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     隨著人類對通信的需求越來越大，網絡成為必不可少的傳輸手段。由于網絡所需覆蓋的范圍增大，有線網絡技術已經不能完全滿足人們的需求。于是，無線網絡應運而生，無線通訊技術的發展也隨之迎來了歷史的高峰期。

    從復雜的布線到如今僅需要一臺無線信號發射器，從依賴PC機到現在可利用任何配有無線終端適配器的設備，連接網絡呈現出在任何時間、任何地域、任何設備上都暢通無阻的現狀。技術的發展同時也推動了社會的進步，無論是軍用產品、工業產品，甚至民用產品，無線技術儼然已經成為社會發展中必不可少的一部分。
        
                           
             
                 艾默生過程管理無線解決方案業務總監 瞿昭
                  MOXA中國區無線產品行銷經理 鄧波
                 菲尼克斯電氣（中國）總線及網絡通訊市場部經理 尚德威
                 美國紅獅控制大中國區總經理 王爭

    自動化和制造業領域越來越多的企業正在采用無線技術。昆明有色冶金設計研究院教授級高工方原柏預言，未來十年，將是工業無線通訊技術走向成熟的十年。的確如此，不同于最初的不接受，如今的工業用戶正在迅速收獲無線產品在移動性和靈活性方面所帶來的好處，不過，無論如何，相較于現場總線、工業以太網等，無線技術在工業自動化領域依然只能算是一項新技術，依然有很多用戶對它的技術發展和應用效果有著疑慮。因此，本期特別采訪了目前活躍在業內的工業無線廠商，就用戶關心的以及工業無線目前的應用現狀等問題進行了深入地探討，希望可以帶給讀者一些啟發。

   ■ Q：通過與用戶的交流，對于工業無線技術，他們的主要擔憂在于距離、頻率與功率、環境保障等方面，那么作為無線廠商該如何化解用戶的這些擔憂？

   瞿昭：工業無線技術進入中國已有6年時間, 任何一項新技術進入市場都有一個逐步接受的過程。艾默生在此項技術的市場宣傳和用戶溝通方面做了很多深入的工作。 隨著各行業用戶對無線技術認識的加深，大部分用戶對于這些問題有了新的認識，能夠針對具體需求和實際現場狀況選擇適合的無線解決方案。與此同時，在眾多現場應用中，用戶對于無線的穩定性、安全性等密切關注的問題也已得到印證。

   艾默生的無線產品和解決方案在設計之初就已經充分考慮了穩定、安全、環保等因素。

   關于傳輸距離——WirelessHART技術采用網格狀自組織網絡，網絡中每臺設備都可以作為其他設備的路由，與傳統點對點網絡相比，更低功率可以傳輸更遠距離。因此，網絡中節點越多，網絡可以覆蓋的范圍越大，距離越遠。單臺無線設備的傳輸距離則取決于天線的功率，選擇的天線功率越高，傳輸的距離也越遠。

   關于頻率——WirelessHART所用頻率為2.4GHz~2.4835GHz，為ISM (Industrial Scientific Medical) 頻段，是國際通信聯盟開放給工業、科學和醫學三個主要機構使用的免費頻段，無需授權許可，只需要遵守一定的發射功率(一般低于1W)并且不要對其它頻段造成干擾即可。

   關于功率——艾默生絕大多數無線設備為微功率短距離無線電設備，符合國家無線電管理局制定的《微功率（短距離）無線電設備的技術要求》中的F類設備規范。本類設備是指工作于2400~2483.5MHz頻段，除數字無繩電話、藍牙設備和無線局域網設備以外的其它短距離無線電設備，發射功率限值為10MW（e.i.r.p），頻率容限為75kHz。艾默生所有無線產品均在中國獲得了頻譜核準認證，完全符合在國內使用的標準和規范。

   關于環境保障——環境保障主要是用戶對于網絡功率的擔憂，擔心網絡會對工廠內設備和工作人員產生不良影響。如前所述，WirelessHART無線設備為微功率短距離無線電設備，絕大多數設備的發射功率僅為10MW，遠遠低于手機使用時的峰值功率，因此不會產生任何不良影響。

