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概述

    請想象一下，當您喬遷新居，要將電器的電源插頭插進墻上插座里去，結果卻發現根本不能匹配時是什么感受。應該感謝幾十年之前設立的電氣標準，發生這種事情的可能性已經很少了。其他還有一些標準也在為我們服務，比如我們可以跟與不同網絡服務商打交道的朋友相互發送郵件；可以使用某個制造商提供的測量變送器，而使用另一個制造商提供的控制系統。

    標準指的是一系列的特性或者量，用以定義某個產品、過程、服務、界面或者材料的特征。 可能您早已對過程工業的許多標準耳熟能詳，例如用于為現場設備通信服務的4－20mA標準、基金會現場總線和HART標準等等。

    但是，大多數人對無線技術的標準都不是太熟悉――尤其對那些直接用于過程工業用途的標準而言。這毫不奇怪，因為這些標準正在發展之中。 標準的創立是一個充滿艱辛的工作，常常需要數年時間方可完成。在標準完成發布之前，局外人常常對這些正在開發的標準到底是什么感到困惑，也不知道應該如何應對才好。

    本課程的著眼點，就是幫您釋疑解惑。您將會學到，為何標準十分重要，都有哪些組織在設計過程工業的標準，過程工業無線標準的現狀如何，等等。在課程末尾有一個簡短的測驗，幫助您回顧學到的知識――并獲得寶貴的獎勵點數。
請注意開發現場網絡無線標準的情形仍在不斷演進之中。本課程定期更新，但是不能保證每時每刻都反映最新進展。 

 提示

標準如何為用戶和供應商帶來利益？
 
何謂行業標準？
 
ISA SP100標準主要針對哪種應用？
 
是現在應用無線技術好呢，還是等到標準最終確定之時？

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下一節：為什么標準十分重要？

為什么標準十分重要？

標準讓來自于不同銷售商的部件進行相互通信，并共同工作。

但是，如此簡單的說明并不能如實反映標準帶給供應商和終端用戶的眾多好處。

    產品開發成本更低。 供應商可以對已知的標準和方法加以利用，而不是去“重新發明”。例如利用標準可以減少或者根本不用開發特殊界面及其驅動程序。

    有利于市場競爭。對標準的廣泛利用為供應商提供了許多選擇。 隨之而形成的競爭和規模經濟，可以幫助控制價格，并鼓勵供應商進行發明，尋求提供不同的產品――但是仍然符合標準的產品。

    執行和使用更容易。 當您將相同的工具和程序在多種部件上使用時，即使這些部件來自于不同的供應商，整合、操作以及維護等等也會變得更簡單，更快捷。

    技術風險更低。典型的標準都是通過許多供應商和終端用戶的共同努力開發出來的。 通常在標準發布之前，標準內提到的技術都已經通過成功試驗，并擁有其他用戶的使用經驗來證明技術的耐用性和價值。供應商分布廣泛，這會給您帶來信心，即使您最初的供應商做不到，技術支持將來也不會成為問題。

    過程工業正在開發的關鍵，無線技術標準將提供產品的互操作性和共存性?；ゲ僮餍钥梢允鼓鷮⒃O備和來自不同制造商的主機系統混合使用，相互匹配，并保證他們都工作正確。共存性意味著處于同一地區的不同無線設備和網絡相互之間不產生相互干擾。

下一節： 標準從何而來

標準從何而來

    標準常常來自于已有的技術――當供應商及其它人為解決問題或者開發某種用途的時候會發明技術。

    這些方法可能都具有截然不同的特征，帶來的好處也不盡相同。 但是一段時間之后，大多數的用戶和供應商都會傾向于選擇一個穩定可靠而且標準的技術方法。

    在某些情況下，一種技術可能最初由某個供應商單獨開發出來，工作十分良好以至于整個行業都選用它作為非官方的，或者“行業內的”標準。 當最初的供應商將他的技術向其他人進行推廣使用的時候，技術的采用率將會加速。 例如電腦文件壓縮使用的.ZIP格式，以及現場設備通信使用的HART協議就是這種情況。

