電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）工業(yè)控制系統(tǒng)是作為工業(yè)自動(dòng)化流程的基石，也是整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的上游。隨著工業(yè)4.0的進(jìn)展加快，全球工業(yè)自動(dòng)化控制市場(chǎng)保持著快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。甚至成了少數(shù)在疫情影響下，仍然實(shí)現(xiàn)了可觀增長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)。

伴隨著越來(lái)越多的自動(dòng)化生產(chǎn)流水線和智能設(shè)備大量出現(xiàn)，工控產(chǎn)品需求的增速將被充分帶動(dòng)。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司The Business Research的統(tǒng)計(jì)，全球工業(yè)控制市場(chǎng)在2021年已經(jīng)達(dá)到1286億美元，預(yù)計(jì)將在2022年達(dá)到1415美元，預(yù)計(jì)在2026年達(dá)到1907億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到7.7%。 在工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中，工業(yè)控制系統(tǒng)占據(jù)了很大的份額。從調(diào)研數(shù)據(jù)來(lái)看，目前大型工業(yè)制造廠商，尤其是汽車(chē)制造業(yè)大部分完成了自動(dòng)化與數(shù)字化轉(zhuǎn)型。然而對(duì)于多數(shù)中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，由于預(yù)算限制，完成這樣的轉(zhuǎn)型依然存在不少挑戰(zhàn)，也正是因?yàn)槿绱?，整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)還留有很大的空間。

國(guó)內(nèi)政策大力推動(dòng)

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的2021年數(shù)據(jù)表明，我國(guó)工業(yè)制造業(yè)仍在較快增長(zhǎng)，規(guī)模以上工業(yè)增加值比上年增長(zhǎng)了9.6%，工業(yè)行業(yè)的增長(zhǎng)面達(dá)到了95.1%。2021年的1月到11月份，41個(gè)工業(yè)大類(lèi)行業(yè)營(yíng)收都是同比增長(zhǎng)的，可以說(shuō)，中國(guó)依然是全球工業(yè)增速最快的地區(qū)之一，這也直接反映到了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的增長(zhǎng)上。

根據(jù)中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院的統(tǒng)計(jì)測(cè)算，我國(guó)2020年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模就已經(jīng)達(dá)到了3.57萬(wàn)億元，2021年規(guī)模也將突破4萬(wàn)億元。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)直接帶動(dòng)就業(yè)人數(shù)也已經(jīng)超過(guò)600萬(wàn)人，充分緩解了就業(yè)壓力。也正因如此，國(guó)家對(duì)上游的工控與通信市場(chǎng)的發(fā)展異常重視。

十四五信息化與工業(yè)化深度融合發(fā)展規(guī)劃明確指出，加快工業(yè)芯片、智能傳感器、工業(yè)控制系統(tǒng)、工業(yè)軟件等融合支撐產(chǎn)業(yè)培育和發(fā)展壯大，增強(qiáng)工業(yè)基礎(chǔ)支撐能力。加快數(shù)字化的進(jìn)程中，重點(diǎn)行業(yè)涵蓋了原材料、裝備制造、消費(fèi)品、電子信息、綠色制造和安全生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年，中國(guó)工業(yè)控制市場(chǎng)的規(guī)模已經(jīng)達(dá)到2600億元，保持著10%以上的增速。 今年4月，國(guó)家工信部印發(fā)了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)項(xiàng)工作組2022年工作計(jì)劃》，提出了十五項(xiàng)任務(wù)，重點(diǎn)舉措有：1.建設(shè)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，推廣5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，包括船舶航空制造和消費(fèi)品行業(yè)；2.支持開(kāi)展工業(yè)邊緣計(jì)算，推動(dòng)IT和OT網(wǎng)絡(luò)融合，在礦山、化工園區(qū)開(kāi)展邊緣計(jì)算設(shè)備部署和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)施升級(jí)；3.壯大平臺(tái)體系，重點(diǎn)建設(shè)能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)網(wǎng)平臺(tái)，遴選跨領(lǐng)域綜合型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，加速工業(yè)軟件云化遷移，征集云化PLC、智能檢測(cè)、數(shù)字孿生工廠、工業(yè)視覺(jué)的案例4.加強(qiáng)推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化，包括20項(xiàng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，以及工業(yè)設(shè)備、軟件上云和數(shù)字孿生的標(biāo)準(zhǔn)。

