走入工业控制领域的无线通讯技术

　　您的工厂是否需要采用无线技术，这可能是许多工程师近期正在抉择的问题。工业无线技术在很多应用场合具有有线技术无法或很难取代的优势，从节省连接线到改进操作，有效提高用户在资产管理、设备诊断、监督与控制等领域的效率。其实工业无线通讯技术并不是新话题，因为无线技术数十年来一直是石油、天然气和电力能源领域的SCADA系统的一部分。无线作为既古老又崭新的技术，从上世纪80年代就开始普及应用的数传电台与远程RTU，到近几年开始崛起的中、短程无线通讯技术，它正在加快渗透到工业控制领域。继Wireless in Factory Forum（WFF）2005的成功举办后，CONTROL ENGINEERING China于10月11日举办了WFF 2006无线工厂应用高峰论坛，使中国用户能从一个更完整、更高度的视野来了解与掌握各种无线通讯技术的特征，为用户在决定广泛实施复杂的无线技术之前提供必要的决策依据。

　　本次论坛由南京菲尼克斯电气中国公司协办，同时得到了WINA无线工业网络联盟，HART基金会和BlueTooth蓝牙国际组织的支持。论坛报告内容精彩，受到业界广泛关注，共有300余名来自各行各业的最终用户、系统集成商、研发人员和供应厂商参加。一天的论坛中，工业无线技术领域的有关专家，市场研究人员和厂商详述了工业无线技术的特征、工厂无线技术发展的最新趋势、工业无线产品与解决方案，并且解答了与会者的提问。
　　无线——工控领域的核心技术
　　对于用户普遍关心的全球工业无线市场和发展趋势问题，ARC顾问集团高级研究员王智勇先生和IMS公司自动化研究总监Tim Dawson先生进行了论述。
　　“无线技术提供了一个更为低成本高效率的方法，来监控工厂设备和生产流程，并使得管理人员可以现场做出决定来改进生产，或者在设备的维修问题影响生产之前将之解决。尽管过程制造工厂都耗费大量成本安装了大量现场设备，但是由于没有很好地数字化，这些设备分享过程和维修信息的能力都极大地受到限制。这就给了无线技术一个绝佳的表现机会。”王智勇谈到。他还与大家分享了ARC近期进行的全球工业无线市场的调查结果，该调查共有近250个回复，其中38%是来自制造厂商，25%来自于系统集成商，26%来自于最终用户，还有18%来自OEM制造商。调查中包含了下述关键问题：
　　■  工业无线现场装置目前的使用状况：40%被访者表示正在进行评估，13%正在使用，24%计划使用，23%暂时不会考虑。据介绍，在全球主要区域市场中，亚太地区的增长最为迅速，超过了EMEA与北美市场。
　　■  什么是采用工业无线技术的决定因素：35%的受访者认为无线方便一些仪器设备的增加，33%表示无线方便安装及维护，另有35%看重现场放置的灵活性，33%选择移动能力强，23%认为无线成本低于有线。
　　■  不使用无线的原因或者使用无线的主要障碍：38%的被访者说主要原因是安全问题，35%回答是无线干扰的问题，27%表示是标准化不同的原因，还有24%认为性能还不够好，这一数字与前期相比有较大幅度的降低。
　　■  正在使用的无线设备有哪些：24%表示用于现场仪表，12%用于传感器，17%用在手持终端。虽然用户对工业无线产品有强烈需求，但增长目前主要还局限于监控、数据采集、编程等特定应用领域。

　　无线技术已经成为工控领域的核心技术，它将改变工业自动化的格局。对于工业无线目前飞速的增长，ARC和IMS公司均进行了发展预测。全球自动化领域的无线通讯应用市场预计在今后5年将以28.1%的速度增长，市场将从2005年底的1.05亿美元，增加到2010年的13亿美元。无线接入点设备在2005年为12,000台，这一数字将在2010年达到18万台。预计到2010年无线局域网将成为最为普遍的技术，蜂窝式技术市场将萎缩到20%，蓝牙的市场份额也会增长。在2010年将有90%在各类环境下使用的计算机具备无线功能。无线辅助设备方面，2004年出货量是26万台，到2010年将增长到超过50万台。
　　进入无线时代的HART和Bluetooth
　　为了迎接工控领域无线时代的到来，HART基金会和Bluetooth蓝牙国际组织均做好了准备，HCF执行董事Ron Helson和Bluetooth SIG技术市场经理苏国良先生在论坛上发表了各自看法。
　　Helson认为：“在全球现在已经安装的超过2000万台具有HART通信功能的设备中，只有10%完全发挥了在诊断上的潜能，这一现状将得到改观。无线HART标准的开发和新的增强型DDL功能，让HART设备可以进行更新，并简化了把多个厂商的设备整合到工厂资产优化系统的过程。”与所有其它数字通讯技