    其他情況下，標準由供應商團隊、終端用戶以及其他的行業專家正式組成的團隊通過共同工作來進行開發， 對相關技術進行評估并對最適合所有人使用的技術方法做出肯定。

    有時這種方法會將行業標準上升為官方標準；更經常的情況是，在競爭性技術方法之間達成妥協。

    在不同的團體之間尋求共識可能會是一個長期，復雜的過程。 然而這種努力的結果，常常是形成一個強有力的標準，既滿足特定的要求，又為整個行業指出了一個清晰的方向。

    那么這些團體都是誰呢？

下一節：標準組織

標準組織

    讓我們來看一下各種類型的組織，看看他們是如何進入過程工業的標準開發工作的。

下一節：標準組織――ISA

標準組織――ISA

     有三萬成員的儀表、系統和自動化協會（ISA）被認可為儀表和自動化行業設定一致的標準。

     ISA迄今為止已經出版了超過150部標準，推薦操作方法和技術報告等等，設計的范圍包括過程自動化安全、安全批量控制和控制閥門以及環境條件等等。

     例如控制系統現場總線通信使用的ANSI/ISA S50.02標準，以及關于程序系統安全的ANSI/ISA S84.00.01-2002標準。
 
     ISA同時也在開發新的無線標準，我們將在本課程中加以討論。

下一節：標準組織――IEEE

標準組織――IEEE

    電子電氣工程師協會，簡成（IEEE），是一個專業化、非盈利性組織；一個在儀表、測量和通信方面――尤其在有線和無線網絡方面的領先開發商。

    開發的標準例如用于Wi-Fi通信的IEEE802.11標準家族，和IEEE802.15.4標準，用于無線個人區域網絡和無線傳感器網絡。

下一節：標準組織――IEC

標準組織――IEC

    國際電工委員會（IEC）位于瑞士，是一個電氣、電子和相關技術領域的國際標準組織。

其開發的標準，包括例如關于過程相關工業的IEC61511標準，用于安全儀器系統的功能性安全，和IEC61158現場總線標準等等。

“請等一下”您可能現在會想，“前面一頁不是也講過ISA開發的現場總線標準嗎？”

沒錯，是有的。 將某個組織制定的標準同另外一個組織開發的標準的全部或部分進行整合，并非不同尋常之事。這是對于已經被接受的技術進行認可的一種方式，同時可以將技術開放給更多的人使用。

在本例中，IEC現場總線標準包括了ISA關于基金會現場總線的技術規范。

下一節：標準組織――現場總線基金會

標準組織――現場總線基金會

現場總線基金會是我們前面提到的組織類型中的第二種――可以開發、驗證、測試、維護并推廣針對某一特定技術的標準。

僅僅會是一個獨立的、非盈利性組織，由 超過350家供應商和最終用戶企業組成。 成立于1994年，基金會為這些經常在其他領域內相互競爭的公司提供一條共同工作的途徑，同其他組織一起創立一種單一的，全球范圍內廣泛接受的過程控制和制造業自動化使用的可共同使用的現場總線。同時他可以保證為每個競爭者進入市場所必須的知識產權共同享有。

如今現場總線基金會可以為供應商提供培訓、工具、現場總線技術的連續開發以及測試服務，以幫助確認他們的產品同標準兼容。

同時基金會還成立了研究團體，來評估無線技術及其在基金會現場總線方面的應用。

下一節： 標準組織――HART基金會

標準組織――HART基金會

HART基金會擁有自主技術，并制定了HART協議標準。 在全世界范圍內共安裝有超過兩千萬個HART設備。 而HART協議是一個開放性的行業標準，用于現場設備通信方面。

HART通信基金會是一個獨立的，非盈利性組織，有160多個成員公司，管理著協議標準以及相關的知識產權，以保證技術在過程工業內的公開應用。 同時它還提供中立的銷售商培訓以及協議應用方面的支持。

組織內部有一個特別設立的工作團隊，目前正在為HART信息制定無線 通信規范，幾分鐘后您將知道這方面更多的信息。

下一節：標準組織――Wi-Fi聯盟

標準組織――Wi-Fi聯盟

Wi－Fi聯盟是一個非盈利性組織，有250多個成員公司。 目前正在努力將IEEE802.11變成高速無線區域網絡方面的全球性標準。
其方法是：
 
鼓勵制造商在他們生產的無線網絡產品中使用標準的802.11技術。
 
將這項技術向最終用戶和供應商推廣。
 
測試驗證基于802.11標準的設備的互操作性。
下一節：現有的無線技術標準
現有的無線技術標準

雖然直到近期為止，無線技術仍然較少在大多數的過程工業中使用，在其他領域中各種無線技術已有數年之久的廣泛應用。而且其中幾種技術已經成為標準。

其中有些技術――以及對他們進行定義的標準――很有可能在過程工業占有自己的一席之地。在大多數情況下，他們將作為無線結構的起點，可以利用附加的規范和標準來為工業應用提供更高的功能。

現有的基本無線通信標準可以舉出兩個例子，包括IEEE802.11和IEEE.802.15.4標準。

IEEE 802.11標準――也稱作Wi-Fi或無線以太網――是一系列用于無線局域網的標準?？赡苣呀浽谑褂?02.11技術將您的筆記本電腦同公司或家庭網絡進行連接了。在工廠的應用中，它可以提供一種方法，將小的無線設備網絡連接到主機系統或工廠的局域網（LAN）上去。 同時它還可以用于將處于移動狀態的工作人員的電腦或個人數字助理(PDA)連接到局域網上去。（更多關于IEEE802.11標準的內容，參看課程Wi-Fi 網絡）

