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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(biāo)準(zhǔn)之間的紛爭，對于用戶有何利弊？目前主流的三大標(biāo)準(zhǔn)，您認為各自適合怎樣的應(yīng)用需求？

   彭瑜：首先我認為“多種標(biāo)準(zhǔn)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(jì)90年代以來，國際和國內(nèi)工業(yè)自動化界僅在工業(yè)通信領(lǐng)域就先后經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)之爭。爭論的結(jié)果呢？從來沒有形成過某一標(biāo)準(zhǔn)勝出而其它標(biāo)準(zhǔn)淘汰的結(jié)局。為什么？從現(xiàn)實狀況看，工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)不是一種強制性標(biāo)準(zhǔn)，而且都是針對某個或某些工業(yè)應(yīng)用的需要而開發(fā)的。此外，數(shù)字通信技術(shù)體系比模擬通信技術(shù)體系復(fù)雜得多，在每個有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的各種工業(yè)體系標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍、特點和長處，以及應(yīng)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(yīng)用取得較好的效果。

   既然同一應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)多種國際標(biāo)準(zhǔn)是不可避免的狀況，那么在市場競爭中哪一種標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和系統(tǒng)能夠占領(lǐng)較多的市場份額，這取決于產(chǎn)品的開發(fā)和批量生產(chǎn)的成熟程度，以及支持這種標(biāo)準(zhǔn)的具有國際品牌的自動化公司，和他們?nèi)绾卧谧约旱淖詣踊到y(tǒng)中應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)的無線產(chǎn)品的總體部署等因素。進入21世紀(jì)，在從醞釀、發(fā)動，到掀起無線工業(yè)應(yīng)用技術(shù)研發(fā)熱潮的過程中，一直圍繞制定相關(guān)的國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而展開激烈的競爭。迄今為止，以美國Honeywell公司主導(dǎo)的SP100.11a（美國ISA學(xué)會的標(biāo)準(zhǔn)）、以美國Emerson Process公司主導(dǎo)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(yīng)用所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)中脫穎而出，成為獲得國際認可的三大工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)。

   應(yīng)該指出的是，以上三個標(biāo)準(zhǔn)其物理層毫無例外都采用無線個域網(wǎng)WPAN標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.15.4，這是因為這個基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)以其技術(shù)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(luò)的基本要求，并且還有大量的射頻芯片、模塊、產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)進行進一步廣泛而深入的開發(fā)和應(yīng)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(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)，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(luò)接入無線網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)的商品化比較成熟，這是他們的儀表工業(yè)基礎(chǔ)好，開發(fā)資金充裕，批量生產(chǎn)的經(jīng)驗豐富所致。在這一點上WIA-PA還有很長的路要走。不過應(yīng)該指出，Honeywell公司目前推出的無線產(chǎn)品系列OneWireless雖然基于SP100.11a標(biāo)準(zhǔn)，但只能說是對標(biāo)準(zhǔn)的部分實現(xiàn)，或者說是標(biāo)準(zhǔn)的一個子集。

   WIA-PA作為我國自己開發(fā)的無線標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)越性不言而喻。它有豐富的實踐基礎(chǔ)，成本低于上述兩個標(biāo)準(zhǔn)的無線產(chǎn)品，符合我國中小型企業(yè)的需求。隨著時間的推移和技術(shù)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(jié)構(gòu)^[7]  
 
                     

                    圖3 WIA-PA為兩層拓撲結(jié)構(gòu)（Mesh+Cluster）  

   ■ 該如何看待無線技術(shù)在流程工業(yè)中應(yīng)用的未來？

   彭瑜：工業(yè)領(lǐng)域涵蓋極其廣泛的應(yīng)用范圍，而無線技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用只是在近幾年才引起重視，其技術(shù)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(jīng)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(yīng)用劃分為監(jiān)控、控制和安全應(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)用
  
             

   早在2007年以前，英國石油公司（BP）經(jīng)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(yīng)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(yīng)用是大量的，約占測量控制要求的74%。諸如機械設(shè)備的狀態(tài)（振動、溫度、壓力等）監(jiān)控；過程設(shè)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(yīng)用（開環(huán)控制）也有需求。至于第2類和慢速第1類應(yīng)用，將隨著用戶不斷取得經(jīng)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(yīng)用。從無線工業(yè)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展來看，目前已可滿足3類、4類和5類應(yīng)用要求，也有了一些規(guī)模較小的應(yīng)用實踐。

   近些年來，國外一些技術(shù)調(diào)查和咨詢公司發(fā)表的有關(guān)無線工業(yè)應(yīng)用的市場預(yù)測報告，也與上述觀點一致，認為目前工業(yè)無線主要的應(yīng)用集中在監(jiān)控類應(yīng)用這一觀點。

   從技術(shù)上講，WireleessHART多年前就認證它構(gòu)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(yīng)用于閉環(huán)控制的論文。值得高興的是，基于WIA-PA無線標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品在2011年已經(jīng)用于實際的化工企業(yè)的閉環(huán)控制回路。

   在一個相當(dāng)長的時間內(nèi)無線的工業(yè)應(yīng)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(shù)上講，無線短程網(wǎng)技術(shù)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(dāng)長的路要走；從認識上講，無線技術(shù)應(yīng)該是無線通信技術(shù)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?zé)o線應(yīng)用，以及未來即將開辟的新應(yīng)用領(lǐng)域（如各種節(jié)能的領(lǐng)域），應(yīng)該說市場空間很大，還有大量的工作要做，值得供應(yīng)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