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上海工業(yè)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(yè)自動化界僅在工業(yè)通信領域就先后經歷了所謂現(xiàn)場總線之爭、工業(yè)以太網(wǎng)之爭，以及最近幾年來的工業(yè)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(xiàn)實狀況看，工業(yè)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(yè)應用的需要而開發(fā)的。此外，數(shù)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(fā)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(xiàn)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(yè)無線標準在內的各種工業(yè)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(xiàn)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(tǒng)能夠占領較多的市場份額，這取決于產品的開發(fā)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(tǒng)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(fā)動，到掀起無線工業(yè)應用技術研發(fā)熱潮的過程中，一直圍繞制定相關的國際工業(yè)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(guī)范），以及由中國工業(yè)無線聯(lián)盟提出的WIA-PA，從流程工業(yè)現(xiàn)場級的無線應用所規(guī)范的標準中脫穎而出，成為獲得國際認可的三大工業(yè)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(wǎng)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(tǒng)一，獲得了廣泛支持，不僅滿足了無線傳感器網(wǎng)絡的基本要求，并且還有大量的射頻芯片、模塊、產品，以至協(xié)議棧軟件開發(fā)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(fā)和應用。
為了能對這三種無線工業(yè)協(xié)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(yè)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(guī)范了有線工業(yè)網(wǎng)絡接入無線網(wǎng)絡的支持，盡管目前尚在實現(xiàn)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(yè)基礎好，開發(fā)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(xiàn)，或者說是標準的一個子集。
WIA-PA作為我國自己開發(fā)的無線標準，其優(yōu)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(yè)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(xiàn)。
圖1 無線HART為一層全網(wǎng)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(yè)中應用的未來？
彭瑜：工業(yè)領域涵蓋極其廣泛的應用范圍，而無線技術的工業(yè)應用只是在近幾年才引起重視，其技術的發(fā)展雖然已成熱點，但其實際的狀況只能說是處于漸進發(fā)展和積累經驗的階段。按現(xiàn)今工業(yè)自動化業(yè)界的共同認識，在工業(yè)自動化和控制環(huán)境中的無線應用劃分為監(jiān)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(xiàn)了這些無線通信應用的時間屬性。安
表2 在工業(yè)自動化和控制環(huán)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(yè)實驗發(fā)現(xiàn)：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(tài)（振動、溫度、壓力等）監(jiān)控；過程設備的性能（熱交換、環(huán)境狀態(tài)、機械運行狀態(tài)）監(jiān)控等。第三類應用（開環(huán)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(wěn)健性等有更好的解決方案后，會逐漸被應用。從無線工業(yè)應用技術的發(fā)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(guī)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(fā)表的有關無線工業(yè)應用的市場預測報告，也與上述觀點一致，認為目前工業(yè)無線主要的應用集中在監(jiān)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(huán)控制的可行性。在去年一些專業(yè)雜志也見到SP100.11a應用于閉環(huán)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(yè)的閉環(huán)控制回路。
在一個相當長的時間內無線的工業(yè)應用主要歸于SP100中規(guī)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(wǎng)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(xiàn)有工業(yè)自動化市場約74%份額的監(jiān)控無線應用，以及未來即將開辟的新應用領域（如各種節(jié)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(tǒng)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