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菲尼克斯工業通訊產品高級市場工程師 張宏濤


摩莎科技（上海）有限公司無線產品經理 鄧波



美國邦納工程國際有限公司產品部高級產品專員 黃胡清

 

美國紅獅控制通訊與無線產品專家王凱

 

    如今，中國的無線通訊技術在工業領域運用越來越廣，從原來的有線傳輸轉化為無線傳輸是一種質的飛躍，同時也體現出我國通訊事業未來的發展趨勢。未來工廠中的機器設備將通過網絡連接在一起，利用自動化軟件實現可視化管理。其中重要的一環就是要實現智能制造設備的互聯互通，無線技術作為有線通訊的一種補充方式，在快速互聯以及布線有難度或成本較高的場合體現出了操作簡便、易于使用和免維護的特點。數據顯示，未來3年全球工業以太網和工業無線通訊市場的年均增長率為35%，這表明工業通訊與無線技術逐漸步入自動化行業的主流之列。高速發展的中國自動化市場將推動無線通訊技術走得更遠。

    自動化博覽：貴公司為用戶提供的“工業通訊與無線技術”產品有哪些？有何獨特的優勢？

    張宏濤：菲尼克斯電氣不僅是工業通訊與無線技術產品的供應商，更是一家可以提供包括PLC、I/O、觸摸屏、軟件等產品在內的自動化公司。我們深刻地了解自動化應用中對于工業通訊與無線技術的需求，針對性地開發了一些有特色的產品。對于工業無線通訊產品如WLAN產品，菲尼克斯電氣的產品具有支持主流工業以太網協議（如Profinet、EtherNet/IP），設備可以集群管理、數據高速通訊、工作溫度寬等特點。

    鄧波：Moxa已在工業無線領域深耕多年，提供了諸多可靠性高、技術領先的產品和解決方案。由于工業環境通常非常惡劣，必須承受水、灰塵、電磁干擾/噪聲和極端溫度等諸多考驗。為了迎接這些挑戰，Moxa的戶外無線設備AWK系列支持IP68等級，具有-40℃~75℃的寬溫設計。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EN61000-6-2標準以及石油天然氣行業的ATEX Zone 2和UL C1D2標準（AWK-3121），在惡劣的環境中可以為客戶搭建一個安全可靠的無線局域網。安全降低網絡切換時間是對無線局域網的一個基本要求，Moxa創新的無線漫游技術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無線解決方案，可為各種工業應用提供基于無線網絡的視頻傳輸。Moxa高帶寬工業無線產品采用工業等級設計，具有低延時、無縫漫游等特點，包括支持802.11n的無線局域網，以及滿足HSPA的無線廣域網解決方案，特別適用于對帶寬有迫切需要的應用，如網絡監控或視頻傳輸等。

    黃胡清：邦納電子是全球頂尖的自動化技術專家和整體解決方案提供者。公司擁有四十多年的產品研發經驗，邦納推出的無線通訊產品具有如下五點優勢：（1）采用私有網絡協議，最大程度保證了網絡安全；（2）采用跳頻擴頻技術，保證網絡具備優良的抗干擾能力；（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，十幾分鐘內即可快速組網。

    王凱：紅獅旗下的Sixnet RAM9000無線蜂窩RTU，高度集成4G網絡、GPRS/EDGE和TCP/IP技術，可實現點對點、點對多點等靈活無線組網方式；通訊距離長，可用于各種惡劣的工業現場；內置防火墻，支持為用戶數據提供VPN和透明傳輸通道，提供各種路由協議；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在內的各種無線Wi-Fi協議，擁有3×3 MIMO天線，傳輸距離長，穿透力強。還支持WDS傳輸模式、WPA/WPA2加密模式、ACL、遠程接入。

    自動化博覽：貴公司的產品目前主要應用在那些行業？請簡單介紹一個貴公司在“工業通訊與無線技術”領域的成功案例。

    鄧波：Moxa工業無線產品在很多領域都有廣泛應用，如無線行車、AVG小車、機床監控等工廠自動化的應用。

    在AGV（自動導引車）系統中Moxa的AWK-1121/1127系列產品發揮著重要的作用。隨著現代倉儲管理系統的不斷提升，工程人員采用大量的AGV（自動導引車）來替代傳統的人工叉車，這樣可以降低運營成本，也會大大提升效率。為了確保操作運營的可靠性，工程人員要對整個倉庫中的AGV進行管理和監控，于是他們采用了一種自動識別和數據采集（AIDC）技術，通過WLAN網絡實現該功能。為了導航和監控無人AGV在工作區通道上的行進情況，必須通過車載傳感器和收發器進行不間斷地數據采集和發送。在如此狹小空間的AGV上裝有20多個傳感器和控制器，在系統設計時，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級無線客戶端。產品設計緊湊，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AGV數據的無線通訊。除此之外，AWK-1121/1127系列還支持802.11a/b/g標準，以及Moxa專利的Turbo Roaming?快速漫游切換技術，可在100ms內實現快速切換。產品還具有工業級IP30外殼，可適用于惡劣的工業環境。只需在AGV上安裝一臺AWK-1121，工程人員可以遠程控制AGV的行駛、存儲和檢索貨品，整個過程非常可靠穩定，可以創建一個更靈敏、更高效的倉儲維護系統。王凱：紅獅的無線產品在石油石化、水利、電力調度、市政、冶金等行業廣泛使用。

