菲尼克斯工業(yè)通訊產(chǎn)品高級市場工程師 張宏濤
摩莎科技(上海)有限公司無線產(chǎn)品經(jīng)理 鄧波
美國邦納工程國際有限公司產(chǎn)品部高級產(chǎn)品專員 黃胡清
美國紅獅控制通訊與無線產(chǎn)品專家王凱
如今,中國的無線通訊技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用越來越廣,從原來的有線傳輸轉(zhuǎn)化為無線傳輸是一種質(zhì)的飛躍,同時也體現(xiàn)出我國通訊事業(yè)未來的發(fā)展趨勢。未來工廠中的機(jī)器設(shè)備將通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起,利用自動化軟件實現(xiàn)可視化管理。其中重要的一環(huán)就是要實現(xiàn)智能制造設(shè)備的互聯(lián)互通,無線技術(shù)作為有線通訊的一種補(bǔ)充方式,在快速互聯(lián)以及布線有難度或成本較高的場合體現(xiàn)出了操作簡便、易于使用和免維護(hù)的特點。數(shù)據(jù)顯示,未來3年全球工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)無線通訊市場的年均增長率為35%,這表明工業(yè)通訊與無線技術(shù)逐漸步入自動化行業(yè)的主流之列。高速發(fā)展的中國自動化市場將推動無線通訊技術(shù)走得更遠(yuǎn)。
自動化博覽:貴公司為用戶提供的“工業(yè)通訊與無線技術(shù)”產(chǎn)品有哪些?有何獨特的優(yōu)勢?
張宏濤:菲尼克斯電氣不僅是工業(yè)通訊與無線技術(shù)產(chǎn)品的供應(yīng)商,更是一家可以提供包括PLC、I/O、觸摸屏、軟件等產(chǎn)品在內(nèi)的自動化公司。我們深刻地了解自動化應(yīng)用中對于工業(yè)通訊與無線技術(shù)的需求,針對性地開發(fā)了一些有特色的產(chǎn)品。對于工業(yè)無線通訊產(chǎn)品如WLAN產(chǎn)品,菲尼克斯電氣的產(chǎn)品具有支持主流工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議(如Profinet、EtherNet/IP),設(shè)備可以集群管理、數(shù)據(jù)高速通訊、工作溫度寬等特點。
鄧波:Moxa已在工業(yè)無線領(lǐng)域深耕多年,提供了諸多可靠性高、技術(shù)領(lǐng)先的產(chǎn)品和解決方案。由于工業(yè)環(huán)境通常非常惡劣,必須承受水、灰塵、電磁干擾/噪聲和極端溫度等諸多考驗。為了迎接這些挑戰(zhàn),Moxa的戶外無線設(shè)備AWK系列支持IP68等級,具有-40℃~75℃的寬溫設(shè)計。AWK系列符合鐵路行業(yè)的EN50155和EN50121-1/-4標(biāo)準(zhǔn),重工行業(yè)的EN61000-6-4和EN61000-6-2標(biāo)準(zhǔn)以及石油天然氣行業(yè)的ATEX Zone 2和UL C1D2標(biāo)準(zhǔn)(AWK-3121),在惡劣的環(huán)境中可以為客戶搭建一個安全可靠的無線局域網(wǎng)。安全降低網(wǎng)絡(luò)切換時間是對無線局域網(wǎng)的一個基本要求,Moxa創(chuàng)新的無線漫游技術(shù)可以極大地降低漫游切換時間(低至50ms以下),克服了信息傳輸中連接中斷的問題。Moxa推出的全系列高帶寬工業(yè)無線解決方案,可為各種工業(yè)應(yīng)用提供基于無線網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸。Moxa高帶寬工業(yè)無線產(chǎn)品采用工業(yè)等級設(shè)計,具有低延時、無縫漫游等特點,包括支持802.11n的無線局域網(wǎng),以及滿足HSPA的無線廣域網(wǎng)解決方案,特別適用于對帶寬有迫切需要的應(yīng)用,如網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控或視頻傳輸?shù)取?br />
