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霍尼韋爾（中國）有限公司中國區無線產品業務經理 江天生
■ 無線干擾嚴重，工業用戶如何能夠放心使用？
江天生：為了保證工業用戶成功應用工業無線儀表系統，必須要確保其工業等級的安全和可靠性，確保提供給DCS控制系統或PLC的過程數據的實時性和可靠性。目前工業無線儀表的國際標準如ISA100或WirelessHART等，都對此有著獨特的設計。霍尼韋爾的工業無線儀表產品符合ISA100 工業無線國際標準。
（1）無線通訊頻段和發射功率：工業無線儀表采用2.4GHz全世界公用頻段（ISM，2400 至 2482.4 MHz) ，并使用直接序列擴頻技術（DSSS）和跳頻技術（FHSS）。無需重新組態或人工介入，設備可自動跳頻。無線儀表的發射功率采用20dBm（即100毫瓦）；無線設備有國家無線電管理委員會核準證。
（2）可靠性：工業無線儀表必須確保工業等級的安全性和可靠性。霍尼韋爾的無線儀表發射功率為100毫瓦，不會對其它設備造成影響。其它設備也不會影響工業無線儀表的無線通訊，這里的其它設備主要包括：
•無線電干擾主要是頻段干擾。如工廠內廣泛使用的對講機（發射功率為4~5W），但通訊頻段必須是預先設定的如409~410MHz。如GSM手機的發射功率一般在幾百毫瓦至1瓦等，采用的頻段是900MHz。由于采用了鋰電池（危險品，航空運輸嚴格限制）供電，在工業使用場合，需考慮因使用鋰電池可能帶來的安全隱患，所以需要采用本安和隔爆雙重安全保護等安全措施；對于相同的頻段，主要表現為發射功率的干擾，這時就需要符合國家有關發射功率的核準，以及采用工業級的可靠性設計，如Mesh、DSSS跳頻等。
•工業無線儀表采用2.4GHz公用頻段，不會對使用其它頻段的無線設備產生影響；即使是對其它同樣采用2.4GHz的無線設備，那么由于設備無線發射功率非常小（20dBm，即100毫瓦），而且每次通訊速度快（15ms，即每次占用的時間片很小），也不會對其它無線設備造成影響。
•其它無線設備不會影響工業無線儀表的無線通訊，主要是基于工業無線設備的特別設計，如Mesh、DSSS跳頻、clean channeldetection檢測機制、數據包重傳機制、自組織自愈合、無線變送器的發射功率自適應功能（adaptive power control），自動選擇最優的發射功率如5毫瓦、10毫瓦等，最多100毫瓦。
（3）工程實踐：一般工程設計時，如果條件允許，可以在項目設計前期對現場進行簡單的設計勘測，了解現場的無線通訊頻段使用狀況；了解現場的障礙物分布情況；了解用戶的測點分布、數據采集速度、數據集成接口等，以便設計出適合的無線骨干網絡。充分挖掘和利用OneWireless工業無線架構的冗余多通訊路徑、2.4GHz跳頻通訊、冗余網關的設計，確保數據采集的可靠。
所以ISA100等工業無線國際標準能夠確保工業等級的可靠性。
■ 怎樣才能進一步優化電池供電無線儀表的電池壽命，以確保長時間的電源供應？
江天生：電池壽命通常與數據采集速度、使用環境溫度、溫度變化、儀表類型、無線通訊的狀態、無線儀表的類型，以及電池容量相關。如設定為1秒的數據采集速度時，電池的消耗要比設置為5秒刷新速度時快；常溫25℃恒溫條件下的電池使用壽命肯定比惡劣環境條件下壽命更長；無線變送器設置本身的路由功能時會消耗更多的電池；19Ah容量的D號電池要比8.5Ah容量的C號電池使用時間長等。所以需要根據工程需要和設計要求，如通過設置較慢的數據采集速度、無線儀表本身路由功能的開啟等方法進行平衡。
例如Honeywell的無線變送器配置了安全設計、供電持久的安全電池，在無線變送器的刷新速度設定為1秒時常溫下電池壽命為4.5年；5秒刷新時為10年，而且電源可智能預測、報警管理。所以在一般工程環境下，可以保證至少2年左右的電池壽命。