    一個知名汽車廠商選用了紅獅N-Tron702無線以太網設備，用于建立工廠生產和調度系統、倉庫部件傳送系統、用于傳送部件到生產線的自動導引車系統之間的通信。在組裝點上需要的部件必須同步匹配到可供選擇的產品零件型號。電氣噪音、極端震動和溫度需求，包括此類應用的數據帶寬需求，都是目前市場中大部分無線設備所無法達到的。紅獅N-Tron702-W IEEE 802.11n無線設備使用多入多出/空分復用型（MIMO/SDM）3根天線，能夠安全保障此類應用的環境和帶寬需求。并且降低了線纜的費用，部署簡單，滿足實時數據需求以及設備的機動性。

    黃胡清：邦納能夠快速響應客戶需求，并提供定制化服務。提供以無線為核心，整合周邊設備的集成化服務。目標客戶涉及石化、冶金、材料、水處理、重型機械以及汽車等。

    目前國家大力推行企業節能減排，企業也逐漸意識到在生產過程中節約能源消耗對于降低產品成本的重要性。由于企業的電表、水表、氣表分散在廠區的各個不同位置，為了將這些信號采集并統一監控，就必須因地制宜設計線纜鋪設走向。由于廠區面積達到十幾平方公里，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濟的方法，此時利用無線方式是一個不錯的選擇。在西部地區的一個工廠內已經使用了邦納無線網絡來監視全廠主要供水管網中的流量，以便做到科學預結算。操作使用簡便，可快速組網，抗干擾能力強是邦納無線的優勢。與有線方式相比，無線方案幫助用戶節省了將近55%的預算。

    張宏濤：菲尼克斯電氣的無線產品和技術目前在電力、水泥、冶金、港口、物流倉儲、風電、石化、汽車等行業及領域都得到了廣泛的應用，并且獲得了眾多客戶的好評。

    在物流倉儲行業，菲尼克斯電氣的WLAN5100作為無線通訊設備成功地應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，當設備運行的時候，地面控制中心、軌道車、升降機三者之間需要進行高速通訊。傳統的解決方案是采用滑觸線或者柔性電纜的方法進行通訊，但無論是滑觸線還是柔性電纜都需要增加特殊的機械結構，并且維護起來都非常麻煩，在冷庫的低溫環境特性下，維護的難度及成本會更高。客戶選用了菲尼克斯電氣的WLAN5100作為無線通訊設備，其優良特性給客戶帶來了眾多收益，如WLAN5100在設備安裝及調試好之后不需要維護，大大降低了設備使用中的維護成本；WLAN510最低-40℃的工作溫度，無懼冷庫中的低溫環境，避免無線設備被凍壞而造成非正常的設備停機損失；300Mbps的高速帶寬以及對工業以太網協議的支持使WLAN5100對高速通訊應付自如，設備可以高節拍運行，大大提高了生產效率。

    自動化博覽：無線技術在工業應用領域日漸成熟，您認為工業通訊與無線技術發展的主要驅動力是什么？

    黃胡清：制造成本的提高呼喚自動化，要求自動化設備高可靠性和免維護。換言之就是設備開機率要高。而有線網絡連接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據傳輸方式。很好地滿足了以上應用要求。

    企業快速運營決策的需要。決策來自于對現場一手數據的及時獲取，而面對生產現場海量的數據，傳統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。通訊方式下的數據都是以兆、百兆，甚至千兆計算的。

    快速移動互聯，信息化社會，一切都處于動態運行中。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：高速發展的廣闊市場是工業通訊與無線技術發展的驅動力。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、生產、推廣、應用。應用成功了，則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，工業通訊與無線技術就會繼續高速向前發展。

    王凱：無線協議的逐步成熟、無線設備數量和種類的激增、接入技術不斷改進、費用的降低等，在這些因素的推動下，無線應用的市場已經愈發完善，很多無線設備制造商躍躍欲試，同時無線服務業務也被大力推進擴展。以太網、互聯網等網絡架構已越來越廣泛地應用于自動化工業領域。