黃胡清:邦納電子是全球頂尖的自動化技術(shù)專家和整體解決方案提供者。公司擁有四十多年的產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗,邦納推出的無線通訊產(chǎn)品具有如下五點優(yōu)勢:(1)采用私有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,最大程度保證了網(wǎng)絡(luò)安全;(2)采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù),保證網(wǎng)絡(luò)具備優(yōu)良的抗干擾能力;(3)可以兼容眾多廠家的儀器儀表;(4)提供完整全面的儀表信號接入類型;(5)操作使用簡便,十幾分鐘內(nèi)即可快速組網(wǎng)。
王凱:紅獅旗下的Sixnet RAM9000無線蜂窩RTU,高度集成4G網(wǎng)絡(luò)、GPRS/EDGE和TCP/IP技術(shù),可實現(xiàn)點對點、點對多點等靈活無線組網(wǎng)方式;通訊距離長,可用于各種惡劣的工業(yè)現(xiàn)場;內(nèi)置防火墻,支持為用戶數(shù)據(jù)提供VPN和透明傳輸通道,提供各種路由協(xié)議;自帶多路I/O點,通訊接口十分豐富。紅獅旗下N-Tron的702-W,支持802.11n在內(nèi)的各種無線Wi-Fi協(xié)議,擁有3×3 MIMO天線,傳輸距離長,穿透力強(qiáng)。還支持WDS傳輸模式、WPA/WPA2加密模式、ACL、遠(yuǎn)程接入。
自動化博覽:貴公司的產(chǎn)品目前主要應(yīng)用在那些行業(yè)?請簡單介紹一個貴公司在“工業(yè)通訊與無線技術(shù)”領(lǐng)域的成功案例。
鄧波:Moxa工業(yè)無線產(chǎn)品在很多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用,如無線行車、AVG小車、機(jī)床監(jiān)控等工廠自動化的應(yīng)用。
在AGV(自動導(dǎo)引車)系統(tǒng)中Moxa的AWK-1121/1127系列產(chǎn)品發(fā)揮著重要的作用。隨著現(xiàn)代倉儲管理系統(tǒng)的不斷提升,工程人員采用大量的AGV(自動導(dǎo)引車)來替代傳統(tǒng)的人工叉車,這樣可以降低運(yùn)營成本,也會大大提升效率。為了確保操作運(yùn)營的可靠性,工程人員要對整個倉庫中的AGV進(jìn)行管理和監(jiān)控,于是他們采用了一種自動識別和數(shù)據(jù)采集(AIDC)技術(shù),通過WLAN網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)該功能。為了導(dǎo)航和監(jiān)控?zé)o人AGV在工作區(qū)通道上的行進(jìn)情況,必須通過車載傳感器和收發(fā)器進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和發(fā)送。在如此狹小空間的AGV上裝有20多個傳感器和控制器,在系統(tǒng)設(shè)計時,每一個組件的尺寸都是必須考慮的重要因素。AWK-1121/1127系列是Moxa具有最小尺寸的工業(yè)級無線客戶端。產(chǎn)品設(shè)計緊湊,甚至低于一罐汽水的高度,這樣可以放在AGV中,既不占用空間,也可以有效地整合其他組件,從而實現(xiàn)AGV數(shù)據(jù)的無線通訊。除此之外,AWK-1121/1127系列還支持802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn),以及Moxa專利的Turbo Roaming?快速漫游切換技術(shù),可在100ms內(nèi)實現(xiàn)快速切換。產(chǎn)品還具有工業(yè)級IP30外殼,可適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。只需在AGV上安裝一臺AWK-1121,工程人員可以遠(yuǎn)程控制AGV的行駛、存儲和檢索貨品,整個過程非常可靠穩(wěn)定,可以創(chuàng)建一個更靈敏、更高效的倉儲維護(hù)系統(tǒng)。王凱:紅獅的無線產(chǎn)品在石油石化、水利、電力調(diào)度、市政、冶金等行業(yè)廣泛使用。
