2014中国工业现场总线市场研究报告

文:2014年6月

1定义

1.1产品定义
    我们定义的工业现场总线系统,即以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络系统,也称现场网络系统。它是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络系统。

    如图1所示。

图1产品定义

工厂自动化(OEM市场)

过程自动化(项目性市场)

1.2行业定义
    本次调研的行业主要参照国家统计局和行业协会的定义。由于工业现场总线系统的应用带有鲜明的行业特点,因此我们将市场划分为最终用户行业和OEM行业。

1.3时间定义
    报告中所有数据基于自然年,即2013年1月1日—2013年12月31日。对于一些国外的供应商,财政年度和自然年不相符的,我们将数据调整为自然年的数据。同时在工业现场总线报告当中我们的数据包含订单额。

2市场概述

2.1基本市场指标——整体市场
    2013年受到投资放缓和国际需求下滑的影响,整个自动化市场遭遇寒冬,工业现场总线市场出现了负增长的情况。并且“四万亿”投资热已经过去,未来几年工业现场总线市场也将是处于一个平稳低增长率的的阶段。

    现场总线的设想和概念是上世纪70年代在欧洲开始形成的。从概念走向开发、制定标准、验证,到形成系列产品和实际投入使用,几乎用了20年的时间。现场总线技术被介绍到国内大约是在80年代中期,之后一直是对概念的理解和在制定国际标准过程中处于旁听的地位,局限在业界的极小范围内,没有引起全行业足够的重视。进入90年代后开始受到较多的关注,不过等到现场总线产品和系统引进到国内,在较大范围内大规模的应用,到今天几乎也用了20年的时间。

    从目前情况来看,工业现场总线到工业以太网的转变是一种趋势。巨大的需求会带来巨大的市场,工业自动化组件供应商越来越多的把以太网协议作为他们产品的标准规范,许多厂商也直接把以太网技术作为新产品的网络连接手段。由于供应商的推动,机械制造商和终端客户不得不将观念从旧的工业现场总线技术转变到以太网技术上来。

    在报告当中,我们按照节点数计算整个市场规模。2013年工业现场总线的整体市场新增节点数较2012年略有下滑,下滑了3.67%。

    如表3所示。

表3 2010-2015年中国工业现场总线市场新增节点数

2.2基本市场指标-市场份额

    基于西门子产品在自动化领域内强大的营销能力和庞大的市场规模,Profibus和Profinet在中国国内得到了广泛的应用,尤其是在冶金、化工、汽车等项目型市场目前Rockwell和Omron等企业在OEM市场的业务开展情况良好,使得DeviceNet和EthernetIP在印刷机械、橡胶机械等领域得到了较多的应用三菱的CC-Link目前在中国国内的应用规模相对较小,同时受到中日关系紧张及推广费用投入不足等因素影响,CC-Link新增节点数一直低于其他PI系和ODVA系的现场总线系统。

2.3基本项目市场指标-市场体系
    中国的现场总线市场体系主要由现场总线标准机构(协会)构成,目前国内相关的机构主要有3家,其下属分别有各自的协议家族及会员群体:

    如图2所示。

图2

3市场趋势、挑战及问题

3.1产品和技术趋势
    现场总线控制系统是继DCS之后的又一种新型工业控制系统,它的出现带来了工业控制领域的一场深刻革命。现场总线代表一种突破意义的控制思想,改变了原有控制体系结构,使模拟与数字混合的DCS更新换代为全数字现场总线控制系统,真正做到危险分散、控制分散、集中监控和全数字化。

    现场总线技术的发展应体现为两个方面:一个是低速现场总线领域的继续发展和完善;另一个是高速现场总线技术的发展。

3.2现场总线存在的不足
    现场总线是一种正在发展中的技术,在许多方面还需改善。IEC61158规定了FF、Profibus、WorldFIP等8种现场总线标准,还有一些事实上的标准,如LonWorks和CAN总线等。现有8种现场总线为国际标准,它们采用的通信协议完全不同,因此要实现这些总线的兼容和互操作十分困难。许多标准的并存,将导致现场总线技术不易广泛应用。

    现场总线还存在着瓶颈问题,表现在:(1)总线切断后,系统有可能产生不可预知的后果;(2)在本安防爆应用中,现有防爆规定限制总线长度和总线上所挂设备数量,同时也限制了现场总线节省线缆优点的发挥;(3)系统组态参数过于复杂,不易掌握,而其设定的好坏对系统性能影响很大。

3.3现场总线存在的价值
    随者微机的软硬件技术和网络通讯技术的飞速发展,工业自动化领域发生了革命性的技术进步。而PLC及工控机作为工业控制的设备基础,通过技术的不断革新,在工业控制中的地位日益加强,并且成为实现工业控制技术进步的主要工具。

3.4现场总线在中国
    以智能化现场仪表为基础的现场总线系统与传统系统相比,其优点不仅在控制方面,更多的是在自诊断、自校正等自动管理方面。但国内使用的系统规模一般不大,没有把管理自动化和远程诊断功能纳入系统,因此无法发挥FCS降低运行维护费用的优势,所以与传统产业相比,现场总线的优点没有完全体现出来,现在国内还有很多企业对现场总线技术和产品是否成熟可靠持怀疑态度。现场总线在中国需进一步促进其快速发展,最主要的则是推动企业对现场总线的应用。

