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   最近幾年，工業(yè)自動化技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了一個(gè)很明顯的趨勢，即傳統(tǒng)自動化技術(shù)與IT技術(shù)加速了融合的過程，IT技術(shù)也正在快速地進(jìn)入工業(yè)自動化系統(tǒng)的各個(gè)層面。上海工業(yè)自動化儀表研究院教授級高工繆學(xué)勤對此評價(jià)道：“目前，IT技術(shù)已經(jīng)快速滲入工業(yè)自動化領(lǐng)域。但在之前的幾年，我們過多地強(qiáng)調(diào)了自動化領(lǐng)域要求的特殊性，而忽視了兩者的關(guān)系，導(dǎo)致兩者沒有得到很好的結(jié)合，制約了IT信息技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的同步發(fā)展。”

　　過程制造業(yè)中的無線網(wǎng)絡(luò)可能會與用戶IT的技術(shù)范圍關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，因此，如何將兩者有機(jī)結(jié)合這一問題顯得至關(guān)重要。但目前的現(xiàn)狀是，IT部門對于無線技術(shù)在工廠環(huán)境下的工作機(jī)制并不熟悉。那么，如何將IT部門中頗有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)資源運(yùn)用到無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與啟動中，十分值得探討與研究。

　　從表面看，過程自動化與辦公自動化網(wǎng)絡(luò)之間，似乎不存在任何交集。因此，過程自動化系統(tǒng)一般都獨(dú)立于信息技術(shù)部門，同時(shí)IT方面的相關(guān)政策也不影響工廠的運(yùn)營。

　　但是，2010年7月19日，德國西門子公司證實(shí)，其廣泛應(yīng)用的工業(yè)控制系統(tǒng)受到了黑客制造的惡意代碼攻擊。這個(gè)名為Stuxnet的惡意代碼利用了微軟最新曝出的“Microsoft Windows快捷方式自動執(zhí)行漏洞”這一高危漏洞，并借助U盤進(jìn)行傳播，目標(biāo)是入侵西門子的Simatic WinCC和PCS 7數(shù)據(jù)采集與SCADA系統(tǒng)，竊取工業(yè)設(shè)計(jì)和控制文件。這個(gè)事件的發(fā)生，也為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全敲響了警鐘。

　　這一事件的發(fā)生也解釋了無線技術(shù)在監(jiān)測領(lǐng)域得到推廣，而在控制與安全領(lǐng)域存在諸多限制的原因。繆學(xué)勤介紹，目前，無線Hart變送器普遍用于現(xiàn)場層，正處于推廣應(yīng)用階段，推進(jìn)速度相對較快；而執(zhí)行器在安全性與可靠性方面存在許多尚未解決的問題，因此其應(yīng)用還十分有限。據(jù)了解，在工業(yè)自動化企業(yè)，IT部門的職責(zé)大概包括確保信息安全與相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施安全等方面，同時(shí)他們也會關(guān)注無線網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目后續(xù)的維護(hù)與支持工作，以此來判斷是否會對他們的工作內(nèi)容產(chǎn)生影響。因此，繆學(xué)勤建議說：“要盡早與企業(yè)中IT部門的工程師進(jìn)行密切溝通與合作，這對于現(xiàn)場和工廠無線網(wǎng)絡(luò)的有效實(shí)施大有裨益。”