一個知名汽車廠商選用了紅獅N-Tron702無線以太網(wǎng)設(shè)備,用于建立工廠生產(chǎn)和調(diào)度系統(tǒng)、倉庫部件傳送系統(tǒng)、用于傳送部件到生產(chǎn)線的自動導(dǎo)引車系統(tǒng)之間的通信。在組裝點上需要的部件必須同步匹配到可供選擇的產(chǎn)品零件型號。電氣噪音、極端震動和溫度需求,包括此類應(yīng)用的數(shù)據(jù)帶寬需求,都是目前市場中大部分無線設(shè)備所無法達(dá)到的。紅獅N-Tron702-W IEEE 802.11n無線設(shè)備使用多入多出/空分復(fù)用型(MIMO/SDM)3根天線,能夠安全保障此類應(yīng)用的環(huán)境和帶寬需求。并且降低了線纜的費(fèi)用,部署簡單,滿足實時數(shù)據(jù)需求以及設(shè)備的機(jī)動性。
黃胡清:邦納能夠快速響應(yīng)客戶需求,并提供定制化服務(wù)。提供以無線為核心,整合周邊設(shè)備的集成化服務(wù)。目標(biāo)客戶涉及石化、冶金、材料、水處理、重型機(jī)械以及汽車等。
目前國家大力推行企業(yè)節(jié)能減排,企業(yè)也逐漸意識到在生產(chǎn)過程中節(jié)約能源消耗對于降低產(chǎn)品成本的重要性。由于企業(yè)的電表、水表、氣表分散在廠區(qū)的各個不同位置,為了將這些信號采集并統(tǒng)一監(jiān)控,就必須因地制宜設(shè)計線纜鋪設(shè)走向。由于廠區(qū)面積達(dá)到十幾平方公里,期間有廠房,管線等各種建筑物。顯然有線方式并不是最簡便經(jīng)濟(jì)的方法,此時利用無線方式是一個不錯的選擇。在西部地區(qū)的一個工廠內(nèi)已經(jīng)使用了邦納無線網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)視全廠主要供水管網(wǎng)中的流量,以便做到科學(xué)預(yù)結(jié)算。操作使用簡便,可快速組網(wǎng),抗干擾能力強(qiáng)是邦納無線的優(yōu)勢。與有線方式相比,無線方案幫助用戶節(jié)省了將近55%的預(yù)算。
張宏濤:菲尼克斯電氣的無線產(chǎn)品和技術(shù)目前在電力、水泥、冶金、港口、物流倉儲、風(fēng)電、石化、汽車等行業(yè)及領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用,并且獲得了眾多客戶的好評。
在物流倉儲行業(yè),菲尼克斯電氣的WLAN5100作為無線通訊設(shè)備成功地應(yīng)用到了自動化立體冷庫中。這個自動化立體冷庫中有幾十條巷道,每條巷道都有1臺軌道車和1臺升降機(jī),當(dāng)設(shè)備運(yùn)行的時候,地面控制中心、軌道車、升降機(jī)三者之間需要進(jìn)行高速通訊。傳統(tǒng)的解決方案是采用滑觸線或者柔性電纜的方法進(jìn)行通訊,但無論是滑觸線還是柔性電纜都需要增加特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu),并且維護(hù)起來都非常麻煩,在冷庫的低溫環(huán)境特性下,維護(hù)的難度及成本會更高。客戶選用了菲尼克斯電氣的WLAN5100作為無線通訊設(shè)備,其優(yōu)良特性給客戶帶來了眾多收益,如WLAN5100在設(shè)備安裝及調(diào)試好之后不需要維護(hù),大大降低了設(shè)備使用中的維護(hù)成本;WLAN510最低-40℃的工作溫度,無懼冷庫中的低溫環(huán)境,避免無線設(shè)備被凍壞而造成非正常的設(shè)備停機(jī)損失;300Mbps的高速帶寬以及對工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的支持使WLAN5100對高速通訊應(yīng)付自如,設(shè)備可以高節(jié)拍運(yùn)行,大大提高了生產(chǎn)效率。
自動化博覽:無線技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域日漸成熟,您認(rèn)為工業(yè)通訊與無線技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動力是什么?