术不同，HART协议为用户提供了一种独特的通讯解决方案，这种解决方案在后台与目前使用的4-20mA电流回路仪表兼容，同时为用户提供一种第二级的数字通讯通道，用来传送丰富的实时诊断信息和多变量信息。安全、可靠的HART无线通信适用于所有HART激活的现场测量/控制仪表以及控制系统，它使用与Zigbee类似的2.4 GHz频率，适合全球应用，具有自我组织及自我修复功能，具备频率跳频，扩展的频谱能提高可靠性及共存能力，并且无需附加的工程及安装要求。HART的增长趋势非常迅速，到2005年HART的销售已经覆盖世界范围，超过2500万台HART设备已被应用。“我们的目标是为无线技术创造可以广泛使用的标准。”Helson表示。
　　蓝牙技术则定义了便携式设备之间无线通信的物理媒介和电子通信协议。苏国良介绍了蓝牙的优势：“1)短距离通信的开放系统；2)点对点连接而不需要使用任何路由器，3)成本低廉，100米范围内使用，4)采用跳频技术，信号每秒在79个频段中跳跃1600次，使之很难中断，5)安全可靠，使用方便。未来将打造高速的蓝牙路线，2006年的版本2.1，每秒数据率3M，2007年的版本Bluetooth + UWB，最大数据率将达到480M，并会加入新的波段。”蓝牙技术目前的应用包括物流、工厂自动化等，2005年每周出货量超过1000万，产品增长44%，设备增长61%。预计到2008年，蓝牙产品将会增长450%，蓝牙芯片市场规模将会达到20亿美元。来自CONTROL ENGINEERING China杂志的调查显示，目前20%的公司采用蓝牙技术作为其网络解决方案，而预计12个月后将达到40%。
　　工业无线产品和解决方案
　　为了提高用户对于工业无线产品与解决方案的认知程度，来自南京菲尼克斯电气中国公司无线产品专家们、ETUNG公司的刘昕先生，DIGI International公司的范建君先生和MDS公司的谢武光先生分别对各自公司的无线产品进行了讲解。厂商介绍的应用案例主要涉及物流、楼宇自动化、运输、矿井安全和仓储管理等领域。
　　菲尼克斯电气（www.phoenixcontact.com.cn）无线专家黄轶青女士介绍了工业无线以太网和TRUSTED Wireless技术。由于以太网的普及，特别是PROFINET在工业现场的迅速推广应用，使无线通信可以很容易被纳入自动化网络。WLAN的优势在于：总带宽高达54 Mbps，净带宽24Mbps；可支持网络中的许多设备（>256个）；高移动性，可满足带很多节点的有移动控制需求的自动化网络；对以太网协议透明。这些特性使WLAN特别适合于移动操作、监视、维护以及与移动控制系统进行通信。然而，目前WLAN 802.11在进行过程和控制信号通信方面还不能满足可靠性、快速性和稳定性的要求。TRUSTED Wireless技术采用跳频扩频技术（FHSS），具有非常高的安全性和很远的传输距离。Ingolf Sieslack先生和缪竞红女士则强调了无线的安全性问题：“你的系统所采用的安全保障是与系统配置、设备有关的，需要选用适用于自身系统的最经济、最可行的安全系统。”
　　M2M（Machine to Machine）是指机器与机器之间的一种自动的、无线的通信方式。来自ETUNG公司（www.etungtech.com.cn）的刘昕对其进行了详细介绍：“M2M的产生基于以下理念：即联入网络的、智能互动的机器比孤立的机器更有价值。据预测，到2010年，全球至少有15亿机器将联入互联网。在2008年，M2M的市场预计在300亿美元以上。中国市场的M2M虽然刚刚起步，但却具有坚实的基础：我国拥有世界上规模最大的GSM网，中国移动的GPRS商用业务已全面启动，并且将在2008年以前提供3G服务。全球知名无线巨头，如西门子、诺基亚、摩托罗拉等都已投入巨资，研制生产M2M的移动数据传输模块及开发系统。无线M2M技术及产品正在引起国内外广泛关注。”
　　Digi International公司（www.digi.com.cn）是Connectware有线及无线、硬软件连接解决方案供应商。范建君主要介绍了无线产品Connect Wi-SP、无线嵌入式模块、Connect Wi-ME/EM等。为了增强在无线领域的竞争优势，Digi International还在近期收购了一家无线设备网络公司Maxstream。MDS公司（www.microwavedata.com.cn）是专网通信领域的专业无线数据通信设备制造商，也是美国这一行业最大生产厂商之一。谢武光介绍道MDS产品具有工业级外壳，符合行业认证，温度范围扩大，低耗电和稳定可靠等优