而且，Honeywell的無線變送器設計非常巧妙，可以選型為本地外部24VDC供電或電池供電；無線變送器的數據采集可以設定為1秒或更慢；可以設定本身的路由能力或關閉本身路由功能；無線通訊有自適應功率功能自動選擇最優的發射功率等，支持用戶根據現場工程實際需要，靈活設計適合的解決方案。
同時由于電池本身是高能量物品，因此在確保電池必須經過安全設計的前提下，對無線變送器采用隔爆設計和本安設計，使得無線變送器可以應用在工廠危險的領域。
■ 無線通訊網絡的后期維護成本如何？
江天生： 在后期維護上，工業無線方案優勢有很多。以符合ISA100標注的工業無線儀表系統為例：
（1）由于無線架構擴展非常簡單，能夠大大降低擴展時的投資，可以很方便的把無線變送器安裝在新增測點處，授權即可。
（2）無線架構本身的后期維護費用很低，只需維護無線變送器本身即可，無需擔心接線進水、連接松動、電纜損壞等。
（3）無線變送器電池壽命長，能夠幫助用戶減少更換電池的次數，充分保護用戶投資。而且經過工廠認證的安全電池在國內可以采購，能夠進一步幫助用戶節省成本。
（4）節省成本還表現在無線網絡的統一管理上。無線管理平臺可以統一管理整個無線架構的安全管理、網絡管理和設備管理，而無需構建多個管理平臺或外購第三方網絡架構，在后期維護、運行和診斷時非常高效。
（5）工業無線架構支持無線設備的在線軟件升級，實現前后兼容；支持互操作，也能夠幫助用戶降低總體擁有成本，降低后期維護費用。
■ 無線網絡以空氣作為傳輸介質，在數據傳輸的過程中如何保證信息的安全性？
江天生：無線網絡中的安全防護措施應當易于部署，維護簡便，并且能夠提供多層保護。采用分層的安全措施可以防止多種風險，例如：
（1）位于工廠之外的被動式監聽器可讀取和訪問數據。為降低這種危險，網絡中應當采用機密性和加密的消息傳輸。端到端的數據加密，意味著數據在到達有線網絡之前始終是加密的。
（2）主動式監聽器是指可以截獲一個正確的消息然后發送一個錯誤的消息、更改真實的消息、或者重放過去的消息。為了避免這種情況，網絡應當采用消息完整性和重放保護機制，包括時間標簽、循環碼校驗和其它消息標記。
（3）帶病毒的設備可能會取代合法的無線變送器并不斷向系統發送錯誤消息。為降低這種風險，網絡采取數據源認證措施。
（4）拒絕服務式攻擊（DoS）。攻擊者將用大量的錯誤消息轟炸系統，使正確消息無法通過網絡，在事實上中斷所有通過無線網絡的無線通訊。安全的網絡應當采用認證、網狀網絡、冗余路徑等組合方式來抵抗拒絕服務式攻擊，通過高性能網狀網絡架構減輕這種效應。
霍尼韋爾OneWireless無線技術內置多層安全措施，確保在上述情形下達到工業等級的安全，還有更為獨特的安全設計，如：
（1）無線防火墻/系統集成安全考慮：無線儀表系統工作站有線網絡之間的連接采用即插即用的OneWireless無線防火墻。無線防火墻只允許無線I/O數據雙向通過，而網絡風暴、網絡病毒、垃圾信息等都會被OneWireless防火墻隔離開來，確保無線網絡和有線網絡的安全；
（2）現場無線設備加入網絡必須經過物理不透明的授權、端對端的通訊認證，通過PDA對無線變送器和多功能節點通過紅外端口進行授權，無線設備隨即相互完成認證、驗證等功能，開始互相通訊。這個授權密碼是不透明的，即保證授權過程簡單、方便；同時確保保密和安全。
■ 用戶如何選擇最為適合的工業無線應用方案？
江天生：實施工業無線儀表系統是在現有有線的控制網絡基礎上，進一步延伸測控的廣度和深度，從而達到提高工廠安全水平、設備可靠水平、運行自動化水平及工作效率的目的。工業無線用戶首先需要確定自己工廠工業無線儀表應用的具體需求。
評估無線網絡時，要考慮的關鍵因素有：
（1）測點類型：需要采集的數據是僅僅包括溫度、壓力、差壓、模擬量、開關量、HART數據、腐蝕、振動，還是也需要支持移動操作、現場巡檢、現場Modbus 設備無線轉接、可燃氣體監測？
