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                   霍尼韋爾（中國）有限公司中國區(qū)無線產(chǎn)品業(yè)務(wù)經(jīng)理  江天生

    ■ 無線干擾嚴(yán)重，工業(yè)用戶如何能夠放心使用？

   江天生：為了保證工業(yè)用戶成功應(yīng)用工業(yè)無線儀表系統(tǒng)，必須要確保其工業(yè)等級的安全和可靠性，確保提供給DCS控制系統(tǒng)或PLC的過程數(shù)據(jù)的實時性和可靠性。目前工業(yè)無線儀表的國際標(biāo)準(zhǔn)如ISA100或WirelessHART等，都對此有著獨特的設(shè)計。霍尼韋爾的工業(yè)無線儀表產(chǎn)品符合ISA100 工業(yè)無線國際標(biāo)準(zhǔn)。

   （1）無線通訊頻段和發(fā)射功率：工業(yè)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(kuò)頻技術(shù)（DSSS）和跳頻技術(shù)（FHSS）。無需重新組態(tài)或人工介入，設(shè)備可自動跳頻。無線儀表的發(fā)射功率采用20dBm（即100毫瓦）；無線設(shè)備有國家無線電管理委員會核準(zhǔn)證。

   （2）可靠性：工業(yè)無線儀表必須確保工業(yè)等級的安全性和可靠性。霍尼韋爾的無線儀表發(fā)射功率為100毫瓦，不會對其它設(shè)備造成影響。其它設(shè)備也不會影響工業(yè)無線儀表的無線通訊，這里的其它設(shè)備主要包括：

   •無線電干擾主要是頻段干擾。如工廠內(nèi)廣泛使用的對講機(jī)（發(fā)射功率為4~5W），但通訊頻段必須是預(yù)先設(shè)定的如409~410MHz。如GSM手機(jī)的發(fā)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(yán)格限制）供電，在工業(yè)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(hù)等安全措施；對于相同的頻段，主要表現(xiàn)為發(fā)射功率的干擾，這時就需要符合國家有關(guān)發(fā)射功率的核準(zhǔn)，以及采用工業(yè)級的可靠性設(shè)計，如Mesh、DSSS跳頻等。

   •工業(yè)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(shè)備產(chǎn)生影響；即使是對其它同樣采用2.4GHz的無線設(shè)備，那么由于設(shè)備無線發(fā)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(shè)備造成影響。

   •其它無線設(shè)備不會影響工業(yè)無線儀表的無線通訊，主要是基于工業(yè)無線設(shè)備的特別設(shè)計，如Mesh、DSSS跳頻、clean channeldetection檢測機(jī)制、數(shù)據(jù)包重傳機(jī)制、自組織自愈合、無線變送器的發(fā)射功率自適應(yīng)功能（adaptive power control），自動選擇最優(yōu)的發(fā)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(shè)計時，如果條件允許，可以在項目設(shè)計前期對現(xiàn)場進(jìn)行簡單的設(shè)計勘測，了解現(xiàn)場的無線通訊頻段使用狀況；了解現(xiàn)場的障礙物分布情況；了解用戶的測點分布、數(shù)據(jù)采集速度、數(shù)據(jù)集成接口等，以便設(shè)計出適合的無線骨干網(wǎng)絡(luò)。充分挖掘和利用OneWireless工業(yè)無線架構(gòu)的冗余多通訊路徑、2.4GHz跳頻通訊、冗余網(wǎng)關(guān)的設(shè)計，確保數(shù)據(jù)采集的可靠。

   所以ISA100等工業(yè)無線國際標(biāo)準(zhǔn)能夠確保工業(yè)等級的可靠性。

   ■ 怎樣才能進(jìn)一步優(yōu)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(yīng)？

   江天生：電池壽命通常與數(shù)據(jù)采集速度、使用環(huán)境溫度、溫度變化、儀表類型、無線通訊的狀態(tài)、無線儀表的類型，以及電池容量相關(guān)。如設(shè)定為1秒的數(shù)據(jù)采集速度時，電池的消耗要比設(shè)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(huán)境條件下壽命更長；無線變送器設(shè)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(jù)工程需要和設(shè)計要求，如通過設(shè)置較慢的數(shù)據(jù)采集速度、無線儀表本身路由功能的開啟等方法進(jìn)行平衡。

   例如Honeywell的無線變送器配置了安全設(shè)計、供電持久的安全電池，在無線變送器的刷新速度設(shè)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(yù)測、報警管理。所以在一般工程環(huán)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(shè)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(shù)據(jù)采集可以設(shè)定為1秒或更慢；可以設(shè)定本身的路由能力或關(guān)閉本身路由功能；無線通訊有自適應(yīng)功率功能自動選擇最優(yōu)的發(fā)射功率等，支持用戶根據(jù)現(xiàn)場工程實際需要，靈活設(shè)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(jīng)過安全設(shè)計的前提下，對無線變送器采用隔爆設(shè)計和本安設(shè)計，使得無線變送器可以應(yīng)用在工廠危險的領(lǐng)域。