產(chǎn)業(yè)鏈和上下游現(xiàn)狀與剖析

工業(yè)控制系統(tǒng)是不同類(lèi)型的控制系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備儀器的統(tǒng)稱(chēng)，主要包括控制設(shè)備、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。從上游來(lái)看，主要分為工業(yè)控制/通信的芯片和模組，以及工業(yè)傳感器。

在關(guān)鍵業(yè)務(wù)的工業(yè)應(yīng)用中，工業(yè)傳感器起到了改善工業(yè)流程并提供資產(chǎn)監(jiān)控與保護(hù)的作用。主要的工業(yè)傳感器有壓力傳感器、光電傳感器、位移傳感器、接近傳感器、RFID、安全傳感器、編碼器、視覺(jué)傳感器等。尤其值得一提的是，工業(yè)機(jī)器人的普及促使了一批新型傳感器的研發(fā)與創(chuàng)新，比如三維視覺(jué)傳感器、力覺(jué)傳感器、大FOV的單線與多線激光雷達(dá)和高精度編碼器等等。

工業(yè)傳感器廠商主要有：精量電子、SICK、基恩士、倍福、霍尼韋爾、歐姆龍、得利捷、勞易測(cè)、納芯微、康耐視、北洋集團(tuán)、西人馬、明皜傳感、芯奧微、美芯半導(dǎo)體、飛恩微電子等。

工業(yè)級(jí)芯片又主要由工業(yè)控制芯片和工業(yè)通信芯片組成。工業(yè)控制芯片開(kāi)始朝更高的功能集成度和更低的功耗開(kāi)始發(fā)展，為電機(jī)控制等應(yīng)用提供了更優(yōu)秀的性能與可靠性。而工業(yè)通信芯片在繼續(xù)推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)時(shí)性和安全性的同時(shí)，5G為首的工業(yè)無(wú)線通信芯片逐漸嶄露頭角。

工業(yè)級(jí)芯片主要廠商有：TI、ADI、ST、Microchip、英飛凌、恩智浦、安森美、瑞薩、美信、極海半導(dǎo)體、華大、中穎電子、芯旺微電子、聚辰半導(dǎo)體、萬(wàn)高、時(shí)代、航順、賽元、峰岹、東土科技、中科晶上、芯?？萍?/u>等。

工業(yè)控制市場(chǎng)的中游主體為PLC、DCS和SCADA，這三大控制層的控制器與系統(tǒng)。可編程邏輯控制器（PLC）作為自動(dòng)化機(jī)械控制的核心，負(fù)責(zé)與流水線、機(jī)器人等自動(dòng)化流程的通信、監(jiān)控與控制，按I/O數(shù)分為小中大型PLC。

集散控制器（DCS）則是流程工業(yè)的大腦，是由分散在工廠和控制區(qū)域的子系統(tǒng)組成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，雖然控制分散，但做到了管理和操作集中。其數(shù)據(jù)采集和控制功能主要是通過(guò)分布在被控制/收集數(shù)據(jù)的設(shè)備附近的微處理器單元完成的。

SCADA是工控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制部分，主要由主站、通信系統(tǒng)和RTU組成，RTU收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)通信系統(tǒng)傳給主站，主站顯示獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)讓運(yùn)營(yíng)者開(kāi)展遠(yuǎn)程控制任務(wù)。

工控與通信市場(chǎng)下游集中在工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)路由、工業(yè)網(wǎng)關(guān)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等應(yīng)用上。雖然全球頂尖工業(yè)機(jī)器人廠商依然集中在國(guó)外，但根據(jù)工信部的統(tǒng)計(jì)我國(guó)已經(jīng)連續(xù)八年成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)國(guó)，十三五期間工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)量已經(jīng)從7.2萬(wàn)套增長(zhǎng)到21.2萬(wàn)套，實(shí)現(xiàn)了31%的年均增長(zhǎng)，覆蓋了汽車(chē)、電子、冶金等52個(gè)行業(yè)。