   尚德威：作為一家可以向客戶提供包括藍牙、TrustedWireless、GPRS、3G和WLAN在內等眾多無線產品的廠商，菲尼克斯電氣在產品設計之初就把客戶的這些擔憂考慮在內了。在距離方面，菲尼克斯電氣無線產品的傳輸距離從幾十米到幾千米不等，可以滿足不同客戶不同應用的需求；在頻率與功率方面，大家最擔心的就是無線產品是否符合當地的無線電管理規范，作為一家全球化公司，菲尼克斯電氣針對不同地區開發出了不同的產品來滿足當地的無線電管理規范要求，我們有滿足國內無線電管理規范要求的產品，有滿足歐洲ETSI要求的產品，也有滿足美國FCC要求的產品；在環境保障方面，菲尼克斯電氣致力于打造“綠色無線”，為客戶提供高效、節能、環保、綠色的無線產品，為了不對環境產生輻射危害，菲尼克斯電氣無線產品的功率都被嚴格限制，并且一些無線產品還可以根據需要通過更改設置來進一步降低發射功率。另外菲尼克斯電氣提醒大家，工業無線的成功應用除了需要優質的產品之外，也需要合理高效地規劃和實施，我們可以根據客戶的需求為客戶提供訂制化的產品、規劃和實施解決方案。

   王爭：目前沒有什么特別針對工業開發的工業無線技術，包括工業上、民用或者商用無線網絡都是同樣的技術，只是可能由于工業上對無線產品硬件的特性指標上會略高于普通民用產品。

    （1）隨著3G甚至4G網絡的越來越普及，針對3G、4G網絡進行無線數據傳輸的應用越來越普及，由于它具有低成本、無距離限制、大數據量等特點，因此它的優勢越來越明顯。必將成為工業無線數據傳輸的主流網絡，尤其應用在遠距離、野外的場合。

   （2）WLAN，同樣采用與商業一樣的2.4GHz 的波段，目前也被越來越廣泛應用，當然由于受到距離限制，目前主要應用在一些工廠場合。

   （3）無線電臺，由于3G、4G的網絡普及，原來無線電臺相對于之前GSM的2G網絡的大數據量傳輸也逐步失去優勢，以及前期投入成本高，組網復雜等原因正被逐步取代。

    所以懂得了無線技術的原理，客戶就可以完全打消對于距離、頻率等方面的擔憂，因為目前工業主要采用的無線技術是與商用技術一樣的平臺，采用3G、4G的網絡，由于也同樣是利用移動、電信或者聯通的蜂窩基站進行數據傳送的，所以就完全不受距離的限制。而利用WLAN的無線技術，采用與商業相同頻段的波長，故也完全不用擔心頻率或者功率方面的問題。

   鄧波：（1）Moxa AWK系列均可以支持10km的長距離通信連接；同時在10km長距離通信下仍然可以達到較高的帶寬。通常情況下，全向天線可以向水平面的任何方向發送同等強度的信號。但是他們在垂直方向的信號傳輸有限，這也影響了天線的增益強度。高增益天線主要向某個方向發射信號，因此天線角度（HPBW）更低，天線增益就越高。

   （2）Moxa AWK系列均支持功率增強功能。從本質上講，與發射天線之間的距離決定了接收端的信號強弱。信號強度因距離增加而損失的現象稱為路徑衰減，單位表示為dB（分貝）。

   （3）不同的無線應用會使用不同的頻率，無論是5 GHz還是2.4 GHz，都是為了滿足實際需求。若要搭建一個成功的無線網絡，必須選擇正確的天線，搭配正確的頻率。IEEE802.11a的5 GHz頻段覆蓋范圍更小，但相對2.4 GHz頻段來說干擾也更少。另一方面，802.11a的信號傳輸比802.11b/g的信號傳輸距離更近，因為它的信號非常容易被周圍物體所吸收。

   （4）在關鍵的工業無線應用中，網絡的可用性和可靠性是非常重要的。工業環境中的EIM/RF（I 電磁干擾/ 射頻干擾）通常會導致數據在特定頻率的傳輸過程中產生信號錯誤或數據丟失。正因如此，Moxa推出了雙射頻模塊產品——AWK-5222和AWK-6222，可設定為冗余AP端或冗余Client端，其可分別設定為2.4 GHz和5GHz的雙射頻通道同時運作，防止數據傳輸中的相互干擾。

