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                                上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院教授級(jí)高工  彭 瑜

   ■ 多種標(biāo)準(zhǔn)之間的紛爭(zhēng)，對(duì)于用戶有何利弊？目前主流的三大標(biāo)準(zhǔn)，您認(rèn)為各自適合怎樣的應(yīng)用需求？

   彭瑜：首先我認(rèn)為“多種標(biāo)準(zhǔn)之間的紛爭(zhēng)”的提法欠妥，與其說(shuō)紛爭(zhēng)，不如說(shuō)競(jìng)爭(zhēng)。之所以這樣說(shuō)是出于以下考慮：從上世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)際和國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化界僅在工業(yè)通信領(lǐng)域就先后經(jīng)歷了所謂現(xiàn)場(chǎng)總線之爭(zhēng)、工業(yè)以太網(wǎng)之爭(zhēng)，以及最近幾年來(lái)的工業(yè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)。爭(zhēng)論的結(jié)果呢？從來(lái)沒(méi)有形成過(guò)某一標(biāo)準(zhǔn)勝出而其它標(biāo)準(zhǔn)淘汰的結(jié)局。為什么？從現(xiàn)實(shí)狀況看，工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)不是一種強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，而且都是針對(duì)某個(gè)或某些工業(yè)應(yīng)用的需要而開(kāi)發(fā)的。此外，數(shù)字通信技術(shù)體系比模擬通信技術(shù)體系復(fù)雜得多，在每個(gè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中都有其明確的指向性，也就是說(shuō)它只能有效解決它原來(lái)期望解決的事情，我們千萬(wàn)不要按照模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)那樣的定式思維去希冀會(huì)出現(xiàn)一種簡(jiǎn)單的局面：用戶可以不加任何思考就能做出選擇。也就是說(shuō)，用戶必須對(duì)包括工業(yè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的各種工業(yè)體系標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍、特點(diǎn)和長(zhǎng)處，以及應(yīng)用的局限和不足等基本問(wèn)題做足功課，才會(huì)針對(duì)要解決的應(yīng)用取得較好的效果。

   既然同一應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是不可避免的狀況，那么在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中哪一種標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和系統(tǒng)能夠占領(lǐng)較多的市場(chǎng)份額，這取決于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和批量生產(chǎn)的成熟程度，以及支持這種標(biāo)準(zhǔn)的具有國(guó)際品牌的自動(dòng)化公司，和他們?nèi)绾卧谧约旱淖詣?dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線產(chǎn)品的總體部署等因素。進(jìn)入21世紀(jì)，在從醞釀、發(fā)動(dòng)，到掀起無(wú)線工業(yè)應(yīng)用技術(shù)研發(fā)熱潮的過(guò)程中，一直圍繞制定相關(guān)的國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而展開(kāi)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。迄今為止，以美國(guó)Honeywell公司主導(dǎo)的SP100.11a（美國(guó)ISA學(xué)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)）、以美國(guó)Emerson Process公司主導(dǎo)的WireleessHART（HART通信基金會(huì)的規(guī)范），以及由中國(guó)工業(yè)無(wú)線聯(lián)盟提出的WIA-PA，從流程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的無(wú)線應(yīng)用所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)中脫穎而出，成為獲得國(guó)際認(rèn)可的三大工業(yè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。

   應(yīng)該指出的是，以上三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)其物理層毫無(wú)例外都采用無(wú)線個(gè)域網(wǎng)WPAN標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.15.4，這是因?yàn)檫@個(gè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)以其技術(shù)的合理性和先進(jìn)性的統(tǒng)一，獲得了廣泛支持，不僅滿足了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本要求，并且還有大量的射頻芯片、模塊、產(chǎn)品，以至協(xié)議棧軟件開(kāi)發(fā)工具和測(cè)試工具，支撐著這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步廣泛而深入的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

   為了能對(duì)這三種無(wú)線工業(yè)協(xié)議有更直觀的理解，下面列出它們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（詳見(jiàn)圖1、圖2和圖3），并對(duì)其基本性能進(jìn)行比較（見(jiàn)表1）。
     
              表1 SP100.11a、WireleessHART和WIA-PA比較簡(jiǎn)表

             
           
 
   表1試圖以較為明確的形式給出這三種標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)略的比較。從把有線和無(wú)線納入一個(gè)體系來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題來(lái)看，我認(rèn)為SP100.11a和WireleessHART是較為全面的，它們立足于工業(yè)通信的整體結(jié)構(gòu)，從無(wú)線通信作為有線通信在特定場(chǎng)合的重要補(bǔ)充的視角，規(guī)范了有線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的支持，盡管目前尚在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，鮮見(jiàn)投入使用 。

   另外，SP100.11a和WireleessHART這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的商品化比較成熟，這是他們的儀表工業(yè)基礎(chǔ)好，開(kāi)發(fā)資金充裕，批量生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)豐富所致。在這一點(diǎn)上WIA-PA還有很長(zhǎng)的路要走。不過(guò)應(yīng)該指出，Honeywell公司目前推出的無(wú)線產(chǎn)品系列OneWireless雖然基于SP100.11a標(biāo)準(zhǔn)，但只能說(shuō)是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的部分實(shí)現(xiàn)，或者說(shuō)是標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)子集。

   WIA-PA作為我國(guó)自己開(kāi)發(fā)的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)越性不言而喻。它有豐富的實(shí)踐基礎(chǔ)，成本低于上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線產(chǎn)品，符合我國(guó)中小型企業(yè)的需求。隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的成熟，相信它在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)日益顯現(xiàn)。

     
                          
                          圖1    無(wú)線HART為一層全網(wǎng)格拓?fù)? 