這就關系到是采用單純的無線儀表網絡，還是采用無線主干網絡，實現一個無線架構的同時支持多種無線應用。一般來說，工業無線技術不僅限于過程數據采集和設備監控，尤其是在評估網絡的未來應用時，在決定無線網絡應如何隨業務而擴展，并支持多種應用時，這是一個需要考慮的關鍵因素。
測點的測量精度也可以一并考慮。
（2）測點分布：測點分布在數百米的范圍內時，可以考慮依靠無線儀表本身的路由來實現數據采集；如果分布在數公里或數十公里的范圍內，就需要通過無線主節點構建無線主干網絡來實現無線通訊。還需要考察有沒有測點分布在完全屏蔽的區域。
（3）測點數量：由于一個工業無線主干網絡可以支持上千臺無線儀表，所以需要根據測點的數量確定無線主干網絡的無線主節點的數量以及網關的數量。如一個無線主干網絡最多可以由40個節點相互無線通訊來構建，每一個節點都可以帶60臺無線儀表（5s數據采集時）或18臺（1s數據采集時）；每一個節點都可以同時作為網關，可以配置冗余網關等。
（4）數據采集速度/通訊時間滯后：根據應用場合的工程需要，確定無線儀表的數據采集速度是設定為1秒還是5秒？通訊時間滯后是否要求小于250毫秒？如果要求不高，則可以通過儀表本身的路由來實現數據采集；如果要求高，則需要增加無線節點設備的數量，通過構建無線主干網絡來實現。
（5）無線變送器的電池壽命是否滿足長時間供電的要求：更換電池的費用并不應當否定減少布線帶來的成本節約，但是畢竟也是考慮因素之一。市場上很多廠商提供的電池壽命都是極低刷新速度下的電池壽命。了解到這一點后，用戶就應當選擇自己所需的刷新速度并詢問在該刷新速度下的電池壽命。業內的標準刷新速度通常為3至5秒。
（6）儀表應用的環境和危險區域：需要考察無線儀表是否可以應用在Class 1 Division 1等危險區域，是否考慮到鋰電池而還要采用隔爆設計；需要確定無線節點設備或網關是否能夠應用在Class 1 Division 1等危險區域；考察應用的環境溫度、濕度等。
（7）是否需要在整個無線網絡中實現端到端的數據安全性：無線網絡中的安全防護措施應易于部署、維護簡便，并且能夠提供多層保護。采用分層的安全措施可以防止多種風險，確定無線網絡的安全措施時，應當考慮到工廠和管道的位置、因安全破壞造成的潛在危害、以及傳輸的數據關鍵程度。對于要求高度安全性的網絡，系統應當提供強大的加密、健壯的認證，以及分層的保護。系統還應提供端到端的數據加密，這意味著數據在到達有線網絡之前始終是加密的。
（8）同DCS控制系統的數據集成：需要確定無線儀表系統同上位控制系統的數據集成接口，能否同上位控制系統實現真正意義上內嵌式數據集成等。
（9）無線管理工具：需要考察無線儀表的管理工具是否使用方便，是否具有在線組態、診斷等功能。
（10）擴展性：是否具有擴展性，以滿足未來使用需要，及支持多種無線應用來擴展無線網絡的規劃。
（11）長期投資和產品前后兼容：采用工業無線技術是一項長期的投資，帶來的優點遠不止是提高工廠效率，并且還面向未來的業務增長和效率。工業無線網絡架構應能夠隨業務而成長和擴展，因此必須考慮到從安裝到支持未來需要的總體成本。
無線技術帶來的優點遠不止是避免布線的成本，還包含對以前難以采集數據的地方進行實時訪問，以及提高員工效率和安全性等。此外工廠還能從可靠性相關的應用中獲益，例如旋轉設備的振動監測、安全設備、移動操作站、訪問實時數據的手持終端和無線視頻等。
另外無線儀表是否支持前后兼容，能否在線軟件升級以達到最新的軟件版本，否則前期的投資在未來就可能成為負擔。
（12）國際標準：是否符合開放的工業無線國際標準，支持來自不同廠家的無線儀表的互操作。
綜上所述，應該最初在項目前期階段就找到這些問題的答案，從而保證選擇適當的無線技術，以滿足當前和未來應用的需求。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號