　　在工業(yè)領(lǐng)域，無線網(wǎng)絡(luò)的安全性是否要比有線網(wǎng)絡(luò)差？其實(shí)，并不盡然。事實(shí)上，有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)都容易受到攻擊，一個(gè)設(shè)計(jì)合理、制作精良、安裝正確、運(yùn)行正常的無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上要比一般的有線網(wǎng)絡(luò)更為安全、可靠。目前工業(yè)用的絕大部分無線解決方案，完全不同于以往的辦公和自動化網(wǎng)絡(luò)。中國儀器儀表學(xué)會名譽(yù)理事夏德海介紹，這些應(yīng)用領(lǐng)域的無線解決方案在設(shè)計(jì)時(shí)都將安全性放在首位，提升安全性的措施大致包括加密技術(shù)、鑒定和驗(yàn)證、密鑰管理和抗干擾設(shè)計(jì)等等，這些都可防止任何未經(jīng)授權(quán)而進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)訪問。其實(shí)在以往的有線網(wǎng)絡(luò)中，這些安全功能往往被忽略掉，單純地依賴于機(jī)械隔離并不能使安全水平提高。所以，正如繆學(xué)勤建議的那樣，只要IT部門與無線設(shè)備制造商通力合作，在具體的應(yīng)用項(xiàng)目中才能夠設(shè)計(jì)出最適用的安全技術(shù)。

　　IT領(lǐng)域的黑客行為往往出于經(jīng)濟(jì)目的，但工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中信息侵入的目的就顯得更為復(fù)雜與危險(xiǎn)。因此，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全理應(yīng)受到更多的關(guān)注。IT領(lǐng)域先進(jìn)的安全理念，也應(yīng)該更多地在無線網(wǎng)絡(luò)中得以應(yīng)用與發(fā)展。

　　解讀無線技術(shù)發(fā)展走向如何提高電池壽命？

　　隨著無線技術(shù)的推廣應(yīng)用與技術(shù)本身逐漸成熟，無線產(chǎn)品的成本已經(jīng)在逐步走低。據(jù)繆學(xué)勤介紹，低功耗芯片的制造、電池的可再生能源開發(fā)以及供電方式都在改善之中。為了增強(qiáng)電池壽命，各大公司也紛紛采取了措施，如艾默生將無線變送器的電子元件和發(fā)射元件進(jìn)行了低功耗改造，相比原來傳統(tǒng)的有線變送器，耗電量大大降。同時(shí)，在網(wǎng)關(guān)的統(tǒng)一管理下，自組織網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，也就是現(xiàn)場無線變送器，只有收發(fā)信息時(shí)才會耗電，其他情況均保持休眠狀態(tài)，幾乎沒有電能消耗，這也大大增強(qiáng)了電池的壽命。

　　物聯(lián)網(wǎng)深化無線技術(shù)發(fā)展

　　目前，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的火熱也在一方面助推了無線技術(shù)的發(fā)展，拓寬了無線技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)夏德海介紹，物聯(lián)網(wǎng)為無線傳感器帶來了新的發(fā)展空間。在感知層，無線技術(shù)應(yīng)用的比較多；網(wǎng)絡(luò)層中，有線技術(shù)應(yīng)用較為普遍，無線技術(shù)也逐漸加入其中。同時(shí)，無線傳輸技術(shù)非常豐富，其中許多方式具有價(jià)格低廉、功耗低等特點(diǎn)，在一些行業(yè)中能被大規(guī)模應(yīng)用，如GPRS。另外，Wi-Fi憑借組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)方便快捷等特點(diǎn)，得到了人們的關(guān)注。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，Wi-Fi作為目前應(yīng)用最廣泛的無線通信技術(shù)之一，將會發(fā)揮重要作用?；赪i-Fi無線技術(shù)，構(gòu)建無線傳輸網(wǎng)與傳感網(wǎng)相結(jié)合的融合應(yīng)用，將成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中非常重要的組成部分。

　　應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊

　　隨著越來越多的公司加入到無線產(chǎn)品應(yīng)用行列中來，各大公司開始專門定制工廠環(huán)境下堅(jiān)固耐用的無線產(chǎn)品。這些公司通過選用正確的基礎(chǔ)設(shè)施和無線技術(shù)，提高其工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能。無線產(chǎn)品價(jià)格下降，也促進(jìn)了公司將現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為無線網(wǎng)絡(luò)，或?qū)烧咄瑫r(shí)配合使用。