黃胡清:制造成本的提高呼喚自動化,要求自動化設(shè)備高可靠性和免維護(hù)。換言之就是設(shè)備開機(jī)率要高。而有線網(wǎng)絡(luò)連接80%的潛在故障在于通訊電纜磨損和接頭老化,所以無線作為一種無接觸數(shù)據(jù)傳輸方式。很好地滿足了以上應(yīng)用要求。
企業(yè)快速運(yùn)營決策的需要。決策來自于對現(xiàn)場一手?jǐn)?shù)據(jù)的及時獲取,而面對生產(chǎn)現(xiàn)場海量的數(shù)據(jù),傳統(tǒng)的低效率離散的獲取方式(例如人工巡檢抄表)顯然是不適合。通訊方式下的數(shù)據(jù)都是以兆、百兆,甚至千兆計算的。
快速移動互聯(lián),信息化社會,一切都處于動態(tài)運(yùn)行中。身處任何地方都要第一時間獲取信息。這就要求有可靠安全的無線接入。張宏濤:高速發(fā)展的廣闊市場是工業(yè)通訊與無線技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動力。有了高速發(fā)展的廣闊市場,大家就愿意去投入人力、物力去研發(fā)、生產(chǎn)、推廣、應(yīng)用。應(yīng)用成功了,則會帶來一些新的市場;應(yīng)用不成功,那么在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題會推動相應(yīng)的技術(shù)研發(fā)和改進(jìn),這樣就形成了一個良性的循環(huán),工業(yè)通訊與無線技術(shù)就會繼續(xù)高速向前發(fā)展。
王凱:無線協(xié)議的逐步成熟、無線設(shè)備數(shù)量和種類的激增、接入技術(shù)不斷改進(jìn)、費(fèi)用的降低等,在這些因素的推動下,無線應(yīng)用的市場已經(jīng)愈發(fā)完善,很多無線設(shè)備制造商躍躍欲試,同時無線服務(wù)業(yè)務(wù)也被大力推進(jìn)擴(kuò)展。以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已越來越廣泛地應(yīng)用于自動化工業(yè)領(lǐng)域。
自動化博覽:您認(rèn)為在中國自動化領(lǐng)域開拓工業(yè)通訊和無線技術(shù)市場還面臨哪些挑戰(zhàn)?如何應(yīng)對?
黃胡清:目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實際應(yīng)用過程中,主要存在著以下制約因素,成本:傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的成本是制約其大規(guī)模廣泛應(yīng)用的重要因素,需根據(jù)具體應(yīng)用的要求均衡成本、數(shù)據(jù)精度及能量供應(yīng)時間;功耗:大部分的應(yīng)用領(lǐng)域需要網(wǎng)絡(luò)采用一次性獨立供電系統(tǒng),因此要求網(wǎng)絡(luò)工作能耗低,延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期,這是擴(kuò)大應(yīng)用的重要因素;認(rèn)知:用戶對應(yīng)用環(huán)境與無線信號變化之間的關(guān)系不理解,會影響到對無線工作穩(wěn)定性的判斷。邦納公司致力于在未來的研究中克服這些因素,使網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用到更多的領(lǐng)域。
張宏濤:主要問題在于人們對工業(yè)通訊與無線技術(shù)還不是非常的熟悉,并且對于具體的應(yīng)用還不是非常有經(jīng)驗。所以目前需要解決的關(guān)鍵問題一個是加大工業(yè)通訊和無線技術(shù)的市場推廣力度,使大家更加熟悉和了解這個技術(shù);另外一個是工業(yè)通訊與無線技術(shù)在各個現(xiàn)場的應(yīng)用經(jīng)驗還不是非常豐富,需要持續(xù)不斷的積累。
鄧波:無線網(wǎng)絡(luò)所提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)非常有效,但它較易受環(huán)境干擾,導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失過多,重傳頻繁,因此無法應(yīng)用在那些對網(wǎng)絡(luò)延遲較敏感的行業(yè)中。在關(guān)鍵的工業(yè)無線應(yīng)用中,網(wǎng)絡(luò)的可用性和可靠性是非常重要的。
工業(yè)環(huán)境中的EIM/RFI(電磁干擾/ 射頻干擾)通常會導(dǎo)致數(shù)據(jù)在特定頻率的傳輸過程中產(chǎn)生信號錯誤或數(shù)據(jù)丟失。為了解決此類問題,Moxa推出了雙射頻解決方案,可以實質(zhì)性地消除無線干擾對通訊的影響,隨機(jī)的干擾能夠同時影響到兩個頻段(2.4GHz和5GHz)的幾率是微乎其微的。為了保證無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的連接安全性,傳輸速率應(yīng)達(dá)到數(shù)兆。由于無線的干擾,實時監(jiān)控過程中會發(fā)生跳幀,屏幕卡死或連接中斷等不良現(xiàn)象。Moxa的無線AP產(chǎn)品通過了國際網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)會的SafetyNet p認(rèn)證,提供冗余的無線鏈路,保證實時以太網(wǎng)連接。兩個獨立的RF模塊可以冗余地同時傳輸數(shù)據(jù),消除頻段切換時數(shù)據(jù)丟包的可能性,重發(fā)數(shù)據(jù)包的請求頻率也顯著降低。此外,Moxa的無線設(shè)置支持RSTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)冗余,電源輸入和PoE功能則實現(xiàn)了電源冗余。正因為具有多種冗余機(jī)制,可以確保網(wǎng)絡(luò)隨時在線。
自動化博覽:您對中國工業(yè)通訊與無線技術(shù)市場的發(fā)展有怎樣的預(yù)期?貴公司未來的發(fā)展方向是什么?
