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　　記者：近一段時(shí)間以來(lái)，涉及無(wú)線技術(shù)的話題在工控界十分流行，請(qǐng)您談下除了與有線技術(shù)相比其布線成本減少外，無(wú)線技術(shù)還有哪些優(yōu)勢(shì)。

　　張晉賓：無(wú)線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是僅僅局限于其易于安裝，節(jié)約了布線成本，增加了靈活性這些方面。若在電廠采用覆蓋全廠范圍的、多功能的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的話，則相當(dāng)于在全廠物理空間內(nèi)形成了一個(gè)無(wú)線共享信息池，使員工、設(shè)備和過(guò)程相互之間實(shí)現(xiàn)最優(yōu)互動(dòng)，使得在合適的時(shí)間和合適的地點(diǎn)始終有合適的人員存在，從而提升可靠性、安全和效率，使電廠收益最大化。以現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員為例，當(dāng)配置具有全功能PC環(huán)境的無(wú)線移動(dòng)工具后，即使其具備了就地計(jì)算功能，可實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行人員及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的無(wú)線通信，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及過(guò)程的就地?cái)?shù)據(jù)收集、檢查、故障診斷、調(diào)校等，需要時(shí)也可與實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)狀態(tài)檢修系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)文檔系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)信息共享。配置無(wú)線定位跟蹤系統(tǒng)后，可實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)人員的動(dòng)態(tài)管理，在預(yù)警狀態(tài)就提醒采取措施消除故障，在事故發(fā)生后及時(shí)發(fā)出危險(xiǎn)撤離警告等。

　　記者：無(wú)線技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化狀況如何？請(qǐng)介紹下無(wú)線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀。

　　張晉賓：為實(shí)現(xiàn)無(wú)線設(shè)備的互換性和互操作性，降低成本，擴(kuò)大應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益，無(wú)線技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，從而使來(lái)自不同生產(chǎn)廠商的無(wú)線產(chǎn)品能夠在網(wǎng)絡(luò)下協(xié)同工作。早在2005年，國(guó)際自動(dòng)化學(xué)會(huì)ISA100就倡導(dǎo)并致力于通過(guò)定義和頒布系列標(biāo)準(zhǔn)和推薦導(dǎo)則及組成相應(yīng)技術(shù)工作組，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和控制環(huán)境下的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化。到目前為止，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)還難以統(tǒng)一到一個(gè)真正意義上的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其現(xiàn)狀是其中有的標(biāo)準(zhǔn)已正式頒布實(shí)施，有的還在討論批準(zhǔn)過(guò)程中，有的還尚處于研發(fā)階段。下面將具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范現(xiàn)狀作簡(jiǎn)要介紹。

　　    6LoWPAN、無(wú)線HART、 ISA100和ZigBee等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范均是基于IEEE 802.15.4 -2006低速率無(wú)線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

　　    6LoWPAN是“IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks”（低功率無(wú)線個(gè)域網(wǎng)上的IPv6）的縮寫，屬IETF（因特網(wǎng)工程任務(wù)組）中的一個(gè)工作組，負(fù)責(zé)制訂基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)個(gè)域網(wǎng)上IPv6傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)已發(fā)布了RFC4944基礎(chǔ)性的技術(shù)規(guī)范。

　　    無(wú)線HART（wirelessHART）標(biāo)準(zhǔn)是HART通信協(xié)議的擴(kuò)展，專為如過(guò)程監(jiān)視和控制等工業(yè)環(huán)境應(yīng)用所設(shè)計(jì)。在2007年6月，經(jīng)HART通信基金會(huì)批準(zhǔn)，無(wú)線HART標(biāo)準(zhǔn)作為HART 7技術(shù)規(guī)范的一部分，加進(jìn)了總的HART通信協(xié)議族中。IEC 62591（Ed. 1.0）是國(guó)際電工委員會(huì)于2010年4月批準(zhǔn)發(fā)布的完全國(guó)際化的無(wú)線HART標(biāo)準(zhǔn)，是過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的第一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該網(wǎng)絡(luò)使用運(yùn)行在2.4GHz頻段上的無(wú)線電IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，采用直接序列擴(kuò)頻（DSSS）、通信安全與可靠的信道跳頻（FHSS）、時(shí)分多址（TDMA）同步、網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備間延控通信（latency-controlled communications）等技術(shù)。