　　繆學(xué)勤舉例說：“一個(gè)污水處理廠從離中控室?guī)装倜椎牡胤郊乘?，用無線網(wǎng)絡(luò)能節(jié)省大量的費(fèi)用。狀況監(jiān)視應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)同樣能減少部件費(fèi)用，例如用于監(jiān)視旋轉(zhuǎn)功能的集電環(huán)在無線條件下就無須購買，可以用一個(gè)無線傳感器代替。”這樣，通過無線網(wǎng)絡(luò)就可以對污水處理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行同步監(jiān)測和控制。當(dāng)監(jiān)控中心出現(xiàn)現(xiàn)場污水處理報(bào)警時(shí)，報(bào)警內(nèi)容和報(bào)警地點(diǎn)將以中文短信方式發(fā)送到管理人員的手機(jī)上。因此，許多用戶已經(jīng)將無線技術(shù)看做是下一個(gè)技術(shù)騰飛的基礎(chǔ)，因?yàn)檫@一方面提升了工廠效能，另一方面也提高了用戶使用的便利性。

　　觀察：無線工廠的新進(jìn)展

　　喬燦

　　無線工廠解決方案的進(jìn)展速度是怎樣的？這并不是一個(gè)容易回答的問題。盡管當(dāng)技術(shù)的發(fā)展速度與應(yīng)用的推廣速度并不完全匹配時(shí)，實(shí)際的潛在用戶似乎更關(guān)注后者，同時(shí)也關(guān)注有可能對未來決策產(chǎn)生影響的示范性實(shí)例。

　　的確，相比之下，既有的成功案例對工業(yè)用戶的說服力極為可觀，越來越多的無線應(yīng)用實(shí)例也正在敲響用戶的大門，但這并不意味著技術(shù)的循序漸進(jìn)對人們失去了吸引力。

　　當(dāng)前的改善要點(diǎn)是什么？

　　對于用戶來說，及時(shí)了解主流無線解決方案廠商正在努力改善的方向，以及他們的實(shí)時(shí)進(jìn)展，這些行為是不無裨益的。從一定程度上來說，這些也能夠?yàn)橛脩襞袛噙@些無線方案的優(yōu)勢與不足提供參考。

　　艾默生過程控制有限公司智能無線部門高級無線技術(shù)經(jīng)理姚永斌指出，艾默生的智能無線現(xiàn)場方案分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)集成等幾大功能，而考察艾默生智能無線現(xiàn)場方案的新進(jìn)展，也可以參照這幾方面來一一歸納。

　　他指出，在數(shù)據(jù)采集方面，艾默生大量無線儀表的應(yīng)用已經(jīng)非常普及，而艾默生今后在這方面的主要工作是進(jìn)一步豐富無線儀表的種類，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)測量類型多樣、產(chǎn)品性能分檔以及覆蓋多種應(yīng)用。

　　而在數(shù)據(jù)傳輸及控制功能這方面，是由智能無線網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)的，在這方面的進(jìn)展則主要是性能持續(xù)優(yōu)化以及進(jìn)一步提高可靠性，以達(dá)到常規(guī)控制的要求，比如網(wǎng)關(guān)冗余等。

　　現(xiàn)場數(shù)據(jù)的集成，則主要是指與上位機(jī)DCS、PLC等無縫集成。在這方面，除了與艾默生自己的專家控制系統(tǒng)和過程控制軟件可以實(shí)現(xiàn)無縫集成外，其網(wǎng)關(guān)在現(xiàn)場也能與各主流系統(tǒng)順利集成，另外由于支持IEC62591（WirelessHART）開放協(xié)議，艾默生智能網(wǎng)關(guān)還能夠?qū)χС窒嗤瑓f(xié)議的非艾默生儀表兼容并蓄。

　　此外，姚永斌也指出，盡管無線現(xiàn)場方案一直是艾默生的重點(diǎn)，但目前工廠用戶要求現(xiàn)場方案和工廠方案一體化的傾向越來越明顯，這促使艾默生與IT供應(yīng)商也展開聯(lián)合，共同推出從下層到上層的一體化無線網(wǎng)絡(luò)。據(jù)他介紹：“當(dāng)前由艾默生主導(dǎo)的一體化無線方案已在國內(nèi)很多用戶處成功發(fā)揮效能。”