   ■ 無線通訊網(wǎng)絡(luò)的后期維護(hù)成本如何？

   江天生： 在后期維護(hù)上，工業(yè)無線方案優(yōu)勢有很多。以符合ISA100標(biāo)注的工業(yè)無線儀表系統(tǒng)為例：

   （1）由于無線架構(gòu)擴(kuò)展非常簡單，能夠大大降低擴(kuò)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(quán)即可。

   （2）無線架構(gòu)本身的后期維護(hù)費用很低，只需維護(hù)無線變送器本身即可，無需擔(dān)心接線進(jìn)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(shù)，充分保護(hù)用戶投資。而且經(jīng)過工廠認(rèn)證的安全電池在國內(nèi)可以采購，能夠進(jìn)一步幫助用戶節(jié)省成本。

   （4）節(jié)省成本還表現(xiàn)在無線網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理上。無線管理平臺可以統(tǒng)一管理整個無線架構(gòu)的安全管理、網(wǎng)絡(luò)管理和設(shè)備管理，而無需構(gòu)建多個管理平臺或外購第三方網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在后期維護(hù)、運行和診斷時非常高效。

   （5）工業(yè)無線架構(gòu)支持無線設(shè)備的在線軟件升級，實現(xiàn)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(hù)費用。

   ■ 無線網(wǎng)絡(luò)以空氣作為傳輸介質(zhì)，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中如何保證信息的安全性？

   江天生：無線網(wǎng)絡(luò)中的安全防護(hù)措施應(yīng)當(dāng)易于部署，維護(hù)簡便，并且能夠提供多層保護(hù)。采用分層的安全措施可以防止多種風(fēng)險，例如：

   （1）位于工廠之外的被動式監(jiān)聽器可讀取和訪問數(shù)據(jù)。為降低這種危險，網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)當(dāng)采用機(jī)密性和加密的消息傳輸。端到端的數(shù)據(jù)加密，意味著數(shù)據(jù)在到達(dá)有線網(wǎng)絡(luò)之前始終是加密的。

   （2）主動式監(jiān)聽器是指可以截獲一個正確的消息然后發(fā)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(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)采用消息完整性和重放保護(hù)機(jī)制，包括時間標(biāo)簽、循環(huán)碼校驗和其它消息標(biāo)記。

   （3）帶病毒的設(shè)備可能會取代合法的無線變送器并不斷向系統(tǒng)發(fā)送錯誤消息。為降低這種風(fēng)險，網(wǎng)絡(luò)采取數(shù)據(jù)源認(rèn)證措施。

   （4）拒絕服務(wù)式攻擊（DoS）。攻擊者將用大量的錯誤消息轟炸系統(tǒng)，使正確消息無法通過網(wǎng)絡(luò)，在事實上中斷所有通過無線網(wǎng)絡(luò)的無線通訊。安全的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)采用認(rèn)證、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、冗余路徑等組合方式來抵抗拒絕服務(wù)式攻擊，通過高性能網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)減輕這種效應(yīng)。

   霍尼韋爾OneWireless無線技術(shù)內(nèi)置多層安全措施，確保在上述情形下達(dá)到工業(yè)等級的安全，還有更為獨特的安全設(shè)計，如：

   （1）無線防火墻/系統(tǒng)集成安全考慮：無線儀表系統(tǒng)工作站有線網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)雙向通過，而網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、網(wǎng)絡(luò)病毒、垃圾信息等都會被OneWireless防火墻隔離開來，確保無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的安全；

   （2）現(xiàn)場無線設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)必須經(jīng)過物理不透明的授權(quán)、端對端的通訊認(rèn)證，通過PDA對無線變送器和多功能節(jié)點通過紅外端口進(jìn)行授權(quán)，無線設(shè)備隨即相互完成認(rèn)證、驗證等功能，開始互相通訊。這個授權(quán)密碼是不透明的，即保證授權(quán)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(yè)無線應(yīng)用方案？

   江天生：實施工業(yè)無線儀表系統(tǒng)是在現(xiàn)有有線的控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步延伸測控的廣度和深度，從而達(dá)到提高工廠安全水平、設(shè)備可靠水平、運行自動化水平及工作效率的目的。工業(yè)無線用戶首先需要確定自己工廠工業(yè)無線儀表應(yīng)用的具體需求。

   評估無線網(wǎng)絡(luò)時，要考慮的關(guān)鍵因素有：

    （1）測點類型：需要采集的數(shù)據(jù)是僅僅包括溫度、壓力、差壓、模擬量、開關(guān)量、HART數(shù)據(jù)、腐蝕、振動，還是也需要支持移動操作、現(xiàn)場巡檢、現(xiàn)場Modbus 設(shè)備無線轉(zhuǎn)接、可燃?xì)怏w監(jiān)測？