另一大下游產(chǎn)業(yè)就是工業(yè)網(wǎng)關(guān)和工業(yè)路由，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信通常都會(huì)遵守各自的協(xié)議，需要工業(yè)協(xié)議網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)換來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)互連。而工業(yè)路由器在支持多種工業(yè)通信協(xié)議并提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，支持網(wǎng)絡(luò)管理控制和診斷，減少了因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)故障帶來(lái)的損失。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的出現(xiàn)，為工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)了降低成本的服務(wù)方案，這一塊降低的不只是IT運(yùn)維成本，也降低OT的產(chǎn)品研發(fā)成本和資產(chǎn)管理成本。工信部公式的跨行業(yè)跨領(lǐng)域互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中，既有深耕多年的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)公司，也可以看到不少新晉云平臺(tái)公司的身影，比如百度、京東，根據(jù)其云平臺(tái)的技術(shù)底座，圍繞倉(cāng)儲(chǔ)、物流和制造方面提供服務(wù)。

工控產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

雖說(shuō)受到疫情影響，工業(yè)自動(dòng)化的部署有所減緩，但工控市場(chǎng)需求仍保持著正向增長(zhǎng)。去年上半年缺芯影響較為嚴(yán)重，加上備貨有限和海外疫情反復(fù)，延續(xù)了自2020年底以來(lái)的火爆局面，突破了傳統(tǒng)的淡季需求，在第一季度實(shí)現(xiàn)了40%以上的同比增長(zhǎng)，第二季度開(kāi)始消化上游缺芯缺貨的恐慌情緒，需求逐漸走向常態(tài)化，持續(xù)至第三季度，兩季度平均同比增長(zhǎng)11.9%左右，第四季度能耗雙控、原材料漲價(jià)和一定的疫情反復(fù)影響，進(jìn)一步降低了需求，漲價(jià)的趨勢(shì)在今年上半年得到了體現(xiàn)。今年開(kāi)年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外工業(yè)自動(dòng)化廠商都發(fā)布了一系列漲價(jià)公告，而這還是建立在去年已經(jīng)數(shù)次上調(diào)價(jià)格的基礎(chǔ)上。

口罩機(jī)為PLC等工控產(chǎn)品帶來(lái)的紅利正在慢慢緩下來(lái)，但由于疫情反復(fù)加上全球?qū)τ卺t(yī)護(hù)用品的認(rèn)知開(kāi)始加強(qiáng)，醫(yī)療器械自動(dòng)化生產(chǎn)仍將持續(xù)作為一個(gè)可觀的增長(zhǎng)點(diǎn)。加之各國(guó)仍在堅(jiān)持一定的防疫措施，尤其是國(guó)內(nèi)，一些參與到此類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)中來(lái)的新企業(yè)，依然是一塊不可小覷的蛋糕，也是不少?lài)?guó)內(nèi)自動(dòng)化廠商的業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)點(diǎn)。

除醫(yī)護(hù)用品之外，半導(dǎo)體、鋰電、工業(yè)機(jī)器人等先進(jìn)制造和OEM的需求增長(zhǎng)同樣強(qiáng)勁，細(xì)化到產(chǎn)品上還是以小型PLC增長(zhǎng)為主。大型PLC還是集中在電力、石油、石化和化工等項(xiàng)目型市場(chǎng)，受到疫情影響有一定減緩，但本身體量足夠大，所以市場(chǎng)總值依舊龐大。

在國(guó)內(nèi)PLC市場(chǎng)，來(lái)自歐美和日本的外資品牌依然占據(jù)主導(dǎo)地位，尤其是西門(mén)子一家就做到了近半的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)目前還是主要以中小型PLC為主，不少都已經(jīng)站穩(wěn)腳跟，開(kāi)始市場(chǎng)滲透，比如剛才提到的口罩機(jī)。與此同時(shí)，從新品發(fā)布和企業(yè)年報(bào)中也可以看出，一部分廠商也在突破技術(shù)壁壘，推出和布局中大型PLC，比如寶信、傲拓等等，不過(guò)市場(chǎng)份額還是羅克韋爾等廠商占大頭。