　　而對于霍尼韋爾而言，此時(shí)討論無線方案的進(jìn)展問題似乎正逢其時(shí)。在不久之前的用戶大會上，霍尼韋爾（中國）有限公司發(fā)布了其最新版本的無線解決方案Onewireless R200，霍尼韋爾過程控制部無線業(yè)務(wù)經(jīng)理江天生對這一最新版本的改善之處作了如下的概括。

　　首先，用戶可以藉由OneWireless主干網(wǎng)絡(luò)，使其無線現(xiàn)場儀表達(dá)到與有線系統(tǒng)幾乎相當(dāng)?shù)男阅?，這些性能包括與有線方式相當(dāng)?shù)乃⑿滤俣群蜁r(shí)間滯后范圍、無線通訊的冗余設(shè)計(jì)和跳頻設(shè)計(jì)、無線網(wǎng)關(guān)的冗余設(shè)計(jì)、與系統(tǒng)的內(nèi)嵌式數(shù)據(jù)集成，以及現(xiàn)場無線儀表的組態(tài)和升級。

　　其次，新版本網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更加靈活。無線網(wǎng)絡(luò)既可以應(yīng)用于簡單的、無線變送器本身具有路由功能的現(xiàn)場儀表無線網(wǎng)絡(luò)；也可以應(yīng)用于覆蓋全廠的、多無線應(yīng)用的場合。據(jù)此，用戶可以靈活設(shè)計(jì)出最有效和最經(jīng)濟(jì)的無線網(wǎng)絡(luò)。而最后一個(gè)變化之處則是用戶使用的簡易性，這種簡易性體現(xiàn)在對無線變送器、無線模塊、現(xiàn)場接入點(diǎn)及無線管理平臺的自由設(shè)置之上。

　　市場推廣的進(jìn)展如何？

　　近年來無線應(yīng)用實(shí)例的不斷增加，應(yīng)該有理由使無線方案提供商保持相對樂觀的態(tài)度。不難看到，在今天，廠商們在談到國內(nèi)的無線應(yīng)用情況時(shí)，可展示的案例與信息越來越充分，這與一開始供應(yīng)商們?nèi)狈鴥?nèi)實(shí)證的情況是有區(qū)別的。這似乎也可以佐證，無線方案的市場的確在向樂觀的方向發(fā)展。

　　談到這一話題，艾默生智能無線部門高級無線技術(shù)經(jīng)理姚永斌認(rèn)為，與三年前的情況相比，大多數(shù)流程行業(yè)的用戶已經(jīng)具備了認(rèn)可和接收智能無線方案的條件，轉(zhuǎn)而開始在新建項(xiàng)目和改造項(xiàng)目中爭相使用。

　　他透露，艾默生已經(jīng)積累了三百余個(gè)無線用戶，而其中五十多家用戶已經(jīng)正式投運(yùn)，且效果非常顯著?；谶@一事實(shí)，他進(jìn)一步談到：“今后，艾默生會不斷加大對無線的投資，繼續(xù)推進(jìn)和完善無線業(yè)務(wù)，我們可以毫不夸張地預(yù)言，無線技術(shù)必將在未來進(jìn)入流程行業(yè)的主流，大行其道。”

　　而霍尼韋爾的江天生同樣保持了樂觀的態(tài)度，他認(rèn)為在現(xiàn)階段，用戶對工業(yè)無線技術(shù)所帶來的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)節(jié)省已經(jīng)完全認(rèn)可。而談到未來對無線技術(shù)的定位，江天生談到：“工業(yè)無線技術(shù)不僅可以用于監(jiān)測，還可以用于控制，因此無線技術(shù)今后在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力非常大。無線技術(shù)可以應(yīng)用在很多場合，和有線的方案相互相承，共同融合。”

