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上海工業自動化儀表研究院教授級高工 彭 瑜
■ 多種標準之間的紛爭，對于用戶有何利弊？目前主流的三大標準，您認為各自適合怎樣的應用需求？
彭瑜：首先我認為“多種標準之間的紛爭”的提法欠妥，與其說紛爭，不如說競爭。之所以這樣說是出于以下考慮：從上世紀90年代以來，國際和國內工業自動化界僅在工業通信領域就先后經歷了所謂現場總線之爭、工業以太網之爭，以及最近幾年來的工業無線標準之爭。爭論的結果呢？從來沒有形成過某一標準勝出而其它標準淘汰的結局。為什么？從現實狀況看，工業通信標準不是一種強制性標準，而且都是針對某個或某些工業應用的需要而開發的。此外，數字通信技術體系比模擬通信技術體系復雜得多，在每個有關標準的開發過程中都有其明確的指向性，也就是說它只能有效解決它原來期望解決的事情，我們千萬不要按照模擬信號標準那樣的定式思維去希冀會出現一種簡單的局面：用戶可以不加任何思考就能做出選擇。也就是說，用戶必須對包括工業無線標準在內的各種工業體系標準的應用范圍、特點和長處，以及應用的局限和不足等基本問題做足功課，才會針對要解決的應用取得較好的效果。
既然同一應用領域出現多種國際標準是不可避免的狀況，那么在市場競爭中哪一種標準的產品和系統能夠占領較多的市場份額，這取決于產品的開發和批量生產的成熟程度，以及支持這種標準的具有國際品牌的自動化公司，和他們如何在自己的自動化系統中應用該標準的無線產品的總體部署等因素。進入21世紀，在從醞釀、發動，到掀起無線工業應用技術研發熱潮的過程中，一直圍繞制定相關的國際工業標準而展開激烈的競爭。迄今為止，以美國Honeywell公司主導的SP100.11a（美國ISA學會的標準）、以美國Emerson Process公司主導的WireleessHART（HART通信基金會的規范），以及由中國工業無線聯盟提出的WIA-PA，從流程工業現場級的無線應用所規范的標準中脫穎而出，成為獲得國際認可的三大工業無線標準。
應該指出的是，以上三個標準其物理層毫無例外都采用無線個域網WPAN標準的IEEE 802.15.4，這是因為這個基礎標準以其技術的合理性和先進性的統一，獲得了廣泛支持，不僅滿足了無線傳感器網絡的基本要求，并且還有大量的射頻芯片、模塊、產品，以至協議棧軟件開發工具和測試工具，支撐著這一標準進行進一步廣泛而深入的開發和應用。
為了能對這三種無線工業協議有更直觀的理解，下面列出它們的拓撲結構圖（詳見圖1、圖2和圖3），并對其基本性能進行比較（見表1）。
表1 SP100.11a、WireleessHART和WIA-PA比較簡表
表1試圖以較為明確的形式給出這三種標準簡略的比較。從把有線和無線納入一個體系來考慮這個問題來看，我認為SP100.11a和WireleessHART是較為全面的，它們立足于工業通信的整體結構，從無線通信作為有線通信在特定場合的重要補充的視角，規范了有線工業網絡接入無線網絡的支持，盡管目前尚在實現過程中，鮮見投入使用 。
另外，SP100.11a和WireleessHART這兩個標準的商品化比較成熟，這是他們的儀表工業基礎好，開發資金充裕，批量生產的經驗豐富所致。在這一點上WIA-PA還有很長的路要走。不過應該指出，Honeywell公司目前推出的無線產品系列OneWireless雖然基于SP100.11a標準，但只能說是對標準的部分實現，或者說是標準的一個子集。
WIA-PA作為我國自己開發的無線標準，其優越性不言而喻。它有豐富的實踐基礎，成本低于上述兩個標準的無線產品，符合我國中小型企業的需求。隨著時間的推移和技術的成熟，相信它在市場上的競爭力會日益顯現。
圖1 無線HART為一層全網格拓撲
圖2 SP 100.11.a為兩層拓撲結構[7]
圖3 WIA-PA為兩層拓撲結構（Mesh+Cluster）
■ 該如何看待無線技術在流程工業中應用的未來？
彭瑜：工業領域涵蓋極其廣泛的應用范圍，而無線技術的工業應用只是在近幾年才引起重視，其技術的發展雖然已成熱點，但其實際的狀況只能說是處于漸進發展和積累經驗的階段。按現今工業自動化業界的共同認識，在工業自動化和控制環境中的無線應用劃分為監控、控制和安全應用三大類，并細分為六小類（見表2），這是一種具有方向性和指導性的概括。這種分類考慮了無線通信在實際使用條件下必須滿足的要求，又體現了這些無線通信應用的時間屬性。安
表2 在工業自動化和控制環境中的六類無線應用
早在2007年以前，英國石油公司（BP）經過大量的工業實驗發現：實際對這些類別（不包括0類）的應用需求，大致是按以下的比例 1：2：4：10：10。這就是說，第4、5類應用是大量的，約占測量控制要求的74%。諸如機械設備的狀態（振動、溫度、壓力等）監控；過程設備的性能（熱交換、環境狀態、機械運行狀態）監控等。第三類應用（開環控制）也有需求。至于第2類和慢速第1類應用，將隨著用戶不斷取得經驗，在對傳輸延遲、信息安全和穩健性等有更好的解決方案后，會逐漸被應用。從無線工業應用技術的發展來看，目前已可滿足3類、4類和5類應用要求，也有了一些規模較小的應用實踐。
近些年來，國外一些技術調查和咨詢公司發表的有關無線工業應用的市場預測報告，也與上述觀點一致，認為目前工業無線主要的應用集中在監控類應用這一觀點。
從技術上講，WireleessHART多年前就認證它構成閉環控制的可行性。在去年一些專業雜志也見到SP100.11a應用于閉環控制的論文。值得高興的是，基于WIA-PA無線標準的產品在2011年已經用于實際的化工企業的閉環控制回路。
在一個相當長的時間內無線的工業應用主要歸于SP100中規定的第四類和第五類。我認為主要原因在于：從技術上講，無線短程網技術在毫秒級的實時傳輸、安全性和可靠性三方面尚未能全面滿足控制要求，也許要解決這些問題還要相當長的路要走；從認識上講，無線技術應該是無線通信技術的重要補充，不太可能完全替代；從市場上講，占現有工業自動化市場約74%份額的監控無線應用，以及未來即將開辟的新應用領域（如各種節能的領域），應該說市場空間很大，還有大量的工作要做，值得供應商、系統集成公司和最終用戶去挖掘。
摘自《自動化博覽》2012年第三期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號