   編輯點評：工業無線技術一經推出，曾被無數用戶望而卻步，其中主要的原因就在于人們傳統意識中對于距離、頻率與功率、環境保障、穩定與否等方面的擔憂，但事實上，如前文所提到的艾默生、菲尼克斯電氣等無線廠商，在無線產品及解決方案的設計之初就已經將這些因素考慮進去。值得欣慰的是，經過多年的努力，目前工業無線技術已經被用戶廣為接受并應用。當然，單一無線產品的技術似乎已經不存在問題，而如何更為合理地規劃和實施，將無線產品及解決方案發揮最大限度的作用，似乎成為了目前無線廠商和工業用戶的關注點。

   ■ Q：物聯網已經成為當今社會關注的熱點話題，在物聯網“感知世界”的契機下，無線通訊技術又會挖掘出怎樣的機會？

   瞿昭：物聯網是一個很大的概念，簡單的說就是“物物相連的互聯網”，實現信息化、遠程管理控制和智能化的網絡。艾默生一直以來致力于運用創新科技幫助用戶解決挑戰。物聯網在過程自動化行業中最為重要的一個發展領域，我們稱之為“普適測量”。艾默生將憑借在無線技術及測量儀器方面的領先優勢，開拓這一新的領域。它使得煉油廠、化工廠及其它工業工廠能夠以前所未有的方式，獲得企業更多、更詳細的數據，甚至賦予他們更大的可見性，保證運營更加安全、可靠并獲益更多。

    我們將核心業務從傳統的過程控制及安全系統，拓展到關鍵業務應用解決方案，關注油氣、精煉、化工、電力、礦業及其它行業用戶在安全、環保、可靠性及能源效率管理方面的需求。隨著無線技術的廣泛應用及傳感技術的進步，許多用戶通過安裝無線、非侵入式、經濟實用的傳感器，實現對運行的連續監視和探測。新的軟件應用及嵌入式傳感智能已經能夠解讀來自這些傳感器的數據，并將其轉換成為可執行的信息，從而使得用戶在工廠運營中能夠就潛在問題進行快速響應，并為管理層決策提供更好的依據。

   未來的工廠需要更加安全、更為經濟有效的運營管理。需要數據具有預見性、直觀、可執行，這不僅意味著過程性能優化，其在運營的各個環節了解到的關鍵業務流程的實時數據和信息，還可為決策提供依據。為了實現這一目標，需要建設一個更完整的傳感網絡，而這正是普適測量所能實現的。事實上我們的用戶已在尋求積極利用普適測量。 比如東歐的一家石油開采企業部署了一套完整的工業無線網絡，包括 12000臺可實施普適測量的儀表，其測量范圍超過傳統模式的 60%，從而能夠更好地探測能源損耗、設備銹蝕。

   普適測量將為艾默生帶來一個巨大、嶄新的商業機遇，艾默生過程管理可實現普適測量的產品包括： NetSafety 及 Groveley產品線的超聲傳感器及氣體泄漏點傳感器，來自 Roxar 的腐蝕和侵蝕探測技術，來自 CSI Technologies 的轉動設備振動傳感，以及羅斯蒙特的無線蒸汽疏水閥監測器，及無線螺栓緊固表面溫度探測器。

    尚德威：物聯網的“感知世界”需要眾多的信息采集點、設備受控點接入物聯網，在一些場合，無線通訊技術相比有線通訊技術無論是在成本還是在技術方面都更有優勢，那么在這些場合就比較適合采用無線通訊技術，無線通訊技術就為包括無線傳感器、無線儀表、無線接入點、無線執行機構在內的眾多無線產品發展帶來了機會，從而推動無線這個細分行業的高速發展，也為物聯網的高速發展注入一份活力。

   王爭：物聯網，是指將各種信息傳感設備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。而這個巨大網絡中涉及了大量的數據采集、傳輸工作。無線技術的優點是不受距離、地點限制，而且簡單易用，低成本。比如物聯網背景下的數字化油氣田站監控系統，物聯網背景下的智能交通物聯網，基于無線網絡的遠程抄表系統等都是無線通信的成果。