在電子發(fā)燒友網(wǎng)開(kāi)展的調(diào)研中，有近半的用戶(hù)認(rèn)為PLC、DCS等控制層工控產(chǎn)品已經(jīng)可以完美實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。不過(guò)這很大程度上是DCS帶來(lái)的信心，尤其是靠中控技術(shù)與和利時(shí)兩家在DCS市場(chǎng)高占比。但在下游產(chǎn)業(yè)中，國(guó)內(nèi)的DCS還是以化工、石化為主，電力能源上的DCS還是國(guó)外品牌占據(jù)主導(dǎo)。

SCADA系統(tǒng)國(guó)內(nèi)品牌的占比已經(jīng)過(guò)半，但還有不少替代的空間。尤其是在外資品牌陸續(xù)開(kāi)始收購(gòu)，提高競(jìng)爭(zhēng)力的情況下，把握綠色能源、智能電網(wǎng)和南水北調(diào)、智慧水廠這類(lèi)水處理等熱門(mén)應(yīng)用會(huì)是突破的契機(jī)所在。

工業(yè)通信方式市場(chǎng)格局

在我們的用戶(hù)調(diào)研中，54.7%的用戶(hù)所用工業(yè)通信方式為工業(yè)以太網(wǎng)，31.3%的用戶(hù)在用現(xiàn)場(chǎng)總線，只有不到20%的用戶(hù)選擇了工業(yè)無(wú)線網(wǎng)。但工業(yè)無(wú)線網(wǎng)的增長(zhǎng)速率還是可觀的，從HMS的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中也可以看出，工業(yè)無(wú)線網(wǎng)的占比雖然保持不變，但8%的年增長(zhǎng)率已經(jīng)與工業(yè)以太網(wǎng)相近了。

工業(yè)以太網(wǎng)

主導(dǎo)工業(yè)以太網(wǎng)的主要是EtherNet/IP、PROFINET和EtherCAT這三大協(xié)議。EtherCAT的主站并不需要專(zhuān)屬硬件設(shè)備，因此大部分芯片方案都集中在EtherCAT從站控制器上，又主要以ASIC芯片和ARM MPU為主。EtherCAT芯片廠商有ADI、TI、瑞薩、Microchip、英飛凌、倍福、赫優(yōu)訊、HMS、安川，國(guó)內(nèi)做EtherCAT協(xié)議芯片的比較少，也只有亞信電子、訊成科技這幾家臺(tái)灣廠商有相關(guān)產(chǎn)品。

EtherCAT G/G10能將該技術(shù)的性能擴(kuò)展到千兆/萬(wàn)兆級(jí)，而且無(wú)縫兼容現(xiàn)在的百兆EhterCAT設(shè)備解決高采樣率測(cè)量應(yīng)用和復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用的痛點(diǎn)。而EtherCAT P將高速以太網(wǎng)通信與外圍設(shè)備的電源整合在一根4芯標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜中，尤其適用于獨(dú)立于系統(tǒng)其他部件的傳感器和執(zhí)行器，在現(xiàn)場(chǎng)層實(shí)現(xiàn)單電纜自動(dòng)化，減少了布線復(fù)雜程度和成本。

PROFINET是一種適用于自動(dòng)化行業(yè)的開(kāi)放式實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，可以無(wú)縫集成現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，目前已經(jīng)和EtherNet/IP并駕齊驅(qū)，成為了市面上最普及的工業(yè)以太網(wǎng)方案之一，主導(dǎo)著亞洲市場(chǎng)。根據(jù)PI給出的數(shù)據(jù)，去年又有850萬(wàn)PROFINET產(chǎn)品投入市場(chǎng)，裝機(jī)量同比增長(zhǎng)20%，設(shè)備總量達(dá)到4820萬(wàn)臺(tái)。

EtherNet/IP雖然不像EtherCAT那樣需要專(zhuān)用的硬件，但帶寬和速度有限，也不如EtherCAT那么靈活，但仍是目前市占率第一的通信協(xié)議，所以無(wú)論是PLC、交換機(jī)廠商，雖然有的主推EtherCAT或PROFINET，卻也各自推出了對(duì)應(yīng)的EtherNet/IP解決方案。

現(xiàn)場(chǎng)總線

作為老牌工業(yè)通信技術(shù)之一，現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)，工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)了第一波的從模擬到數(shù)字的革命，這么多年來(lái)也在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，已有設(shè)備量依然數(shù)一數(shù)二。