点。
　　蓄势待发的无线应用
　　上海移通网络有限公司（Etonenet）的郑国基先生介绍了无线物流管理系统。它根据物流跟踪管理的实际需要，优化库房资源配置和库房作业模式，为库房管理提供了一套有效的工具。Etonenet无线物流管理系统结合了条码技术和无线计算机网络技术，集成了先进的硬件设备和完善的软件系统，真正实现库房的科学管理，能将库存的利用率提高到85%。
　　圆桌讨论中，与会者结合切身实际，和专家们交流了应用和决策中的问题。通过此次高峰论坛，可以得出无线技术在工业领域应用的如下结论：
　　■  无线传输进入工业控制领域的趋势无可置疑。市场预测认为再过4～5年，即2010年前，大多数仪表和自动化产品都将嵌入无线传输的功能。
　　■  无线传输不适用于高速控制的场合。但是可预见的技术发展表明，对大多数监控和慢速控制场合，它足够可靠，也就是可以用在将近80%的自动化和过程控制场合。
　　■  适应工业应用要求的无线通信的标准正在制订过程中，其发展和市场开发值得我们重视，但是无线通信仍将在较长的一段时间内与现有有线通信系统配合使用。

无线技术无处不在
　　当今无线通信已渗入我们的生活，使我们得到极大方便。与此同时，无线通信也日益渗入工厂，使无线网络成为工控领域中迅速发展的热点之一，纵观今年的工业无线大事记，无线作为工业自动化领域未来的新增长点的势头初现端倪：
　　2006年1月
　　Hitachi与Ember公司合作，进入ZigBee传感器市场。
　　2006年2月
　　Emerson Process Management宣布了在无线传感器技术领域基于无线网格网络技术的发展方向。
　　2006年3月
　　Bluetooth SIG选择WiMedia Alliance的UWB技术，以整合Bluetooth高速传输应用。
　　2006年4月
　　Honeywell、Endress+Hauser和Yokogawa等主流供应商已宣布加入ISA SP100委员会，以共同致力于开发开放、多功能的无线标准。
　　2006年5月
　　ISA-SP100委员会宣布成立两个新的工作组：SP100.14与SP100.11。SP100.14定义用于各种工业监控、记录与报警应用的无线连接标准。SP100.11定义各种控制应用的无线连接标准。
　　2006年6月
　　Honeywell宣布其以用户为驱动的工业无线技术发展之路。
　　2006年7月
　　为了实现WLAN连接速度达到600Mbps，IEEE802.11n工作组投票决定为802.11标准增加新的基础规范。
　　2006年8月
　　ARC发布“过程制造业中的无线技术”调查报告，它指出世界制造业领域里无线技术的市场将在未来五年内以26%的复合年增长率增长。
　　2006年9月
　　IEEE公布IEEE 802.15.4-2006规范，这一新的无线标准构成了Zigbee协议和众多无线传感器网络的基础。
　　2006年10月
　　WINA加入自动化联盟(The Automation Federation)，推动工业领域无线技术应用。
　　2006年11月
　　领先级流程自动化公司如ABB、Endress+Hauser、Emerson、Honeywell、Siemens和Yokogawa等，表示对HART通信的新无线功能的支持。

　　目前无线市场的主要趋势是通过新的无线技术的综合而发展。而这些技术在IT、电信、消费者和军用市场都有根基。制造业也在一些情况中采用这些技术，在这些情况中，信息技术的价值是众所周知的，但是这个市场却还远远未到饱和状态，CONTROL ENGINEERING China今后将会继续举办WFF高峰论坛。美国总统科技顾问委员会在“面向21世纪的联邦能源研究与发展规划”中指出：工业无线技术将使工业生产效率提高10%，并使排放和污染降低25%，可见无线技术不仅可以优化业务流程，还将为国家倡导的节能降耗做出突出的贡献，工业无线技术的潜力还需要我们进行深入的挖掘，让我们现在就做好进入无线时代的准备吧。
　　如欲了解此次论坛的更多信息，请访问网站www.CEChinamag.com。
文章编号：070108
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