2行業(yè)定義

本次調(diào)研的行業(yè)主要參照國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和行業(yè)協(xié)會(huì)的定義。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的應(yīng)用帶有鮮明的行業(yè)特點(diǎn)，因此我們將市場(chǎng)劃分為最終用戶(hù)行業(yè)和OEM行業(yè)。

1.3時(shí)間定義

報(bào)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(duì)于一些國(guó)外的供應(yīng)商，財(cái)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(shí)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)告當(dāng)中我們的數(shù)據(jù)包含訂單額。

2市場(chǎng)概述

2.1基本市場(chǎng)指標(biāo)——整體市場(chǎng)

2013年受到投資放緩和國(guó)際需求下滑的影響，整個(gè)自動(dòng)化市場(chǎng)遭遇寒冬，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線市場(chǎng)出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)的情況。并且“四萬(wàn)億”投資熱已經(jīng)過(guò)去，未來(lái)幾年工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線市場(chǎng)也將是處于一個(gè)平穩(wěn)低增長(zhǎng)率的的階段。

現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)想和概念是上世紀(jì)70年代在歐洲開(kāi)始形成的。從概念走向開(kāi)發(fā)、制定標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)證，到形成系列產(chǎn)品和實(shí)際投入使用，幾乎用了20年的時(shí)間?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)被介紹到國(guó)內(nèi)大約是在80年代中期，之后一直是對(duì)概念的理解和在制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中處于旁聽(tīng)的地位，局限在業(yè)界的極小范圍內(nèi)，沒(méi)有引起全行業(yè)足夠的重視。進(jìn)入90年代后開(kāi)始受到較多的關(guān)注，不過(guò)等到現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品和系統(tǒng)引進(jìn)到國(guó)內(nèi)，在較大范圍內(nèi)大規(guī)模的應(yīng)用，到今天幾乎也用了20年的時(shí)間。

從目前情況來(lái)看，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線到工業(yè)以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)變是一種趨勢(shì)。巨大的需求會(huì)帶來(lái)巨大的市場(chǎng)，工業(yè)自動(dòng)化組件供應(yīng)商越來(lái)越多的把以太網(wǎng)協(xié)議作為他們產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)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(luò)連接手段。由于供應(yīng)商的推動(dòng)，機(jī)械制造商和終端客戶(hù)不得不將觀念從舊的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)轉(zhuǎn)變到以太網(wǎng)技術(shù)上來(lái)。

在報(bào)告當(dāng)中，我們按照節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算整個(gè)市場(chǎng)規(guī)模。2013年工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的整體市場(chǎng)新增節(jié)點(diǎn)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(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線市場(chǎng)新增節(jié)點(diǎn)數(shù)

2.2基本市場(chǎng)指標(biāo)-市場(chǎng)份額

基于西門(mén)子產(chǎn)品在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)強(qiáng)大的營(yíng)銷(xiāo)能力和龐大的市場(chǎng)規(guī)模，Profibus和Profinet在中國(guó)國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在冶金、化工、汽車(chē)等項(xiàng)目型市場(chǎng)目前Rockwell和Omron等企業(yè)在OEM市場(chǎng)的業(yè)務(wù)開(kāi)展情況良好，使得DeviceNet和EthernetIP在印刷機(jī)械、橡膠機(jī)械等領(lǐng)域得到了較多的應(yīng)用三菱的CC-Link目前在中國(guó)國(guó)內(nèi)的應(yīng)用規(guī)模相對(duì)較小，同時(shí)受到中日關(guān)系緊張及推廣費(fèi)用投入不足等因素影響，CC-Link新增節(jié)點(diǎn)數(shù)一直低于其他PI系和ODVA系的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。

2.3基本項(xiàng)目市場(chǎng)指標(biāo)-市場(chǎng)體系

中國(guó)的現(xiàn)場(chǎng)總線市場(chǎng)體系主要由現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)（協(xié)會(huì)）構(gòu)成，目前國(guó)內(nèi)相關(guān)的機(jī)構(gòu)主要有3家，其下屬分別有各自的協(xié)議家族及會(huì)員群體：

