中國現(xiàn)場總線市場概述

A.基本市場指標(biāo)-整體市場

    2016年受到投資放緩和國際需求下滑的影響，整個(gè)自動化市場遭遇寒冬，工業(yè)現(xiàn)場總線市場出現(xiàn)了負(fù)增長的情況。由于傳統(tǒng)行業(yè)低迷，未來幾年工業(yè)現(xiàn)場總線市場也將是處于一個(gè)平穩(wěn)低增長率的階段。

    現(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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)入90年代后開始受到較多的關(guān)注，不過等到現(xiàn)場總線產(chǎn)品和系統(tǒng)引進(jìn)到國內(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。

    2016年工業(yè)現(xiàn)場總線整體市場新增399千點(diǎn)，新增節(jié)點(diǎn)數(shù)較2015年下滑了1.8%左右。

B.現(xiàn)場總線市場增長及預(yù)測（2015-2020）

B1.(15-16)增長判斷

    2016年受中國整體經(jīng)濟(jì)環(huán)境的影響，我國工業(yè)自動化市場整體下滑，工業(yè)自動化產(chǎn)品PLC、HMI等產(chǎn)品的市場銷售量都出現(xiàn)不同程度的下滑，工業(yè)現(xiàn)場總線也出現(xiàn)下滑趨勢。

    但是因3C、半導(dǎo)體、鋰電池等新興制造業(yè)發(fā)展迅猛并且得到了國家的大力扶持，預(yù)計(jì)未來3C、半導(dǎo)體、鋰電池等新興行業(yè)將成為新的增長點(diǎn)。

B2.(17-20)預(yù)測增長判斷

    預(yù)計(jì)中國經(jīng)濟(jì)將在2017年開始回暖，受此影響，工業(yè)領(lǐng)域的投資額將會回升，現(xiàn)場總線在工業(yè)領(lǐng)域的推廣速度將會逐漸加快。

    另一方面，隨著“中國智造2025”以及產(chǎn)業(yè)升級的深入展開，工業(yè)現(xiàn)場總線在未來將會越來越多的得到應(yīng)用。從行業(yè)角度來說，半導(dǎo)體、3C、鋰電池等新興行業(yè)是國家未來大力扶持的行業(yè)。預(yù)計(jì)現(xiàn)場總線在這些新興領(lǐng)域的普及速度將會高于傳統(tǒng)行業(yè)。

C.需求發(fā)展趨勢及驅(qū)動因素

    隨著工業(yè)4.0和中國智能制造2025的全面展開，對生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的通信要求越來越高。工業(yè)現(xiàn)場總線具有可靠性高、穩(wěn)定性好、通信速率快等優(yōu)點(diǎn)，極大地解決了企業(yè)對工業(yè)數(shù)字通信的需求。

D.產(chǎn)品和技術(shù)趨勢

    從現(xiàn)場總線技術(shù)本身來分析，它有兩個(gè)明顯的發(fā)展趨勢：

    1）尋求統(tǒng)一的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)；

    2）工業(yè)以太網(wǎng)走向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一、開放的TCP/IPEthernet是20多年來發(fā)展最成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，過去我們一直認(rèn)為，Ethernet是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開發(fā)的，它與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)性、環(huán)境適應(yīng)性、總線饋電等許多方面的要求存在差距，在工業(yè)自動化領(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用。事實(shí)上，這些問題正在迅速得到解決，國內(nèi)對EPA技術(shù)（EthernetforProcessAutomation）也取得了很大的進(jìn)展。可以預(yù)見Ethernet技術(shù)將會十分迅速地普及工業(yè)控制系統(tǒng)的各級網(wǎng)絡(luò)。

D1.應(yīng)用現(xiàn)狀

    現(xiàn)場總線發(fā)展迅速，現(xiàn)處于群雄并起、百家爭鳴的階段。目前已開發(fā)出40多種現(xiàn)場總線，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、Modbus、ARCent、P-Net、FIP、ISP等，其中最有影響力的有幾種，分別為Profibus、Modbus、DeviceNet、EtherCAT、CC-Link、CanOpen。

D2.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(biāo)準(zhǔn)，還有一些事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，如LonWorks和CAN總線等。現(xiàn)有8種現(xiàn)場總線為國際標(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)場總線技術(shù)不易廣泛應(yīng)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(yù)知的后果；(2)在本安防爆應(yīng)用中，現(xiàn)有防爆規(guī)定限制總線長度和總線上所掛設(shè)備數(shù)量，同時(shí)也限制了現(xiàn)場總線節(jié)省線纜優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮；(3)系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過于復(fù)雜，不易掌握，而其設(shè)定的好壞對系統(tǒng)性能影響很大。

D3.現(xiàn)場總線存在的價(jià)值

    由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)如下：

    （1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資由于分散在現(xiàn)場的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、測量、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的調(diào)節(jié)器、計(jì)算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離等功能單元及其復(fù)雜接線，還可以用工控PC機(jī)作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，并可減少控制室的占地面積。

    （2）節(jié)省安裝費(fèi)用現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，一對雙絞線或一條電纜上通常可掛接多個(gè)設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時(shí)，無需增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，又減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測算資料表明，可節(jié)約安裝費(fèi)用60％以上。