   鄧波：無線傳感器（WPAN）、無線定位技術(RFID)將是物聯網發展最為關鍵的推動技術。同時無線局域網(WLAN)技術將作為高帶寬數據和連接上層網絡很好的補充。

   編輯點評：物聯網的熱潮引發了一系列技術、產品的“走紅”，無線技術作為貫穿于物聯網這個大網絡中的“神經”，勢必會迎來它的發展高潮。各位商家自然不會放過這個絕佳的商機。在激烈的“商戰”中，“狹路相逢勇者勝”這句話似乎不再那么管用，取而代之的是“智”者勝。所謂“智”就是，不僅要有卓越的產品和技術，還工業通訊與無線技術,還需要有一顆可以洞悉用戶所需的心，誰能利用現有的產品，為客戶打造出量身定做的解決方案，這才是致勝的關鍵。前文提到，艾默生針對物聯網在過程自動化行業中的應用提出了一個概念“普適測量”，且目前已有相關產品上市。這或許可以為其它廠商提供一些思路。

   ■Q：貴公司的工業無線產品主要應用在哪些行業？您認為未來無線技術和產品應用最具潛力的行業有哪些？

   瞿昭：艾默生工業智能無線產品主要應用在石油、化工、油氣、電力、冶金、造紙、污水處理等行業。智能無線方案是艾默生PlantWeb數字工控網絡的一部分，將PlantWeb的智能預測功能擴展到更廣泛的領域。無線技術以全新的視角拓展對工廠各個方面的監測，進一步加強PlantWeb的優勢。

   在傳統關鍵測量控制之外，用戶越來越關注能源管理、安全、環保、運營有效性。 無線技術為用戶提供了更為便捷的，可靈活擴展的新的解決方案。艾默生無線解決方案在這些領域的應用主要涵蓋以下四個方面。（1）在能源管理方面，無線技術憑借其創新的通訊方式和使用便捷性將原有有線計量儀表進行升級，實現實時在線計量和預先診斷，并且促進計量數據與現有數據分析系統的整合。此外，工廠里廣泛使用的疏水閥是蒸汽泄漏的主要來源，無線能夠提前獲知設備的工作情況，提前避免泄漏發生。（2）在安全方面，安全噴淋和洗眼設備在一些化工廠異常重要，但大多數工廠建廠之初并未配備監測措施。無線方案則是一種理想的監測方案，可在事故發生的第一時間通知管理人員。（3）在環保方面，長途油氣管線上會有很多安全閥泄放閥，如何監測這些安全閥泄放閥并將設備工作狀態輸送到控制室一直是一個難題，無線技術的成熟也使其成為現實，避免可燃氣體異常排放，同時提高工作站的安全性。（4）在提升運營有效性方面，工廠里許多泵和熱交換器屬于重要設備，但其管理人員的規模往往不及儀表班組的規模，經常出現難以監測、人工巡檢甚至根本不去巡檢的境況，但是一旦出現非計劃停機，損失就十分可觀。一整套的無線解決方案從多種無線儀表、上位監測分析軟件再到專業化的工程服務成為保證這些設備正常運行的福音。

   在過程自動化的傳統行業，如石油、化工和油氣，通過現場經驗的不斷積累和方案的持續完善，無線必將擴大和深入應用，尤其是在石化煉油和油氣。此外，無線這項創新性技術還將在食品飲料、煙草、醫藥等行業發揮前所未有的作用。

   尚德威：菲尼克斯電氣的無線產品主要應用行業有物流自動化、電力、水泥、冶金、水處理、港口機械、石油化工、汽車等行業，未來無線技術和產品應用最具潛力的行業有物流自動化、港口機械、石油化工等。

   王爭：目前紅獅在很多工業行業有無線產品的應用。比如市政的水處理行業的遠程泵站、閥室監控；石油石化行業的管網傳輸監控上；車載系統， 如勘探車輛、特殊車輛的定位衛星數據，狀態數據監控。后期比較具備潛力的除了目前主要涉及的市政、石油石化等行業，還有物流倉儲等。