如圖2所示。

圖2

3市場(chǎng)趨勢(shì)、挑戰(zhàn)及問(wèn)題

3.1產(chǎn)品和技術(shù)趨勢(shì)

現(xiàn)場(chǎng)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(lái)了工業(yè)控制領(lǐng)域的一場(chǎng)深刻革命?，F(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)，真正做到危險(xiǎn)分散、控制分散、集中監(jiān)控和全數(shù)字化。

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展應(yīng)體現(xiàn)為兩個(gè)方面：一個(gè)是低速現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域的繼續(xù)發(fā)展和完善；另一個(gè)是高速現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展。

3.2現(xiàn)場(chǎng)總線存在的不足

現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，還有一些事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，如LonWorks和CAN總線等?，F(xiàn)有8種現(xiàn)場(chǎng)總線為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它們采用的通信協(xié)議完全不同，因此要實(shí)現(xiàn)這些總線的兼容和互操作十分困難。許多標(biāo)準(zhǔn)的并存，將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不易廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)場(chǎng)總線還存在著瓶頸問(wèn)題，表現(xiàn)在：（1）總線切斷后，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生不可預(yù)知的后果；（2）在本安防爆應(yīng)用中，現(xiàn)有防爆規(guī)定限制總線長(zhǎng)度和總線上所掛設(shè)備數(shù)量，同時(shí)也限制了現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)省線纜優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮；（3）系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過(guò)于復(fù)雜，不易掌握，而其設(shè)定的好壞對(duì)系統(tǒng)性能影響很大。

3.3現(xiàn)場(chǎng)總線存在的價(jià)值

隨者微機(jī)的軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)生了革命性的技術(shù)進(jìn)步。而PLC及工控機(jī)作為工業(yè)控制的設(shè)備基礎(chǔ)，通過(guò)技術(shù)的不斷革新，在工業(yè)控制中的地位日益加強(qiáng)，并且成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制技術(shù)進(jìn)步的主要工具。

3.4現(xiàn)場(chǎng)總線在中國(guó)

以智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)不僅在控制方面，更多的是在自診斷、自校正等自動(dòng)管理方面。但國(guó)內(nèi)使用的系統(tǒng)規(guī)模一般不大，沒(méi)有把管理自動(dòng)化和遠(yuǎn)程診斷功能納入系統(tǒng)，因此無(wú)法發(fā)揮FCS降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的優(yōu)勢(shì)，所以與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有完全體現(xiàn)出來(lái)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)還有很多企業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和產(chǎn)品是否成熟可靠持懷疑態(tài)度。現(xiàn)場(chǎng)總線在中國(guó)需進(jìn)一步促進(jìn)其快速發(fā)展，最主要的則是推動(dòng)企業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用。

我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，還不擁有自主版權(quán)的現(xiàn)場(chǎng)總線。我們應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線問(wèn)題上的爭(zhēng)論，它已阻礙了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，我們應(yīng)抓住網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新機(jī)遇，努力發(fā)展我國(guó)自己的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)。

3.5發(fā)展方向

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種正在發(fā)展的技術(shù)，在過(guò)程控制領(lǐng)域?qū)ζ湟笫牵海?）改善實(shí)時(shí)性，不允許有不確定性；（2）克服本安防爆對(duì)總線中節(jié)點(diǎn)數(shù)和電纜長(zhǎng)度的限制，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)總線本安概念理論研究；（3）實(shí)現(xiàn)可互操作性和信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。今后，對(duì)上述3方面還要進(jìn)行積極研究、不斷探索。實(shí)時(shí)性和可互操作性是以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用所要解決的重要問(wèn)題。

4市場(chǎng)規(guī)模與行業(yè)細(xì)分

2013年工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線整體市場(chǎng)節(jié)新增節(jié)點(diǎn)數(shù)相比于12年同比下降4%。項(xiàng)目型市場(chǎng)的新增節(jié)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)大于OEM市場(chǎng)，其中汽車(chē)、市政、交通、化工、公共設(shè)施、食品飲料等行業(yè)的新增節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，同比增長(zhǎng)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(dǎo)致新增節(jié)點(diǎn)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線需求下滑較為嚴(yán)重，制藥機(jī)械等環(huán)境比較樂(lè)觀，有12.7%的增長(zhǎng)。