    我国是发展中国家,还不拥有自主版权的现场总线。我们应谨慎对待出现在现场总线问题上的争论,它已阻碍了工业自动化领域网络技术的发展和产品的更新换代,我们应抓住网络发展的新机遇,努力发展我国自己的现场总线网络产业。

3.5发展方向
    现场总线是一种正在发展的技术,在过程控制领域对其要求是:(1)改善实时性,不允许有不确定性;(2)克服本安防爆对总线中节点数和电缆长度的限制,加强现场总线本安概念理论研究;(3)实现可互操作性和信息处理现场化。今后,对上述3方面还要进行积极研究、不断探索。实时性和可互操作性是以太网在工业现场应用所要解决的重要问题。

4市场规模与行业细分
    2013年工业现场总线整体市场节新增节点数相比于12年同比下降4%。项目型市场的新增节点数远大于OEM市场,其中汽车、市政、交通、化工、公共设施、食品饮料等行业的新增节点数较多,同比增长比较平稳。由于冶金等行业的衰退幅度高于其他行业,由此导致新增节点数下降。OEM行业中,2013年受整体环境的影响OEM制造行业对现场总线需求下滑较为严重,制药机械等环境比较乐观,有12.7%的增长。

5工业现场总线介绍

5.1总线介绍——Profibus

5.1.1定义
    PROFIBUS于1989年正式成为现场总线的国际标准,目前在多种自动化的领域中占据主导地位。它有两个主要的兼容部分,即PROFIBUS-DP(DecentralizedPeriphery),PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)。其中PROFIBUS-DP应用于现场级,它是一种高速低成本通信,用于设备级控制系统与分散式I/O之间的通讯,总线周期一般小于10ms,使用协议第1、2层和用户接口,确保数据传输的快速和有效进行;PROFIBUS-PA适用于过程自动化,可使传感器和执行器接在一根共用的总线上,可应用于本征安全领域。

    5.1.2历年新增节点数及增长率和历年累计节点数增长率如表4、表5所示。

表4 2010-2015年Profibus新增节点数增长率

表5 2010-2015年Profibus历年累计节点数增长率

5.2总线介绍——Profinet

5.2.1定义
    PROFINET由PROFIBUS国际组织(PROFIBUSInternational,PI)推出,是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新,PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案,囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题,并且,作为跨供应商的技术,可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线(如PROFIBUS)技术,保护现有投资。

    PROFINET是适用于不同需求的完整解决方案,其功能包括8个主要的模块,依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准和信息安全、故障安全和过程自动化。

    5.2.2历年新增节点数及增长率和历年累计节点数增长率如表6、表7所示。

表6 2010-2015年Profinet新增节点数增长率

表7 2010-2015年Profinet历年累计节点数增长率

5.3总线介绍——DeviceNet

5.3.1定义
    Devicenet是一种低成本的通讯总线。它将工业设备(如:限位开关,光电传感器,阀组,马达启动器,过程传感器,条形码读取器,变频驱动器,面板显示器和操作员接口)连接到网络,从而消除了昂贵的硬接线成本。直接互连性改善了设备间的通讯,并同时提供了相当重要的设备级诊断功能,这是通过硬接线I/O接口很难实现的。

    Devicenet是一种简单的网络解决方案,它在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时,减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet不仅仅使设备之间以一根电缆互相连接和通讯,更重要的是它给系统所带来的设备级的诊断功能。该功能在传统的I/O上是很难实现的。

    5.3.2历年新增节点数及增长率和历年累计节点数增长率如表8、表9所示。

表8 2010-2015年DeviceNet新增节点数增长率

表9 2010-2015年DeviceNett历年累计节点数增长率

5.4总线介绍——EtherNet/IP

5.4.1定义
    Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议。它建立在标准UDP/IP与TCP/IP协议之上,利用固定的以太网硬件和软件,为配置、访问和控制工业自动化设备定义了一个应用层协议。Ethernet/IP以特殊的方式将以太网节点分成预定义的设备类型。Ethernet/IP应用层协议是基于控制和信息协议(CIP)层的,提供了从工业楼层到企业网络的一整套无缝整合系统Ethernet/IP使用所有传统的以太网协议,构建于标准以太网技术之上,这意味着Ethernet/IP可以和现在所有的标准以太网设备透明衔接工作。更重要的是,将Ethernet/IP建立在一个标准的以太网技术平台上,保证了前者会随着后者技术的发展而进一步发展。

    5.4.2历年新增节点数及增长率和历年累计节点数增长率如表10、表11所示。

表10 2010-2015年EtherNet/IP新增节点数增长率

表11 2010-2015年EtherNet/IP历年累计节点数增长率

5.5总线介绍——CC-Link

5.5.1定义
    CC-Link是Control&CommunicationLink(控制与通信链路系统)的缩写,在1996年11月,由三菱电机为主导的多家公司推出,其增长势头迅猛,在亚洲占有较大份额,目前在欧洲和北美发展迅速。在其系统中,可以将控制和信息数据同时以10Mbit/s高速传送至现场网络,具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。其不仅解决了工业现场配线复杂的问题,同时具有优异的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一个以设备层为主的网络,同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。2005年7月CC-Link被中国国家标准委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。

    5.5.2历年新增节点数及增长率和历年累计节点数增长率如表12、表13所示。

表12 2010-2015年CC-Link新增节点数增长率

表13 2010-2015年CC-Link历年累计节点数增长率

供稿/德佳咨询(www.delkaconsulting.com)

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