王凱:中國的無線通訊技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)用越來越廣,從原來的有線傳輸轉(zhuǎn)化為無線傳輸是一種質(zhì)的飛躍,同時也體現(xiàn)出我國通訊事業(yè)的發(fā)展趨勢。在全面運(yùn)用通訊技術(shù)的同時要做好各項準(zhǔn)備工作,做好通訊技術(shù)和模式的改革。工廠無線通訊的發(fā)展前景良好,國內(nèi)業(yè)界應(yīng)該更緊密地關(guān)注該項技術(shù),進(jìn)行更好的運(yùn)用和發(fā)展,也能促進(jìn)我國工業(yè)行業(yè)的長足發(fā)展。
紅獅無線今后的研究方向主要集中在安全性、可靠性、能耗性、移動漫游、網(wǎng)絡(luò)管理以及與其它移動通信系統(tǒng)之間的關(guān)系等問題上。其發(fā)展方向有:更高的通訊速率;進(jìn)一步提高頻譜利用率,增加覆蓋范圍;與其他無線協(xié)議融合,支持高速、移動接入。現(xiàn)場總線的無線傳輸?shù)目尚行哉谠u估,無線通訊技術(shù)將會和現(xiàn)場總線技術(shù)更加緊密結(jié)合。
鄧波:縱觀測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展歷程,從儀表電氣、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)到無線網(wǎng)絡(luò),我們可以注意到目前無線融入技術(shù)與有線—無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)成為測控網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢,而這也從一方面助推著物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的深化發(fā)展。無線通訊技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下,為各種智能現(xiàn)場設(shè)備、移動機(jī)器人以及各種自動化設(shè)備之間的通信提供高寬帶的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前,無線通訊技術(shù)已經(jīng)從最初的作為有線技術(shù)的補(bǔ)充發(fā)展為無線有線共存,最終將會發(fā)展到實現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)工業(yè)環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)世界。物聯(lián)網(wǎng)的興起為無線技術(shù)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。
Moxa已在工業(yè)無線領(lǐng)域深耕多年,提供了諸多高可靠的領(lǐng)先產(chǎn)品和解決方案。越來越多的熱點被部署在工業(yè)現(xiàn)場,且需要基于無線網(wǎng)絡(luò)提供視頻傳輸?shù)囊曨l監(jiān)控系統(tǒng)。這對操作人員帶來更高的要求,因為他們不僅要關(guān)注支持高帶寬的無線設(shè)備,如802.11n或HSPA產(chǎn)品,還需要考慮構(gòu)建一個穩(wěn)定可靠的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)。為了實現(xiàn)這一點,無線設(shè)備必須提供實時通信以及無縫漫游切換的功能,且需要具備工業(yè)等級的設(shè)計,以滿足工業(yè)環(huán)境的苛刻需求,Moxa的產(chǎn)品可以實現(xiàn)這一切。
黃胡清:工廠自動化正步入快速發(fā)展階段,各種工業(yè)總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)越來越被用戶所了解并使用。積累了大量的成功應(yīng)用經(jīng)驗,并且從中受益。無線技術(shù)作為有線通訊的一種補(bǔ)充方式,在快速互聯(lián)以及布線有難度或成本較高的場合體現(xiàn)出了操作簡便,易于使用和免維護(hù)的特點。在過程自動化行業(yè),盡管有部分企業(yè)使用了工業(yè)總線通訊,但是大部分出于安全考慮依舊以傳統(tǒng)的導(dǎo)線傳送信號,這預(yù)示著中國的無線技術(shù)市場還有十分廣闊的發(fā)展空間。倡導(dǎo)有限度地提供以無線為核心、整合周邊設(shè)備的集成化服務(wù)將是邦納未來的發(fā)展方向。
摘自《自動化博覽》3月刊