但差異化的發(fā)展促使了各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)，比如CANBUS、PROFIBUS、CC-LINK等等，雖然各具特點(diǎn)，但缺乏協(xié)議之間的互通。接著是從性能上、組網(wǎng)靈活性上被工業(yè)以太網(wǎng)反超，從HMS的數(shù)據(jù)來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)總線去年的年增長(zhǎng)也只有4%，且市場(chǎng)占比處于繼續(xù)下滑中。不過(guò)目前現(xiàn)場(chǎng)總線的并沒(méi)有完全淘汰，還是有一部分市場(chǎng)在。尤其是在疫情和元器件供應(yīng)的雙重影響下，工廠更趨向于使用成熟的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)方案。

工業(yè)無(wú)線網(wǎng)

從工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來(lái)看，往往都是在新興通信方式崛起一段時(shí)間后，與之相關(guān)的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景才開(kāi)始成熟，就像以太網(wǎng)過(guò)渡到工業(yè)以太網(wǎng)一樣，大家正是這樣看待工業(yè)無(wú)線網(wǎng)的。而現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備因?yàn)槠骄鶋勖⑸?jí)換代的情況更加復(fù)雜，可能是最后一批遷移到無(wú)線的設(shè)備。

工業(yè)無(wú)線網(wǎng)起初因?yàn)樾阅堋⒎€(wěn)定性和成本的原因，雖然增速可觀，但所占份額依然不多。盡管如此，工業(yè)無(wú)線網(wǎng)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)不可小覷，比如在系統(tǒng)復(fù)雜性更高的場(chǎng)景下，即便是有線網(wǎng)絡(luò)也會(huì)有傳輸距離或延遲的影響，從而限制了遠(yuǎn)程監(jiān)控純有線網(wǎng)絡(luò)的能力，而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程監(jiān)控和資產(chǎn)管理上有著天生的優(yōu)勢(shì)。

Wi-Fi6/6E和藍(lán)牙5.2/5.3的出現(xiàn)也為兩種傳統(tǒng)無(wú)線通信方式帶來(lái)了技術(shù)創(chuàng)新，但前者成本的成本依然還沒(méi)有降下來(lái)，后者仍然有著速率上的劣勢(shì)，所以滲透率增長(zhǎng)有限。5G的到來(lái)也給工業(yè)無(wú)線網(wǎng)創(chuàng)造了新的機(jī)遇，但5G網(wǎng)絡(luò)才經(jīng)歷了一波爆發(fā)式增長(zhǎng)，目前還在完善方案中。雖然已經(jīng)有了相關(guān)政策的推動(dòng)，但不少工廠依然在觀望5G能給下一代工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)怎樣的影響。這在我們的調(diào)查報(bào)告中也可以看出，新興工控與通信方案中，最吸引人的還是5G智慧工廠，占比達(dá)到了28%。

工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)

確定性網(wǎng)絡(luò)

為了做到高效地使用、管理、維護(hù)、控制工業(yè)設(shè)備，需要以提供確定性服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)與技術(shù)作為支撐；工業(yè)制造網(wǎng)絡(luò)化與智能化升級(jí)，也對(duì)網(wǎng)絡(luò)提供確定性服務(wù)質(zhì)量提出了要求。確定性網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將服務(wù)質(zhì)量控制在確定范圍，比如時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率等等。

典型的確定性網(wǎng)絡(luò)有：時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）、靈活以太網(wǎng)（FlexE）、確定網(wǎng)（DetNet）、5G確定性網(wǎng)絡(luò)（5GDN）。目前TSN、5GDN已經(jīng)開(kāi)始了工業(yè)制造方面的商業(yè)應(yīng)用，而DetNet、FlexE還需要一段時(shí)間的發(fā)展才能適應(yīng)工業(yè)需求。

我們以TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)為例，為了進(jìn)一步改善以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性能、工業(yè)場(chǎng)景下OT與IT網(wǎng)絡(luò)的融合，TSN作為一套新的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)被提出。TSN能夠保證控制類(lèi)、實(shí)時(shí)運(yùn)維類(lèi)等時(shí)間敏感數(shù)據(jù)的優(yōu)先傳輸，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性和確定性，保證了各類(lèi)業(yè)務(wù)流量共網(wǎng)混合傳輸，將已有的存量工業(yè)以太網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及新型工業(yè)應(yīng)用連起來(lái)，極大提高工廠網(wǎng)絡(luò)靈活組網(wǎng)的能力。