5工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，目前在多種自動(dòng)化的領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位。它有兩個(gè)主要的兼容部分，即PROFIBUS－DP（DecentralizedPeriphery），PROFIBUS－PA（ProcessAutomation）。其中PROFIBUS－DP應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，它是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)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(hù)接口，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行нM(jìn)行；PROFIBUS－PA適用于過(guò)程自動(dòng)化，可使傳感器和執(zhí)行器接在一根共用的總線上，可應(yīng)用于本征安全領(lǐng)域。

5.1.2歷年新增節(jié)點(diǎn)數(shù)及增長(zhǎng)率和歷年累計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率如表4、表5所示。

表4 2010-2015年P(guān)rofibus新增節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率

表5 2010-2015年P(guān)rofibus歷年累計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率

5.2總線介紹——Profinet

5.2.1定義

PROFINET由PROFIBUS國(guó)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(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)話(huà)題，并且，作為跨供應(yīng)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(chǎng)總線（如PROFIBUS）技術(shù)，保護(hù)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(gè)主要的模塊，依次為實(shí)時(shí)通信、分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)安裝、IT標(biāo)準(zhǔn)和信息安全、故障安全和過(guò)程自動(dòng)化。

5.2.2歷年新增節(jié)點(diǎn)數(shù)及增長(zhǎng)率和歷年累計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率如表6、表7所示。

表6 2010-2015年P(guān)rofinet新增節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率

表7 2010-2015年P(guān)rofinet歷年累計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)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(shè)備（如：限位開(kāi)關(guān)，光電傳感器，閥組，馬達(dá)啟動(dòng)器，過(guò)程傳感器，條形碼讀取器，變頻驅(qū)動(dòng)器，面板顯示器和操作員接口）連接到網(wǎng)絡(luò)，從而消除了昂貴的硬接線成本。直接互連性改善了設(shè)備間的通訊，并同時(shí)提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能，這是通過(guò)硬接線I/O接口很難實(shí)現(xiàn)的。

Devicenet是一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，它在提供多供貨商同類(lèi)部件間的可互換性的同時(shí)，減少了配線和安裝工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的成本和時(shí)間。DeviceNet不僅僅使設(shè)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(lái)的設(shè)備級(jí)的診斷功能。該功能在傳統(tǒng)的I/O上是很難實(shí)現(xiàn)的。

5.3.2歷年新增節(jié)點(diǎn)數(shù)及增長(zhǎng)率和歷年累計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率如表8、表9所示。

表8 2010-2015年DeviceNet新增節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率

表9 2010-2015年DeviceNett歷年累計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率

5.4總線介紹——EtherNet/IP

5.4.1定義

Ethernet/IP是一個(gè)面向工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的工業(yè)應(yīng)用層協(xié)議。它建立在標(biāo)準(zhǔn)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(wèn)和控制工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備定義了一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議。Ethernet/IP以特殊的方式將以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)分成預(yù)定義的設(shè)備類(lèi)型。Ethernet/IP應(yīng)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(luò)的一整套無(wú)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)設(shè)備透明銜接工作。更重要的是，將Ethernet/IP建立在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)上，保證了前者會(huì)隨著后者技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步發(fā)展。

5.4.2歷年新增節(jié)點(diǎn)數(shù)及增長(zhǎng)率和歷年累計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率如表10、表11所示。

表10 2010-2015年EtherNet/IP新增節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率

表11 2010-2015年EtherNet/IP歷年累計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)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(xiě)，在1996年11月，由三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司推出，其增長(zhǎng)勢(shì)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(shí)以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，具有性能卓越、使用簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)配線復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個(gè)以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)性技術(shù)文件。

5.5.2歷年新增節(jié)點(diǎn)數(shù)及增長(zhǎng)率和歷年累計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率如表12、表13所示。

表12 2010-2015年CC-Link新增節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率

表13 2010-2015年CC-Link歷年累計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率