　　具體到應(yīng)用的實(shí)例，罐區(qū)顯然成為了無線方案的一個(gè)熱門應(yīng)用場合。江天生表示，霍尼韋爾在國內(nèi)剛剛贏得的一個(gè)大項(xiàng)目中，無線變送器被大規(guī)模應(yīng)用在原料罐區(qū)、中間罐區(qū)乃至產(chǎn)品罐區(qū)的數(shù)據(jù)采集，主要的好處是節(jié)省了大量的安裝費(fèi)用和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了成本的節(jié)約。而艾默生的姚永斌對無線方案在罐區(qū)的規(guī)模應(yīng)用，也感到非常欣慰，他談到，在一些石化的油庫罐區(qū)，尤其是貿(mào)易交接的國家戰(zhàn)略性儲備油庫，無線技術(shù)的使用還可以大大增強(qiáng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可靠性，完善罐區(qū)的管理。

　　這些問題是否仍需解決？

　　應(yīng)該承認(rèn)，對于無線解決方案而言，用戶觀念方面的進(jìn)展是喜人的。至少，大多數(shù)人已不再會以安全性問題為理由，將無線方案生硬地拒之門外。盡管一些相關(guān)的討論仍在繼續(xù)，但人們已經(jīng)更多地把注意力轉(zhuǎn)向具體的應(yīng)用問題，例如提升設(shè)備傳輸距離或是增強(qiáng)電池壽命等，這也從側(cè)面表明情況開始向好的方向加速。

　　而以上被提及的兩個(gè)問題，即提升設(shè)備傳輸距離以及增強(qiáng)電池壽命，也的確值得討論，這些方面的改進(jìn)，將意味著更靈活的組網(wǎng)、更便捷的維護(hù)和成本的進(jìn)一步節(jié)省，這對用戶意義重大。

　　針對這方面可能出現(xiàn)的擔(dān)憂，江天生表示，Onewireless R200版本無線架構(gòu)非常靈活，用戶可以根據(jù)特定的需求場合和傳輸距離，設(shè)計(jì)最優(yōu)的工業(yè)無線架構(gòu)，這使單個(gè)儀表的傳輸距離已不再是問題。而經(jīng)過發(fā)展和改進(jìn)，無線變送器的電池壽命也已達(dá)到足夠令使用者滿意的程度，如在1秒刷新常溫情況下可達(dá)4.5年，5秒刷新情況下則可達(dá)10年。不僅如此，無線變送器配置獨(dú)特的自適應(yīng)功能，可以自動調(diào)節(jié)最優(yōu)的發(fā)射功率，進(jìn)一步降低功耗。

　　而在這些方面，艾默生也在進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。姚永斌指出，在傳輸距離方面，艾默生推出了兩種無線天線，一種是普通天線，傳輸距離一般可以達(dá)到300米，另一種是增強(qiáng)型天線，收發(fā)信號更強(qiáng)，距離可達(dá)到800米。

　　他透露，艾默生在中東巴林一家油田的現(xiàn)場，使用增強(qiáng)型天線的變送器傳輸距離實(shí)際達(dá)到了1700米。此外，為了進(jìn)一步增加設(shè)備傳輸距離，滿足空曠地區(qū)的應(yīng)用，設(shè)備之間可以增加路由，具體數(shù)量則視情況而定。

　　他進(jìn)一步指出，無線方案中使用的電池為非充電、高性能、高密度、長壽命的鋰電池。一般情況下，可以在現(xiàn)場正常工作5～10年。為了增強(qiáng)電池壽命，艾默生還采取了如下措施。一方面，無線變送器的電子元件和發(fā)射元件進(jìn)行了低功耗改造，相比原來傳統(tǒng)的有線變送器，耗電量大大降低；另一方面，自組織網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)關(guān)的統(tǒng)一管理下，只有收發(fā)信息時(shí)才會耗電，其他情況均保持休眠狀態(tài)，幾乎沒有電能消耗。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)可以進(jìn)行獨(dú)特的最小化能源管理，動態(tài)優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電源消耗，以平衡各設(shè)備的負(fù)荷。