目前參與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與TSN融合研究工作的廠商越來(lái)越多，比如工業(yè)以太網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織（CC-Link、EtherCAT、PROFINET），還有國(guó)內(nèi)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，加上大部分自動(dòng)化廠商，比如西門(mén)子、ABB、庫(kù)卡等。

下一代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)TSN應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)研究正飛速進(jìn)行，端到端應(yīng)用場(chǎng)景逐漸豐富，研究成果的產(chǎn)業(yè)化時(shí)機(jī)已經(jīng)到來(lái)。技術(shù)開(kāi)發(fā)與測(cè)試成果已初步涌現(xiàn)，通信設(shè)備廠商和芯片廠商們也一并參與到TSN的開(kāi)發(fā)中來(lái)，產(chǎn)品及服務(wù)廠商也在逐漸增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，市面上已有10多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域?qū)SN的端到端應(yīng)用進(jìn)行了初步探索，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上能提供TSN各類(lèi)軟硬件產(chǎn)品及服務(wù)的廠商也超過(guò)50多家。

以芯片廠商為例，就有ADI、英特爾、Xilinx、Microchip、博通、Marvell、NXP和德州儀器等多家大廠，但國(guó)內(nèi)目前少有參與TSN芯片開(kāi)發(fā)的廠商。

5G

5G作為時(shí)下熱門(mén)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，在演進(jìn)的過(guò)程中，5G不少新特性都為它在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。比如5G Advance進(jìn)一步提升了網(wǎng)絡(luò)性能，做到了10Gbps的下行速度和1Gbps的上行速度，毫秒級(jí)的交互時(shí)延等等。5G網(wǎng)絡(luò)切片可對(duì)內(nèi)網(wǎng)中不同需求的工控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切片，完成不同的業(yè)務(wù)的Qos保障需求。

然而打造5G工業(yè)網(wǎng)絡(luò)仍存在一些挑戰(zhàn)，比如可靠性上，5G的可靠性還不能穩(wěn)定維持在99.9999%以上的目標(biāo)；在提高通信容量和效率上，也還是在部分區(qū)域進(jìn)行試點(diǎn)，并沒(méi)有大規(guī)模擴(kuò)展。最后也是最重要的一環(huán)，就是終端支持方面，目前支持5G的工業(yè)網(wǎng)關(guān)、路由器設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始少量出貨，但終端設(shè)備仍不算多，未來(lái)參與進(jìn)來(lái)的廠商數(shù)量增加、產(chǎn)品與技術(shù)完善程度更高，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)成本的下降，促進(jìn)終端普及。最后，5G技術(shù)融合后的網(wǎng)絡(luò)安全能力尚待提升，且供應(yīng)鏈安全還不能完全把控，尤其是5G芯片。

通信安全

在我們對(duì)工控產(chǎn)品的需求調(diào)研中，穩(wěn)定性和使用壽命所占需求最高，其次是成本，然后是大家愈發(fā)重視的工控通信安全。與近年來(lái)被反復(fù)強(qiáng)調(diào)的互聯(lián)網(wǎng)安全、物聯(lián)網(wǎng)安全和信息安全一樣，工控安全同樣是極其重要的一環(huán)。而針對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的攻擊也開(kāi)始頻出不窮，這針對(duì)的不僅是企業(yè)的IT系統(tǒng)，也有包含PLC在內(nèi)的OT系統(tǒng)。

而國(guó)內(nèi)目前在自動(dòng)化產(chǎn)品通信安全上的發(fā)展也有所欠缺，比如在近日工業(yè)控制系統(tǒng)信息產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全產(chǎn)品及服務(wù)指南中（2022版）》中，“具有信息安全功能的工控產(chǎn)品—PLC”一項(xiàng)只有中電智科的超御PLC上榜。所以安全性仍是各大通信方式與通信協(xié)議的主要發(fā)力方向之一，在PROFINET、ETHERCAT等通信方式的標(biāo)準(zhǔn)更新中，除了對(duì)TSN的支持外，也在完善在安全方面的規(guī)范。