    （3）節(jié)省維護(hù)開銷現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數(shù)字通信將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行，診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除，縮短了維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，連線簡單而減少了維護(hù)工作量。

    （4）用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品而限制了使用設(shè)備的選擇范圍，不會為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過程中的主動權(quán)牢牢掌握在用戶手中。

    （5）提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性現(xiàn)場設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號相比，從根本上提高了測量與控制的精確度，減少了傳送誤差。簡化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部功能加強(qiáng)，減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。

D4.發(fā)展方向

    雖然現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一還有種種問題，但現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展卻已經(jīng)是一個(gè)不爭的事實(shí)。隨著現(xiàn)場總線思想的日益深入人心，基于現(xiàn)場總線的產(chǎn)品和應(yīng)用的不斷增多，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)日益清晰，具體發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

    (1)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨向簡單化。早期的MAP模型由7層組成，現(xiàn)在Rockwe11公司提出了3層結(jié)構(gòu)自動化，F(xiàn)isherRosemount公司提出了2層自動化，還有的公司甚至提出1層結(jié)構(gòu)，由以太網(wǎng)一通到底。目前比較達(dá)成共識的是3層設(shè)備、2層網(wǎng)絡(luò)的3＋2結(jié)構(gòu)。3層設(shè)備是位于底層的現(xiàn)場設(shè)備，如傳感器/執(zhí)行器以及各種分布式I/O設(shè)備等，位于中間的控制設(shè)備，如PLC、工業(yè)在制計(jì)算機(jī)、專用控制器等；位于上層的是操作設(shè)備，如操作站、工程師站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、－般工作站等；2層網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場設(shè)備與控制設(shè)備之間的控制網(wǎng)，以及控制設(shè)備與操作設(shè)備之間的管理網(wǎng)。

    （2）大量采用成熟、開放和通用的技術(shù)。在管理網(wǎng)的通信協(xié)議上，越來越多的企業(yè)采用最流行的TCP/IP協(xié)議加以太網(wǎng)，操作設(shè)備一般采用工業(yè)PC甚至普通PC，控制設(shè)備一般采用標(biāo)準(zhǔn)的PLC或者是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等，而控制網(wǎng)絡(luò)就是各種現(xiàn)場總線的應(yīng)用領(lǐng)域。

    由此可見，新型的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)（如DCS、PLC）之間并不是完全取而代之的關(guān)系，而是繼承、融合、提高的關(guān)系。

現(xiàn)場總線市場規(guī)模按行業(yè)細(xì)分

    受中國制造業(yè)低迷的影響，2016年大部分行業(yè)工業(yè)現(xiàn)場總線新增節(jié)點(diǎn)數(shù)較2015年都有所下降。但是隨著中國產(chǎn)業(yè)升級的深化和智能工廠的普及，預(yù)計(jì)從2018年開始，大部分行業(yè)現(xiàn)場總線的新增節(jié)點(diǎn)都將緩慢回升。

    但是由于近年來3C電子發(fā)展較好，受此影響，2016年電子、半導(dǎo)體和液晶平板的現(xiàn)場總線仍在繼續(xù)增長，預(yù)計(jì)至2020年，這三個(gè)行業(yè)的現(xiàn)場總線都將保持增長態(tài)勢。

C.現(xiàn)場總線市場規(guī)模按產(chǎn)品類型細(xì)分

    基于西門子產(chǎn)品和施耐德產(chǎn)品在自動化領(lǐng)域強(qiáng)大的營銷能力和龐大的市場規(guī)模，Profibus和Modbus在中國國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。

    目前Rockwell和Omron等企業(yè)在OEM市場的業(yè)務(wù)開展情況良好，使得DeviceNet在橡膠機(jī)械等領(lǐng)域得到了較多的應(yīng)用。

    三菱的CC-Link目前在中國國內(nèi)的應(yīng)用規(guī)模相對較小，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)場總線系統(tǒng)。

    以上四種總線產(chǎn)品在中國發(fā)展已久，應(yīng)用廣泛，其新增節(jié)點(diǎn)數(shù)量受國內(nèi)制造業(yè)經(jīng)濟(jì)周期影響明顯，因此2016年新增節(jié)點(diǎn)數(shù)均有不同幅度的減少。在2017年制造業(yè)仍然不見回暖跡象的大背景下，預(yù)計(jì)新增節(jié)點(diǎn)仍然會進(jìn)一步萎縮。

    另一方面，隨著中國產(chǎn)業(yè)升級的進(jìn)一步深化，現(xiàn)場總線作為智能制造以及工業(yè)信息化的基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)從2018年開始回暖，上述四種總線產(chǎn)品從2018年開始新增節(jié)點(diǎn)數(shù)會逐步回升。

    Canopen和EtherCAT作為開放式總線，近兩年在中國發(fā)展迅猛。由于有多家品牌的支持，使得企業(yè)用戶在選用這兩種總線時(shí)有了更加靈活的產(chǎn)品選擇，可以有效地降低成本，因此Canopen和EtherCAT近年來逆勢而上，每年保持著7%以上的高速增長。

供稿：睿工業(yè)