　　    ISA100是正處于發(fā)展過(guò)程中的相對(duì)較新的標(biāo)準(zhǔn)組織，其采用了6LoWPAN技術(shù)，主要提供工業(yè)自動(dòng)化與控制應(yīng)用領(lǐng)域的、重點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)（Level 0）的無(wú)線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，ISA100委員會(huì)主要致力于制訂在無(wú)線技術(shù)應(yīng)用環(huán)境（包括無(wú)線定義、無(wú)線電頻率、振動(dòng)、溫度、濕度、電磁兼容、互操作性、與原系統(tǒng)的共存、物理設(shè)備布置等）、無(wú)線設(shè)備及系統(tǒng)的技術(shù)和生存周期（基于非專有無(wú)線技術(shù)的全面的短期、中期和長(zhǎng)期技術(shù)需求和實(shí)施方案）、無(wú)線技術(shù)應(yīng)用（一是通過(guò)無(wú)線技術(shù)，將用于監(jiān)視、控制、報(bào)警、跳閘等的現(xiàn)場(chǎng)傳感器縱向與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、直到頂層的管理信息系統(tǒng)相集成，二是將無(wú)線技術(shù)應(yīng)用于諸如從無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)、控制LAN、商用LAN等全過(guò)程系統(tǒng)中）等方面的無(wú)線制造和控制系統(tǒng)類標(biāo)準(zhǔn)、推薦導(dǎo)則、技術(shù)報(bào)告和相關(guān)信息等。2009年已發(fā)布了ISA-100.11a-2009（用于工業(yè)自動(dòng)化的無(wú)線系統(tǒng)：過(guò)程控制和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用）標(biāo)準(zhǔn)，其在制訂的標(biāo)準(zhǔn)還有：ISA-100.15（無(wú)線回程主干網(wǎng)）、ISA-100.14（可信無(wú)線）、ISA-100.21（人員和資源跟蹤和識(shí)別）、ISA-100.12（WirelessHART和ISA100.11a匯合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用）等。

　　    ZigBee是ZigBee聯(lián)盟所定義的、并在2004年12月獲得批準(zhǔn)的、基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)頻率2.4GHz的Mesh網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通信協(xié)議。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)化組織主要致力于制訂諸如嵌入傳感、醫(yī)療數(shù)據(jù)收集、電視遙控類用戶裝置、家庭自動(dòng)化等方面應(yīng)用的IEEE無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)網(wǎng)規(guī)范，并受到許多大的工業(yè)聯(lián)合體的支持。另外，ZigBee也已制訂了如鑒別、加密、關(guān)聯(lián)和應(yīng)用服務(wù)等處于通信上層的附加通信性能方面的相關(guān)規(guī)定。

　　    IEEE 802.11是由IEEE LAN/MAN標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制訂的有關(guān)無(wú)線局域網(wǎng)通信的系列標(biāo)準(zhǔn)，其中802.11a工作頻帶為3.7或5GHz，采用OFDM（正交頻分復(fù)用）調(diào)制；802.11b工作頻帶為2.4GHz,采用DSSS調(diào)制；802.11g工作頻帶也為2.4GHz,采用OFDM和DSSS調(diào)制；802.11n工作頻帶為2.4/5GHz,采用OFDM調(diào)制。

　　    IEEE 1451系列標(biāo)準(zhǔn)是由IEEE儀器和測(cè)量協(xié)會(huì)的傳感器技術(shù)委員會(huì)發(fā)起的，是專為智能傳感器接口（其主要特點(diǎn)是具有數(shù)據(jù)處理的智能化）而制訂的標(biāo)準(zhǔn)。其IEEE 1451.5-2007標(biāo)準(zhǔn)即為智能傳感器無(wú)線通信協(xié)議和傳感器電子數(shù)據(jù)表（TEDS）格式的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

　　    EnOcean是樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域的一種無(wú)線通信系統(tǒng)，至今并未獲得相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的批準(zhǔn)認(rèn)可，但受到西門子等公司的大力支持。其技術(shù)是基于機(jī)械激發(fā)等能量捕獲原理，其無(wú)線傳感器不用電池，具有免維護(hù)功能。數(shù)據(jù)包僅為14字節(jié)，傳輸速率120kbit/s，設(shè)備傳輸頻率868.3 MHz，無(wú)線傳輸距離可達(dá)300米。

　　    此外，還有僅在有限范圍內(nèi)用于傳輸少量數(shù)據(jù)的IEEE 802.15.1（藍(lán)牙）無(wú)線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，以及廣為所知的GSM/GPRS等無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。

　　記者：電廠中哪些場(chǎng)合可以利用無(wú)線技術(shù)？

　　張晉賓：在國(guó)外已有許多無(wú)線應(yīng)用案例，如美國(guó)Nebraska電站已將無(wú)線技術(shù)用于監(jiān)視其遠(yuǎn)方的油罐工況，又如美國(guó)LCRA下屬的SGPP（3X650MW機(jī)組）電廠和LPPP（545MW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組）電廠采用無(wú)線VoIP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩廠異地的數(shù)據(jù)共享和通信等。概括而言，無(wú)線技術(shù)可以用于電廠絕大多數(shù)場(chǎng)合，如監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集、排放監(jiān)視、旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)視、視頻安防、火焰遙測(cè)、廠內(nèi)通信、常規(guī)控制和保護(hù)等。當(dāng)然，實(shí)際使用中應(yīng)基于應(yīng)用功能的不同，選用正確適宜的無(wú)線技術(shù)，才能真正發(fā)揮其作用，特別是當(dāng)無(wú)線技術(shù)用于控制或保護(hù)場(chǎng)合時(shí)。

　　記者：剛才提到無(wú)線技術(shù)也可用于控制或保護(hù)場(chǎng)合，但是大家或多或少都感到將無(wú)線用于控制或保護(hù)，似乎還不合適，請(qǐng)你再說(shuō)明一下。