IEEE802.15.4無線標準提供了一個簡單的平臺，以便進行低成本、低功率和高可靠性的通訊。 這個標準同時為過程工業標準，例如SP100、 無線HART或其他 標準提供了一個物理性基礎。

802.15.5標準為OSI通信模型定義了兩個較低的層級。 其物理層級是擴頻無線信號，工作在2.4GHz頻段，以250kbps的速度傳播；其媒體接入控制層級支持 三種常見的工廠內部應用的無線網絡技術：星型結構、網狀結構和簇狀結構。

其他的無線技術，例如Zigbee， 為802.15.4標準的物理層級和媒體接入控制層級賦予了更高層次的功能。雖然Zigbee 技術作為一種專屬的技術方案和新興標準，是基于跟802.15.4同樣的基準，但是不同的技術具有不同的應用層級和因此帶來的不同的功能。

下一節：新興的無線技術標準

新興的無線技術標準

隨著人們對無線技術在過程工業中的應用興趣持續增長，各種可用技術的數量也隨之增加――要求為這些應用中的現場網絡提供特定標準的愿望也增加了。

有兩個方面的相關工作正在進行以推出標準：SP100 和無線HART。

下一節: 新興的無線標準――SP100

新興的無線標準――SP100
ISA的SP100委員會由供應商和終端用戶組成，目前這個委員會正在為自動化和控制環境方面的現場通信無線技術的執行制定操作標準。

這個標準將概括一系列相關的最佳操作，涵蓋諸如選擇、采購、部署、維護和無線技術廠內應用各個方面。

SP100委員會已經為工業自動化的應用確定了六個等級：
安全 0級：緊急動作
始終處于關鍵狀態 

控制 1級：閉環調節控制
經常性處于關鍵狀態 
 2級：閉環監督控制
通常處于非關鍵狀態 
 3級：開環控制
控制環節有人工參與 
監測 4級：報警
短期性操作的結果
（例如，事故后維修） 
 5級： 記錄和下載/上傳
無即時操作后果
(例如，歷史數據收集，事件序列（SOE）, 預防性維護等) 
ISA SAP100 的工作小組正在研究無線技術在幾種類型應用中的使用情況。隨著工作的進行，這個分級系統可能會隨之改變。

ISA-SP100委員會的工作小組正在探討這些不同類型的應用。
 
SP100.14工作小組將制定無線技術連通性標準，這些標準優化后可以滿足一系列廣泛的工業監測、記錄和報警應用在其獨特性能以及成本方面的要求。

他們將考慮的應用包括： 過程監測、設備檢測、環境監測、資產管理、驗證以及潛在的緩慢、非關鍵控制等等。
 
SP100.11工作小組也將制定無線技術連通性標準，針對（但是不限于）控制應用方面的需求――從閉環調節控制到開環手動控制。

典型的應用可以包括： 過程環節的自動控制，如流量、溫度、液位或壓力； 自動化各單元之間的相互連鎖；過程變量的串級控制； 移動工作人員利用便攜式無線設備人工開始的程序動作等等。

這兩個工作小組將協同工作，以便SP100可以為工業無線應用提供一系列完整綜合的標準。 同時工作小組還將研究如何使預計將來應用于工業場所的其他無線設備跟現有的設備共存的問題。

其他的工作小組（SP100.21和SP100.22）也已經成立，研究的問題包括射頻識別系統（FRID）和庫房庫存管理應用等等。

符合SP100標準可以給無線技術實施的成功帶來更大的信心。 因為ISA不會測試到底操作實踐是否正確，或對符合度進行驗證，但是使用者本身有責任確認他們的操作符合標準并已經達成了語氣的效果。

下一節：新興的無線技術標準――無線HART

新興的無線技術標準――無線HART

HART 通信基金會成立無線HART工作小組，為以無線方式接入基于HART的現場設備及應用制定新的標準。

制定此標準的一個重要的目的，是要保持同現有HART設備及應用之間的互操作性，并確保當將來標準成熟時仍具有兼容能力。與標準帶來的其他益處相比，這種互操作性可以使用戶以無線方式訪問診斷信息以及其他現有HART儀表產生的信息。

無線HART 很可能在物理層上基于IEEE802.15.4， 但是使用不同的MAC層級，以提高跳頻的可靠性。標準設置的目標將是廠內應用――尤其用于監測、診斷和資產管理方面， 適用于由ISA SP100標準定義的各個等級的應用。

無線HART 工作小組還保持同其他工業無線技術組織之間的溝通，例如ISA SP100 委員會，以保證與這些組織在標準化方面所做的工作保持連貫性和一致性。

下一節： 走在前面

走在前面
今天的無線技術已經給我們打好了堅實的利益基礎。現在，我們是馬上應用當前的技術，還是等目前還未形成的現場網絡標準，例如SP100和無線HART 最終形成之后再開始應用？