新興工控與通信方案

從我們的調(diào)研數(shù)據(jù)中，對(duì)于新興工控方案的意向中，用戶(hù)對(duì)于5G智慧工廠最感興趣。對(duì)于復(fù)雜的工廠環(huán)境來(lái)說(shuō)，有線連接雖然久經(jīng)驗(yàn)證，但可能會(huì)帶來(lái)更高昂的布線與施工成本，而且設(shè)備的位置會(huì)受到限制。

5G智慧工廠結(jié)合了工業(yè)視覺(jué)、移動(dòng)物流和AR輔助作業(yè)等方案，從對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備層到管理層工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施都提供了靈活的方案，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的靈活切換，并減少了線纜成本。再加上國(guó)內(nèi)政策的推進(jìn)，運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備廠商的發(fā)力，我國(guó)在這一塊的研究進(jìn)展迅速。

另一個(gè)新興方案就是云化PLC。云化PLC作為在云端運(yùn)行的可編程控制器，給到了一個(gè)軟件定義的方式，與云服務(wù)廠商建立的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)聯(lián)通，并實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程控制，免受地理位置的束縛。

云化PLC的出現(xiàn)，也象征著工控領(lǐng)域軟硬件解耦的誕生，對(duì)于國(guó)內(nèi)的工控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，云化PLC中通用IP協(xié)議的應(yīng)用也可以解決七國(guó)八制的問(wèn)題。與此同時(shí)，與云端伴生的AI還能給PLC帶來(lái)新的演進(jìn)方式，讓PLC成為真正的智能可編程邏輯控制器。

在我國(guó)的十四五規(guī)劃中，數(shù)字孿生技術(shù)被重點(diǎn)提及并要求攻關(guān)。數(shù)字孿生面向的最主要場(chǎng)景之一，正是工業(yè)4.0。通過(guò)對(duì)工廠和流水線的數(shù)字孿生，可以測(cè)試、改善和優(yōu)化整套生產(chǎn)流程，在不影響實(shí)際生產(chǎn)的情況下，提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。

但為了實(shí)現(xiàn)這種實(shí)時(shí)的應(yīng)用技術(shù)，就必須提供一個(gè)大帶寬、低時(shí)延、可靠性高且安全的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，這也與EtherCAT、PROFINET、5G等通信方式追求的性能表現(xiàn)相符。話雖如此，因?yàn)槠溆捎诩夹g(shù)和人力成本投入較大，業(yè)內(nèi)仍在觀望中，目前在國(guó)際范圍內(nèi)也只有少數(shù)工廠處于嘗試階段，方案廠商也有比較有限。

結(jié)語(yǔ)

可以看出，在市場(chǎng)需求和政策推動(dòng)的作用下，工控與通信市場(chǎng)在國(guó)內(nèi)仍是增速最快的市場(chǎng)之一，但供應(yīng)鏈上的問(wèn)題，無(wú)論是原材料漲價(jià)還是缺芯都會(huì)對(duì)增速造成一定的影響。

其次，主導(dǎo)工控通信中上游產(chǎn)品的依然是歐美日三個(gè)地區(qū)的廠商，國(guó)內(nèi)廠商也已經(jīng)找到了自己的一席之地，與此同時(shí)用戶(hù)中國(guó)產(chǎn)替代的意愿也在不斷增加，國(guó)產(chǎn)替代化程度已經(jīng)呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，而且在大部分用人眼中PLC、DCS等中游產(chǎn)品已經(jīng)可以做到一定程度的國(guó)產(chǎn)替代了。

最后大家有目共睹的是，工業(yè)通信上的創(chuàng)新正在加快工業(yè)4.0的進(jìn)程，對(duì)工廠部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)起到了相當(dāng)大的推動(dòng)作用，工業(yè)以太網(wǎng)仍然穩(wěn)坐工業(yè)通信方式的寶座，但工業(yè)無(wú)線網(wǎng)的關(guān)注程度正在攀升，隨著技術(shù)逐漸成熟和成本降低，用戶(hù)樂(lè)意選擇5G這類(lèi)新型工業(yè)組網(wǎng)方式。