艾默生

概述

    请想象一下，当您乔迁新居，要将电器的电源插头插进墙上插座里去，结果却发现根本不能匹配时是什么感受。应该感谢几十年之前设立的电气标准，发生这种事情的可能性已经很少了。其他还有一些标准也在为我们服务，比如我们可以跟与不同网络服务商打交道的朋友相互发送邮件；可以使用某个制造商提供的测量变送器，而使用另一个制造商提供的控制系统。

    标准指的是一系列的特性或者量，用以定义某个产品、过程、服务、界面或者材料的特征。 可能您早已对过程工业的许多标准耳熟能详，例如用于为现场设备通信服务的4－20mA标准、基金会现场总线和HART标准等等。

    但是，大多数人对无线技术的标准都不是太熟悉――尤其对那些直接用于过程工业用途的标准而言。这毫不奇怪，因为这些标准正在发展之中。 标准的创立是一个充满艰辛的工作，常常需要数年时间方可完成。在标准完成发布之前，局外人常常对这些正在开发的标准到底是什么感到困惑，也不知道应该如何应对才好。

    本课程的着眼点，就是帮您释疑解惑。您将会学到，为何标准十分重要，都有哪些组织在设计过程工业的标准，过程工业无线标准的现状如何，等等。在课程末尾有一个简短的测验，帮助您回顾学到的知识――并获得宝贵的奖励点数。
请注意开发现场网络无线标准的情形仍在不断演进之中。本课程定期更新，但是不能保证每时每刻都反映最新进展。 

 提示

标准如何为用户和供应商带来利益？
 
何谓行业标准？
 
ISA SP100标准主要针对哪种应用？
 
是现在应用无线技术好呢，还是等到标准最终确定之时？

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下一节：为什么标准十分重要？

为什么标准十分重要？

标准让来自于不同销售商的部件进行相互通信，并共同工作。

但是，如此简单的说明并不能如实反映标准带给供应商和终端用户的众多好处。

    产品开发成本更低。 供应商可以对已知的标准和方法加以利用，而不是去“重新发明”。例如利用标准可以减少或者根本不用开发特殊界面及其驱动程序。

    有利于市场竞争。对标准的广泛利用为供应商提供了许多选择。 随之而形成的竞争和规模经济，可以帮助控制价格，并鼓励供应商进行发明，寻求提供不同的产品――但是仍然符合标准的产品。

    执行和使用更容易。 当您将相同的工具和程序在多种部件上使用时，即使这些部件来自于不同的供应商，整合、操作以及维护等等也会变得更简单，更快捷。

    技术风险更低。典型的标准都是通过许多供应商和终端用户的共同努力开发出来的。 通常在标准发布之前，标准内提到的技术都已经通过成功试验，并拥有其他用户的使用经验来证明技术的耐用性和价值。供应商分布广泛，这会给您带来信心，即使您最初的供应商做不到，技术支持将来也不会成为问题。

    过程工业正在开发的关键，无线技术标准将提供产品的互操作性和共存性。互操作性可以使您将设备和来自不同制造商的主机系统混合使用，相互匹配，并保证他们都工作正确。共存性意味着处于同一地区的不同无线设备和网络相互之间不产生相互干扰。

下一节： 标准从何而来

标准从何而来

    标准常常来自于已有的技术――当供应商及其它人为解决问题或者开发某种用途的时候会发明技术。

    这些方法可能都具有截然不同的特征，带来的好处也不尽相同。 但是一段时间之后，大多数的用户和供应商都会倾向于选择一个稳定可靠而且标准的技术方法。

    在某些情况下，一种技术可能最初由某个供应商单独开发出来，工作十分良好以至于整个行业都选用它作为非官方的，或者“行业内的”标准。 当最初的供应商将他的技术向其他人进行推广使用的时候，技术的采用率将会加速。 例如电脑文件压缩使用的.ZIP格式，以及现场设备通信使用的HART协议就是这种情况。

    其他情况下，标准由供应商团队、终端用户以及其他的行业专家正式组成的团队通过共同工作来进行开发， 对相关技术进行评估并对最适合所有人使用的技术方法做出肯定。

    有时这种方法会将行业标准上升为官方标准；更经常的情况是，在竞争性技术方法之间达成妥协。

    在不同的团体之间寻求共识可能会是一个长期，复杂的过程。 然而这种努力的结果，常常是形成一个强有力的标准，既满足特定的要求，又为整个行业指出了一个清晰的方向。

    那么这些团体都是谁呢？

下一节：标准组织

标准组织

    让我们来看一下各种类型的组织，看看他们是如何进入过程工业的标准开发工作的。

下一节：标准组织――ISA

标准组织――ISA

     有三万成员的仪表、系统和自动化协会（ISA）被认可为仪表和自动化行业设定一致的标准。

     ISA迄今为止已经出版了超过150部标准，推荐操作方法和技术报告等等，设计的范围包括过程自动化安全、安全批量控制和控制阀门以及环境条件等等。

     例如控制系统现场总线通信使用的ANSI/ISA S50.02标准，以及关于程序系统安全的ANSI/ISA S84.00.01-2002标准。
 
     ISA同时也在开发新的无线标准，我们将在本课程中加以讨论。

下一节：标准组织――IEEE

标准组织――IEEE

    电子电气工程师协会，简成（IEEE），是一个专业化、非盈利性组织；一个在仪表、测量和通信方面――尤其在有线和无线网络方面的领先开发商。

    开发的标准例如用于Wi-Fi通信的IEEE802.11标准家族，和IEEE802.15.4标准，用于无线个人区域网络和无线传感器网络。

下一节：标准组织――IEC

标准组织――IEC

    国际电工委员会（IEC）位于瑞士，是一个电气、电子和相关技术领域的国际标准组织。

其开发的标准，包括例如关于过程相关工业的IEC61511标准，用于安全仪器系统的功能性安全，和IEC61158现场总线标准等等。

“请等一下”您可能现在会想，“前面一页不是也讲过ISA开发的现场总线标准吗？”