　　張晉賓：舉例來(lái)講，IEC 62591 （無(wú)線HART）標(biāo)準(zhǔn)制訂的目的就是將無(wú)線技術(shù)用于控制和監(jiān)視。誠(chéng)然，電廠用戶將無(wú)線技術(shù)用于實(shí)時(shí)控制前，一般會(huì)考慮四個(gè)主要方面，即無(wú)線系統(tǒng)的整體安全性如何、是否可冗余配置、掃描速率是否足夠快、業(yè)績(jī)?nèi)绾蔚?。事?shí)上，無(wú)線HART網(wǎng)絡(luò)已獲得FIPS和Achilles的數(shù)據(jù)加密和網(wǎng)絡(luò)安全證書。無(wú)線HART在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各級(jí)，如在無(wú)線傳感器網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)/網(wǎng)絡(luò)管理器/安全管理器等，均可實(shí)現(xiàn)冗余配置。據(jù)HART通信基金會(huì)相關(guān)資料，采用無(wú)線HART的常規(guī)單PID控制回路執(zhí)行時(shí)間（包括從測(cè)量設(shè)備到網(wǎng)關(guān)和從網(wǎng)關(guān)到閥門的通信時(shí)間在內(nèi)）可控制在200ms內(nèi),足以滿足電廠內(nèi)多數(shù)過(guò)程控制的實(shí)時(shí)要求。通過(guò)無(wú)線HART組織的全球超過(guò)1400個(gè)地點(diǎn)，約2億多小時(shí)的無(wú)線HART的應(yīng)用，已證明其用于控制的可靠性和魯棒性。隨著IEC 62591的正式頒布實(shí)施，具有更快掃描速率的無(wú)線裝置、集成的無(wú)線系統(tǒng)I/O卡和冗余的網(wǎng)關(guān)等設(shè)備或系統(tǒng)已開始進(jìn)入市場(chǎng)。無(wú)線技術(shù)成為控制應(yīng)用的主流只是時(shí)間早晚問(wèn)題，這正如手機(jī)已替代多數(shù)固定電話一樣。

　　記者：在電廠中應(yīng)用無(wú)線技術(shù)有哪些注意事項(xiàng)？

　　張晉賓：大體來(lái)講主要有以下三個(gè)主要注意事項(xiàng)。

　　    第一是選擇合適的無(wú)線技術(shù)及其有一定技術(shù)和工程支撐能力的供應(yīng)商，從而使所選定的無(wú)線系統(tǒng)能滿足高安全性、可靠通信、良好電源管理、開放的平臺(tái)、多速率監(jiān)視、多功能能力、可伸縮性、高服務(wù)品質(zhì)、多協(xié)議支持等要求。不同的無(wú)線技術(shù)有著不同的功用，明白其間的異同是十分重要的。在此需提醒掌握三個(gè)基本原則，其一是較低頻率的無(wú)線技術(shù)有著較長(zhǎng)的通信距離；其二是在傳輸距離和空間數(shù)據(jù)傳輸速率之間要掌握好平衡點(diǎn)，傳輸速率越低其傳輸距離則越遠(yuǎn)；其三是選用合理的傳輸方法（如固定頻率、FHSS、DSSS、OFDM等）和安全措施（如加密、鑒定/確認(rèn)、密匙管理等）。

　　    第二是做好無(wú)線技術(shù)工程實(shí)施評(píng)估，如采用射頻頻譜分析儀預(yù)先測(cè)定電廠區(qū)域的已有頻譜，確定具體的安全要求及組態(tài)，確定無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)集成要求，提前做好與地方無(wú)線電管理委員會(huì)的溝通協(xié)商等。

　　    第三是在具體實(shí)施過(guò)程中要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，基于空間多樣性（指每一個(gè)無(wú)線設(shè)備均可和處于不同位置的兩個(gè)及以上節(jié)點(diǎn)通信）、瞬時(shí)多樣性（指每一個(gè)無(wú)線設(shè)備在所發(fā)送的數(shù)據(jù)未被接收后，可在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)可以連續(xù)兩次及以上重發(fā)數(shù)據(jù)）、頻率多樣性（指每一傳輸均可在不同頻率上進(jìn)行）三個(gè)原則，確定無(wú)線設(shè)備和天線的最佳位置及組態(tài)，經(jīng)綜合平衡距離、信號(hào)和帶寬三者后確定無(wú)線系統(tǒng)的最優(yōu)性能。

　　【張晉賓】簡(jiǎn)歷

　　    曾名張晉斌（1967.9—），男，山西陽(yáng)城人，漢族，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士。1989年畢業(yè)于武漢水利電力學(xué)院，曾任西南電力設(shè)計(jì)院儀控處主任工程師，現(xiàn)任西南電力設(shè)計(jì)院三維設(shè)計(jì)總工程師。長(zhǎng)期從事電廠自動(dòng)化的設(shè)計(jì)、咨詢、研究及管理工作。公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文四十余篇，編寫國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)?，F(xiàn)為《自動(dòng)化信息》、《世界儀表與自動(dòng)化》、《傳感器》等雜志編委和《熱工自動(dòng)化》網(wǎng)刊副主編。