   鄧波：Moxa的無線產品主要應用在 交通、煤炭、石化、倉儲物流、工廠自動化、重機械聯網、港口等工業領域。未來有潛力的行業有：交通、石化、工廠自動化、港口等 。

   編輯點評：綜上所述，可以看到，工業無線技術幾乎已經應用到各行各業當中，無論是傳統工業的石化、港口等，還是與民生相關的市政、交通等行業，都在越來越多的應用無線技術，尤其是在智慧城市、智能交通等新興熱點的催化下，無線技術的應用將更加廣泛。

   Q：近1年內，貴公司的無線技術產品是否取得了一些創新性的應用？

   瞿昭: 艾默生的無線技術應用包括井口管線監測、旋轉設備監測、電廠脫硝、能源管理、罐區管理、鍋爐汽機性能監測、無線控制等領域。近一年內開發的創新性應用主要是重要設備管理。

   由于成本因素，大多數工廠在建設時都會盡可能減少設備安全操作所需的測量儀表和控制裝置。如今，重要設備的管理越來越受到重視，包括泵群監測、熱交換器監測、疏水器監測、泄壓閥監測等。無線可以監測因軸承磨損、校準問題和葉輪葉片損壞而導致的泵振動加劇情況；通過監測熱交換器冷熱端溫度和流量，使維護人員能夠合理安排清理和維護作業，保證最佳傳熱性能；使用智能無線聲波變送器和配置軟件提供疏水閥總體狀況的關鍵在線信息，在疏水閥發生故障時提供報警和位置信息；使用智能無線聲波變送器檢測泄壓閥產生的紊流并在泄漏發生時提供通知，避免易燃和有毒物質泄漏，避免這種泄漏可能招致違規排放的懲罰。

   尚德威：菲尼克斯電氣在中國第一次將無線技術應用到海洋工程平臺的控制和監視中，大大改善了中國海洋工程平臺的裝備自動化水平。同時將無線技術應用到超大型冷鏈物流的控制和分揀中，為解決中國冷鮮食品安全問題貢獻力量。

   編輯點評：無線產品的創新應用近年來并不少見，本文提到的艾默生開發的重要設備管理是針對油氣行業近年來一些被用戶廣泛關注問題的創新性解決方案，其對各種報警、溫度、流量、信息等的檢測能夠直接為關鍵設備的安全正常運行提供保障。而菲尼克斯電氣在海洋工程以及冷鏈物流中的應用也是打破了之前無線技術應用的范圍，開拓了更為廣闊的天地。

   Q：OEM行業對工業無線技術有哪些新的需求？

   瞿昭: 傳統的OEM用戶對無線通訊技術的要求最重要的就是符合技術標準，同時要求產品設計簡便易用、具備模塊化以及產品具有良好的兼容性和互操作性。鑒于此，WirelessHart無線產品從現場無線設備到智能無線網關全部采用標準的IEC無線協議、采用標準頻率2.4GHz、采用HART協議標準采樣速率、網關與上位機集成采用標準以太網或串口協議等技術參數；所有無線產品為模塊化設計，易于維護；所有產品由于支持標準無線協議，可與其他供應商的無線產品進行互換，并由非盈利組織Hart基金會嚴格進行了設備互操作性測試。所以當OEM客戶選擇了標準的無線產品，在提高效率、降低成本的同時可以十分方便地融入到具備標準接口的整體控制系統之中。

    尚德威：新的需求包括高速和安全，以及良好支持工業通訊協議如PROFINET和EtherNet/IP。同時還包括兼容性與產品易用性。

   王爭：每個OEM客戶由于可能從事不同的行業，不同的技術要求，同樣對于無線產品的需要也不近相同。但是客戶要求不同，目標卻永遠是一樣的：高效率、低成本。而無線技術恰恰能夠滿足這些需求。隨著3G、4G基站的普及，工業無線的應用也必定會出現井噴。

   鄧波：（1）高可靠性。客戶需要在任何惡劣的環境中搭建一個安全可靠的無線局域網。數據完整性和網絡可靠性是工業無線應用中最為令人關注的議題。工業環境通常非常惡劣，必須承受水、灰塵、電磁干擾/噪聲和極端溫度的諸多考驗。為了迎接這些挑戰，Moxa的戶外無線設備AWK系列支持IP68等級，并具備寬溫設計。AWK系列符合鐵路行業的EN50155和EN50121-1/-4標準，重工行業的EN61000-6-4和61000-6-2標準，以及石油天然氣行業的ATEX Zone 2和UL C1D2 2標準（AWK-4121）。