也許最好的方法是根據工廠的實際情況來開始使用－－即使只是小規模的應用也好，因為這樣您既可以馬上得到現實利益，又可以積累寶貴的經驗，這些經驗將會在條件成熟的時候，幫助您充分利用那些合乎標準的技術方案。
然而，假如您選擇了這條路徑， 您又如何可以減少風險，以免將來現場網絡的標準最終出臺的時候落人之后呢？
 
尋找一家供應商，他的歷史紀錄應該表明他對標準和互操作性的支持。 尤其是，選擇那些積極支持并參與到開發過程工業無線技術標準的供應商，例如SP100和無線HART。
 
確保您的供應商提供的產品同發展中的標準一致――并且為您的產品提供一個計劃，使產品在另外的地區仍然能夠符合認可的標準。
 
成為標準制定的積極參與者。 您自己對標準開發的參與，以及同參與制定標準的供應商的密切關系，將保證標準制定的結果能夠滿足您的要求。
 
可以幫助您以無線方式接入工廠局域網和過程控制網絡的標準，例如802.11 Wi-Fi和802.16 Wi-Max, 都已經非常成熟。只要找一家愿意幫助您的供應商，將這些標準用于過程控制應用中，例如資產追蹤、移動工作人員和安全/監控等用途即可。

艾默生公司的優勢
艾默生公司致力于開放式標準。 我們同客戶以及其他的供應商一起密切合作，以制定無線技術標準，使客戶在過程應用中遇到的問題得以有效地解決。這其中包括積極參與無線HART和SP-100標準委員會的標準工作。

我們相信無線技術前所未有的可靠性、安全性和便捷的市場應用，將有助于推進標準制定的過程，因為好的標準總是建立在實際經驗的基礎之上。

為了制定標準， 我們將我們的經驗與眾分享。這些經驗來自于廣泛的現場實驗，是我們的產品和無線HART以及SP100團隊合作的結晶。 我們還曾保證，將相關的知識產權捐獻給HART通信基金會以利于標準制定的繼續推進。

為了使客戶的投資在今后有所保障，艾默生將提供升級，使設備將來可以在容量、帶寬、診斷能力和工業標準方面得以加強。

下一節：總結

總結
標準帶給供應商和使用者顯著利益是相同的――包括保證符合標準的產品將能夠達到所期望的工作要求，在將來仍然能夠廣泛使用，并得到支持等等。

過程工業應用的無線技術通過利用現有的技術標準，如IEEE 802.15.4，或者更高的標準，例如仍在開發中的特定的行業標準――無線HART和ISA SP100等，都可以實現這些好處。

標準設定前進的方向，但是卻常常建立在現實的基礎之上。 雖然標準仍然處在開發過程之中，如今已經有經過實踐檢驗過的無線技術方案，在給您帶來直接利益的同時，還帶來技術經驗。

下一節：測驗

測驗

下述問題可以幫助您回顧在本課程中學到的知識。
每個問題都只有一個正確答案。 每回答正確一次，您會贏得一個寶貴的獎勵點數。
準備好了嗎？ 請點擊下面的“＞”圖標。
下一節：問題1

測驗――問題1

正確與否：供應商們不喜歡標準，因為標準讓他們難以獲得超過競爭對手的優勢。

 正確
 錯誤

在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。
正確！/對不起，正確答案使“錯誤”。

供應商們喜歡標準帶來的更低的開發成本和風險，以及更廣泛的潛在市場。 他們仍然可以開發獨特的性能，以另外的方式將他們的產品同其他產品區別開來。 

測驗――問題2

下列那一種屬于行業標準？

 IEEE 802.11
 HART
 ISA S50.02
 以上都不是

在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是“HART”.

與IEEE802.11和ISA S50.02不同， 有線HART通信技術目前的規范并非是官方標準組織所頒發的標準的一部分。 它之所以成為行業標準是因為許多使用者發現這個標準能滿足他們的需要。

測驗――問題3

正確與否： 某個團隊制定的標準可以包含由另外一個團隊頒發的標準或規范。

 正確
 錯誤

 在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是：“正確”
一個團隊制定的標準整合另外一個團隊的工作是正常的事情。

測驗――問題4

正確與否： 由于無線技術的局限性，ISA SP100標準將只著重于監測方面的應用，而不是控制。
 正確
 錯誤

在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。
正確！/對不起，正確答案是“錯誤”。
雖然這個標準可能會定義無線技術在監測和控制應用中的不同操作，這兩個方面均將被包含在標準之中。
測驗結果

問題編號 得分

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3 0
4 0
總計 0
       
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