                  
                      圖2 SP 100.11.a為兩層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)^[7]  
 
                     

                    圖3 WIA-PA為兩層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（Mesh+Cluster）  

   ■ 該如何看待無(wú)線技術(shù)在流程工業(yè)中應(yīng)用的未來(lái)？

   彭瑜：工業(yè)領(lǐng)域涵蓋極其廣泛的應(yīng)用范圍，而無(wú)線技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用只是在近幾年才引起重視，其技術(shù)的發(fā)展雖然已成熱點(diǎn)，但其實(shí)際的狀況只能說(shuō)是處于漸進(jìn)發(fā)展和積累經(jīng)驗(yàn)的階段。按現(xiàn)今工業(yè)自動(dòng)化業(yè)界的共同認(rèn)識(shí)，在工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境中的無(wú)線應(yīng)用劃分為監(jiān)控、控制和安全應(yīng)用三大類，并細(xì)分為六小類（見(jiàn)表2），這是一種具有方向性和指導(dǎo)性的概括。這種分類考慮了無(wú)線通信在實(shí)際使用條件下必須滿足的要求，又體現(xiàn)了這些無(wú)線通信應(yīng)用的時(shí)間屬性。安

       表2 在工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境中的六類無(wú)線應(yīng)用
  
             

   早在2007年以前，英國(guó)石油公司（BP）經(jīng)過(guò)大量的工業(yè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：實(shí)際對(duì)這些類別（不包括0類）的應(yīng)用需求，大致是按以下的比例 1：2：4：10：10。這就是說(shuō)，第4、5類應(yīng)用是大量的，約占測(cè)量控制要求的74%。諸如機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)（振動(dòng)、溫度、壓力等）監(jiān)控；過(guò)程設(shè)備的性能（熱交換、環(huán)境狀態(tài)、機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)）監(jiān)控等。第三類應(yīng)用（開(kāi)環(huán)控制）也有需求。至于第2類和慢速第1類應(yīng)用，將隨著用戶不斷取得經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)傳輸延遲、信息安全和穩(wěn)健性等有更好的解決方案后，會(huì)逐漸被應(yīng)用。從無(wú)線工業(yè)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，目前已可滿足3類、4類和5類應(yīng)用要求，也有了一些規(guī)模較小的應(yīng)用實(shí)踐。

   近些年來(lái)，國(guó)外一些技術(shù)調(diào)查和咨詢公司發(fā)表的有關(guān)無(wú)線工業(yè)應(yīng)用的市場(chǎng)預(yù)測(cè)報(bào)告，也與上述觀點(diǎn)一致，認(rèn)為目前工業(yè)無(wú)線主要的應(yīng)用集中在監(jiān)控類應(yīng)用這一觀點(diǎn)。

   從技術(shù)上講，WireleessHART多年前就認(rèn)證它構(gòu)成閉環(huán)控制的可行性。在去年一些專業(yè)雜志也見(jiàn)到SP100.11a應(yīng)用于閉環(huán)控制的論文。值得高興的是，基于WIA-PA無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品在2011年已經(jīng)用于實(shí)際的化工企業(yè)的閉環(huán)控制回路。

   在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)無(wú)線的工業(yè)應(yīng)用主要?dú)w于SP100中規(guī)定的第四類和第五類。我認(rèn)為主要原因在于：從技術(shù)上講，無(wú)線短程網(wǎng)技術(shù)在毫秒級(jí)的實(shí)時(shí)傳輸、安全性和可靠性三方面尚未能全面滿足控制要求，也許要解決這些問(wèn)題還要相當(dāng)長(zhǎng)的路要走；從認(rèn)識(shí)上講，無(wú)線技術(shù)應(yīng)該是無(wú)線通信技術(shù)的重要補(bǔ)充，不太可能完全替代；從市場(chǎng)上講，占現(xiàn)有工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)約74%份額的監(jiān)控?zé)o線應(yīng)用，以及未來(lái)即將開(kāi)辟的新應(yīng)用領(lǐng)域（如各種節(jié)能的領(lǐng)域），應(yīng)該說(shuō)市場(chǎng)空間很大，還有大量的工作要做，值得供應(yīng)商、系統(tǒng)集成公司和最終用戶去挖掘。 

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第三期