    這就關(guān)系到是采用單純的無線儀表網(wǎng)絡(luò)，還是采用無線主干網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)一個無線架構(gòu)的同時支持多種無線應(yīng)用。一般來說，工業(yè)無線技術(shù)不僅限于過程數(shù)據(jù)采集和設(shè)備監(jiān)控，尤其是在評估網(wǎng)絡(luò)的未來應(yīng)用時，在決定無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)如何隨業(yè)務(wù)而擴(kuò)展，并支持多種應(yīng)用時，這是一個需要考慮的關(guān)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(shù)百米的范圍內(nèi)時，可以考慮依靠無線儀表本身的路由來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；如果分布在數(shù)公里或數(shù)十公里的范圍內(nèi)，就需要通過無線主節(jié)點構(gòu)建無線主干網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)無線通訊。還需要考察有沒有測點分布在完全屏蔽的區(qū)域。

   （3）測點數(shù)量：由于一個工業(yè)無線主干網(wǎng)絡(luò)可以支持上千臺無線儀表，所以需要根據(jù)測點的數(shù)量確定無線主干網(wǎng)絡(luò)的無線主節(jié)點的數(shù)量以及網(wǎng)關(guān)的數(shù)量。如一個無線主干網(wǎng)絡(luò)最多可以由40個節(jié)點相互無線通訊來構(gòu)建，每一個節(jié)點都可以帶60臺無線儀表（5s數(shù)據(jù)采集時）或18臺（1s數(shù)據(jù)采集時）；每一個節(jié)點都可以同時作為網(wǎng)關(guān)，可以配置冗余網(wǎng)關(guān)等。

   （4）數(shù)據(jù)采集速度/通訊時間滯后：根據(jù)應(yīng)用場合的工程需要，確定無線儀表的數(shù)據(jù)采集速度是設(shè)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(xiàn)數(shù)據(jù)采集；如果要求高，則需要增加無線節(jié)點設(shè)備的數(shù)量，通過構(gòu)建無線主干網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。

   （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(yīng)當(dāng)否定減少布線帶來的成本節(jié)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(yīng)當(dāng)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(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)刷新速度通常為3至5秒。

    （6）儀表應(yīng)用的環(huán)境和危險區(qū)域：需要考察無線儀表是否可以應(yīng)用在Class 1 Division 1等危險區(qū)域，是否考慮到鋰電池而還要采用隔爆設(shè)計；需要確定無線節(jié)點設(shè)備或網(wǎng)關(guān)是否能夠應(yīng)用在Class 1 Division 1等危險區(qū)域；考察應(yīng)用的環(huán)境溫度、濕度等。

   （7）是否需要在整個無線網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)安全性：無線網(wǎng)絡(luò)中的安全防護(hù)措施應(yīng)易于部署、維護(hù)簡便，并且能夠提供多層保護(hù)。采用分層的安全措施可以防止多種風(fēng)險，確定無線網(wǎng)絡(luò)的安全措施時，應(yīng)當(dāng)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?shù)臄?shù)據(jù)關(guān)鍵程度。對于要求高度安全性的網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)提供強(qiáng)大的加密、健壯的認(rèn)證，以及分層的保護(hù)。系統(tǒng)還應(yīng)提供端到端的數(shù)據(jù)加密，這意味著數(shù)據(jù)在到達(dá)有線網(wǎng)絡(luò)之前始終是加密的。

   （8）同DCS控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成：需要確定無線儀表系統(tǒng)同上位控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成接口，能否同上位控制系統(tǒng)實現(xiàn)真正意義上內(nèi)嵌式數(shù)據(jù)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(tài)、診斷等功能。

   （10）擴(kuò)展性：是否具有擴(kuò)展性，以滿足未來使用需要，及支持多種無線應(yīng)用來擴(kuò)展無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃。

    （11）長期投資和產(chǎn)品前后兼容：采用工業(yè)無線技術(shù)是一項長期的投資，帶來的優(yōu)點遠(yuǎn)不止是提高工廠效率，并且還面向未來的業(yè)務(wù)增長和效率。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)能夠隨業(yè)務(wù)而成長和擴(kuò)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(shù)帶來的優(yōu)點遠(yuǎn)不止是避免布線的成本，還包含對以前難以采集數(shù)據(jù)的地方進(jìn)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(guān)的應(yīng)用中獲益，例如旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動監(jiān)測、安全設(shè)備、移動操作站、訪問實時數(shù)據(jù)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(dá)到最新的軟件版本，否則前期的投資在未來就可能成為負(fù)擔(dān)。

   （12）國際標(biāo)準(zhǔn)：是否符合開放的工業(yè)無線國際標(biāo)準(zhǔn)，支持來自不同廠家的無線儀表的互操作。

   綜上所述，應(yīng)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(dāng)?shù)臒o線技術(shù)，以滿足當(dāng)前和未來應(yīng)用的需求。