中國現(xiàn)場總線市場概述

A.基本市場指標-整體市場

    2016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。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平穩(wěn)低增長率的階段。

    現(xiàn)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(xiàn)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。

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

B.現(xiàn)場總線市場增長及預測（2015-2020）

B1.(15-16)增長判斷

    2016年受中國整體經(jīng)濟環(huán)境的影響，我國工業(yè)自動化市場整體下滑，工業(yè)自動化產品PLC、HMI等產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，預計未來3C、半導體、鋰電池等新興行業(yè)將成為新的增長點。

B2.(17-20)預測增長判斷

    預計中國經(jīng)濟將在2017年開始回暖，受此影響，工業(yè)領域的投資額將會回升，現(xiàn)場總線在工業(yè)領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用。從行業(yè)角度來說，半導體、3C、鋰電池等新興行業(yè)是國家未來大力扶持的行業(yè)。預計現(xiàn)場總線在這些新興領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，對生產過程現(xiàn)場及控制設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，極大地解決了企業(yè)對工業(yè)數(shù)字通信的需求。

D.產品和技術趨勢

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

    1）尋求統(tǒng)一的現(xiàn)場總線國際標準；

    2）工業(yè)以太網(wǎng)走向工業(yè)控制網(wǎng)絡統(tǒng)一、開放的TCP/IPEthernet是20多年來發(fā)展最成功的網(wǎng)絡技術，過去我們一直認為，Ethernet是為IT領域應用而開發(fā)的，它與工業(yè)網(wǎng)絡在實時性、環(huán)境適應性、總線饋電等許多方面的要求存在差距，在工業(yè)自動化領域只能得到有限應用。事實上，這些問題正在迅速得到解決，國內對EPA技術（EthernetforProcessAutomation）也取得了很大的進展?？梢灶A見Ethernet技術將會十分迅速地普及工業(yè)控制系統(tǒng)的各級網(wǎng)絡。

D1.應用現(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，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。

D3.現(xiàn)場總線存在的價值

    由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)結構的簡化，使控制系統(tǒng)從設計、安裝、投運到正常生產運行及檢修維護，都體現(xiàn)出優(yōu)越性?，F(xiàn)場總線的優(yōu)點如下：

    （1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資由于分散在現(xiàn)場的智能設備能直接執(zhí)行多種傳感、測量、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨的調節(jié)器、計算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號調理、轉換、隔離等功能單元及其復雜接線，還可以用工控PC機作為操作站，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?？蓲旖佣鄠€設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少。當需要增加現(xiàn)場控制設備時，無需增設新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，又減少了設計、安裝的工作量。據(jù)有關典型試驗工程的測算資料表明，可節(jié)約安裝費用60％以上。

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

    （4）用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設備來集成系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產品而限制了使用設備的選擇范圍，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牢牢掌握在用戶手中。

    （5）提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性現(xiàn)場設備的智能化、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)結構，設備與連線減少，現(xiàn)場設備內部功能加強，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)場總線的標準統(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)是一個不爭的事實。隨著現(xiàn)場總線思想的日益深入人心，基于現(xiàn)場總線的產品和應用的不斷增多，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)體系結構日益清晰，具體發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面。

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

    （2）大量采用成熟、開放和通用的技術。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)，操作設備一般采用工業(yè)PC甚至普通PC，控制設備一般采用標準的PLC或者是工業(yè)控制計算機等，而控制網(wǎng)絡就是各種現(xiàn)場總線的應用領域。

    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系，而是繼承、融合、提高的關系。

現(xiàn)場總線市場規(guī)模按行業(yè)細分

    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)點數(shù)較2015年都有所下降。但是隨著中國產業(yè)升級的深化和智能工廠的普及，預計從2018年開始，大部分行業(yè)現(xiàn)場總線的新增節(jié)點都將緩慢回升。

    但是由于近年來3C電子發(fā)展較好，受此影響，2016年電子、半導體和液晶平板的現(xiàn)場總線仍在繼續(xù)增長，預計至2020年，這三個行業(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)模按產品類型細分

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

    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在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(shù)一直低于其他PI系和ODVA系的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。

    以上四種總線產品在中國發(fā)展已久，應用廣泛，其新增節(jié)點數(shù)量受國內制造業(yè)經(jīng)濟周期影響明顯，因此2016年新增節(jié)點數(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，預計新增節(jié)點仍然會進一步萎縮。

    另一方面，隨著中國產業(yè)升級的進一步深化，現(xiàn)場總線作為智能制造以及工業(yè)信息化的基礎，預計從2018年開始回暖，上述四種總線產品從2018年開始新增節(jié)點數(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有了更加靈活的產品選擇，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)