    自動化博覽：您認為在中國自動化領域開拓工業通訊和無線技術市場還面臨哪些挑戰？如何應對？

    黃胡清：目前無線傳感器網絡技術在實際應用過程中，主要存在著以下制約因素，成本：傳感器網絡節點的成本是制約其大規模廣泛應用的重要因素，需根據具體應用的要求均衡成本、數據精度及能量供應時間；功耗：大部分的應用領域需要網絡采用一次性獨立供電系統，因此要求網絡工作能耗低，延長網絡的生命周期，這是擴大應用的重要因素；認知：用戶對應用環境與無線信號變化之間的關系不理解，會影響到對無線工作穩定性的判斷。邦納公司致力于在未來的研究中克服這些因素，使網絡可以應用到更多的領域。

    張宏濤：主要問題在于人們對工業通訊與無線技術還不是非常的熟悉，并且對于具體的應用還不是非常有經驗。所以目前需要解決的關鍵問題一個是加大工業通訊和無線技術的市場推廣力度，使大家更加熟悉和了解這個技術；另外一個是工業通訊與無線技術在各個現場的應用經驗還不是非常豐富，需要持續不斷的積累。

    鄧波：無線網絡所提供的網絡服務非常有效，但它較易受環境干擾，導致數據包丟失過多，重傳頻繁，因此無法應用在那些對網絡延遲較敏感的行業中。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/RFI（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。為了解決此類問題，Moxa推出了雙射頻解決方案，可以實質性地消除無線干擾對通訊的影響，隨機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控系統的連接安全性，傳輸速率應達到數兆。由于無線的干擾，實時監控過程中會發生跳幀，屏幕卡死或連接中斷等不良現象。Moxa的無線AP產品通過了國際網絡安全協會的SafetyNet p認證，提供冗余的無線鏈路，保證實時以太網連接。兩個獨立的RF模塊可以冗余地同時傳輸數據，消除頻段切換時數據丟包的可能性，重發數據包的請求頻率也顯著降低。此外，Moxa的無線設置支持RSTP協議的網絡冗余，電源輸入和PoE功能則實現了電源冗余。正因為具有多種冗余機制，可以確保網絡隨時在線。

    自動化博覽：您對中國工業通訊與無線技術市場的發展有怎樣的預期？貴公司未來的發展方向是什么？

    王凱：中國的無線通訊技術在工業領域的運用越來越廣，從原來的有線傳輸轉化為無線傳輸是一種質的飛躍，同時也體現出我國通訊事業的發展趨勢。在全面運用通訊技術的同時要做好各項準備工作，做好通訊技術和模式的改革。工廠無線通訊的發展前景良好，國內業界應該更緊密地關注該項技術，進行更好的運用和發展，也能促進我國工業行業的長足發展。

    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、網絡管理以及與其它移動通信系統之間的關系等問題上。其發展方向有：更高的通訊速率；進一步提高頻譜利用率，增加覆蓋范圍；與其他無線協議融合，支持高速、移動接入。現場總線的無線傳輸的可行性正在評估，無線通訊技術將會和現場總線技術更加緊密結合。

    鄧波：縱觀測控系統網絡化的發展歷程，從儀表電氣、現場總線、工業以太網到無線網絡，我們可以注意到目前無線融入技術與有線—無線異構網絡成為測控網絡化的發展趨勢，而這也從一方面助推著物聯網在工業領域的深化發展。無線通訊技術能夠在工廠環境下，為各種智能現場設備、移動機器人以及各種自動化設備之間的通信提供高寬帶的無線數據鏈路和靈活的網絡拓撲結構。目前，無線通訊技術已經從最初的作為有線技術的補充發展為無線有線共存，最終將會發展到實現感知網絡，實現工業環境下的物聯網世界。物聯網的興起為無線技術帶來了新的發展機遇。

    Moxa已在工業無線領域深耕多年，提供了諸多高可靠的領先產品和解決方案。越來越多的熱點被部署在工業現場，且需要基于無線網絡提供視頻傳輸的視頻監控系統。這對操作人員帶來更高的要求，因為他們不僅要關注支持高帶寬的無線設備，如802.11n或HSPA產品，還需要考慮構建一個穩定可靠的工業無線網絡。為了實現這一點，無線設備必須提供實時通信以及無縫漫游切換的功能，且需要具備工業等級的設計，以滿足工業環境的苛刻需求，Moxa的產品可以實現這一切。

    黃胡清：工廠自動化正步入快速發展階段，各種工業總線和工業以太網技術越來越被用戶所了解并使用。積累了大量的成功應用經驗，并且從中受益。無線技術作為有線通訊的一種補充方式，在快速互聯以及布線有難度或成本較高的場合體現出了操作簡便，易于使用和免維護的特點。在過程自動化行業，盡管有部分企業使用了工業總線通訊，但是大部分出于安全考慮依舊以傳統的導線傳送信號，這預示著中國的無線技術市場還有十分廣闊的發展空間。倡導有限度地提供以無線為核心、整合周邊設備的集成化服務將是邦納未來的發展方向。

    摘自《自動化博覽》3月刊