   （2）高性價比。MOXA為客戶推出了AWK-1121/1127等基于客戶端技術的低成本解決方案。

   編輯點評：由上文可知，符合國際標準、良好的兼容性以及高可靠性和高性價比依然是OEM的主要關注點。針對這些需求，無線廠商也相應地拿出了應對的策略。希望讀者看到這些，可以從中選擇出適合自身企業的無線技術產品。

   Q：您認為什么才是推動無線通訊技術繼續發展的驅動力？

   瞿昭: 當今的流程行業正在大踏步從“數字化工廠”時代邁向“智能化工廠”時代。智能化工廠是現代工廠信息化發展的新階段，是在數字化工廠的基礎上，利用多種無線通訊技術和設備監控技術加強信息管理和服務；清楚掌握生產流程，提高生產過程的可控性、減少流程線上的人工干預、及時正確進行生產決策，構建一個高效節能、綠色環保、環境舒適的人性化工廠。根據世界煉油組織能源交流峰會最新的《智能化工廠調研報告》，__一個智能化工廠成功與否主要取決于兩點：人員接受新技術的能力、設備智能化管理和數據智能化分析。這二個方面都是推動無線通訊技術繼續發展的驅動力。

   在北美和歐洲，過程行業面臨的巨大挑戰是既要持續經營又要增加產量，難以實現超越，而發展中國家的問題是缺乏有豐富經驗的人才和接受新技術的能力。無線基于其技術使用的便捷性和靈活性更易被更多的一線技術人員所接受，從而協助提升人員的技術水平和運行管理水平。

   無線技術在改善設備智能化管理和數據智能化分析方面也有其獨特的優勢。無線的使用便捷性更利于對設備的各個性能指標進行監測和診斷，并且不會對原有系統產生任何影響。這些監測和診斷數據是對設備進行智能化管理的基礎。其無線式傳輸方式和多種標準接口也方便融入工廠日益充實的“大數據庫”，納入工廠的數據智能化分析系統。

   尚德威：無線通訊技術帶來的便利性和高速發展的廣闊無線應用市場是無線通訊技術繼續發展的驅動力。有了高速發展的廣闊市場，大家就愿意去投入人力、物力去研發、去生產、去推廣、去應用，應用成功了會帶來一些新的市場，應用不成功，那么在應用中出現的問題會推動相應的技術研發和改進，這樣就形成了一個良性的循環，無線通訊技術就能繼續向前發展。

   鄧波：高可靠性、高帶寬、穩定性，通過這些性能為客戶構建可以信賴的無線網絡。取代并解決客戶使用傳統有線方式遇到的問題， 為客戶在項目設計中開拓新的應用方式，縮短工期降低整體營運成本。例如：無線局域網已經成為軌道交通中車地網絡的首選，因為不僅維護成本降低，更能提高網絡的帶寬和傳輸的可靠性。工業級無線局域網主要用于ATO（列車自動運行系統），例如視頻監控、乘客信息系統、列車控制系統等。

   油井的工作環境非常具有挑戰性，因為油井范圍分散、無人管理，且需要遠程操作。因此，采用一個可靠的無線遠程控制系統，可以方便地連接石油轉井平臺，將井口和平臺的數據傳向中央控制中心。

   王爭：無線技術使得數據傳輸變的更簡單——沒有距離、低成本。

   編輯點評：無線通訊技術無疑具有廣泛的應用發展空間，無論是智能化工廠的新征程，還是智慧城市、物聯網的催化，無線技術都為我們描繪了一個可以持續開展的廣闊市場。然而，我們也意識到，在社會發展到一定階段的時候，技術往往并不是解決問題的最關鍵因素，關鍵在于人。而無線技術應用的關鍵也在于此。人員對于技術的掌握程度，對于新生技術、事物的接受力，決定了未來工業無線技術在我國發展的前景。所以正如菲尼克斯電氣（中國）總線及網絡通訊市場部經理尚德威所言，希望我們可以集合各方之力，形成一個良性的循環，使無線通訊技術能夠繼續向前發展。 

   摘自《自動化博覽》2014年3期