没错，是有的。 将某个组织制定的标准同另外一个组织开发的标准的全部或部分进行整合，并非不同寻常之事。这是对于已经被接受的技术进行认可的一种方式，同时可以将技术开放给更多的人使用。

在本例中，IEC现场总线标准包括了ISA关于基金会现场总线的技术规范。

下一节：标准组织――现场总线基金会

标准组织――现场总线基金会

现场总线基金会是我们前面提到的组织类型中的第二种――可以开发、验证、测试、维护并推广针对某一特定技术的标准。

仅仅会是一个独立的、非盈利性组织，由 超过350家供应商和最终用户企业组成。 成立于1994年，基金会为这些经常在其他领域内相互竞争的公司提供一条共同工作的途径，同其他组织一起创立一种单一的，全球范围内广泛接受的过程控制和制造业自动化使用的可共同使用的现场总线。同时他可以保证为每个竞争者进入市场所必须的知识产权共同享有。

如今现场总线基金会可以为供应商提供培训、工具、现场总线技术的连续开发以及测试服务，以帮助确认他们的产品同标准兼容。

同时基金会还成立了研究团体，来评估无线技术及其在基金会现场总线方面的应用。

下一节： 标准组织――HART基金会

标准组织――HART基金会

HART基金会拥有自主技术，并制定了HART协议标准。 在全世界范围内共安装有超过两千万个HART设备。 而HART协议是一个开放性的行业标准，用于现场设备通信方面。

HART通信基金会是一个独立的，非盈利性组织，有160多个成员公司，管理着协议标准以及相关的知识产权，以保证技术在过程工业内的公开应用。 同时它还提供中立的销售商培训以及协议应用方面的支持。

组织内部有一个特别设立的工作团队，目前正在为HART信息制定无线 通信规范，几分钟后您将知道这方面更多的信息。

下一节：标准组织――Wi-Fi联盟

标准组织――Wi-Fi联盟

Wi－Fi联盟是一个非盈利性组织，有250多个成员公司。 目前正在努力将IEEE802.11变成高速无线区域网络方面的全球性标准。
其方法是：
 
鼓励制造商在他们生产的无线网络产品中使用标准的802.11技术。
 
将这项技术向最终用户和供应商推广。
 
测试验证基于802.11标准的设备的互操作性。
下一节：现有的无线技术标准
现有的无线技术标准

虽然直到近期为止，无线技术仍然较少在大多数的过程工业中使用，在其他领域中各种无线技术已有数年之久的广泛应用。而且其中几种技术已经成为标准。

其中有些技术――以及对他们进行定义的标准――很有可能在过程工业占有自己的一席之地。在大多数情况下，他们将作为无线结构的起点，可以利用附加的规范和标准来为工业应用提供更高的功能。

现有的基本无线通信标准可以举出两个例子，包括IEEE802.11和IEEE.802.15.4标准。

IEEE 802.11标准――也称作Wi-Fi或无线以太网――是一系列用于无线局域网的标准。可能您已经在使用802.11技术将您的笔记本电脑同公司或家庭网络进行连接了。在工厂的应用中，它可以提供一种方法，将小的无线设备网络连接到主机系统或工厂的局域网（LAN）上去。 同时它还可以用于将处于移动状态的工作人员的电脑或个人数字助理(PDA)连接到局域网上去。（更多关于IEEE802.11标准的内容，参看课程Wi-Fi 网络）

IEEE802.15.4无线标准提供了一个简单的平台，以便进行低成本、低功率和高可靠性的通讯。 这个标准同时为过程工业标准，例如SP100、 无线HART或其他 标准提供了一个物理性基础。

802.15.5标准为OSI通信模型定义了两个较低的层级。 其物理层级是扩频无线信号，工作在2.4GHz频段，以250kbps的速度传播；其媒体接入控制层级支持 三种常见的工厂内部应用的无线网络技术：星型结构、网状结构和簇状结构。

其他的无线技术，例如Zigbee， 为802.15.4标准的物理层级和媒体接入控制层级赋予了更高层次的功能。虽然Zigbee 技术作为一种专属的技术方案和新兴标准，是基于跟802.15.4同样的基准，但是不同的技术具有不同的应用层级和因此带来的不同的功能。

下一节：新兴的无线技术标准

新兴的无线技术标准

随着人们对无线技术在过程工业中的应用兴趣持续增长，各种可用技术的数量也随之增加――要求为这些应用中的现场网络提供特定标准的愿望也增加了。

有两个方面的相关工作正在进行以推出标准：SP100 和无线HART。

下一节: 新兴的无线标准――SP100

新兴的无线标准――SP100
ISA的SP100委员会由供应商和终端用户组成，目前这个委员会正在为自动化和控制环境方面的现场通信无线技术的执行制定操作标准。

这个标准将概括一系列相关的最佳操作，涵盖诸如选择、采购、部署、维护和无线技术厂内应用各个方面。

SP100委员会已经为工业自动化的应用确定了六个等级：
安全 0级：紧急动作
始终处于关键状态 

控制 1级：闭环调节控制
经常性处于关键状态 
 2级：闭环监督控制
通常处于非关键状态 
 3级：开环控制
控制环节有人工参与 
监测 4级：报警
短期性操作的结果
（例如，事故后维修） 
 5级： 记录和下载/上传
无即时操作后果
(例如，历史数据收集，事件序列（SOE）, 预防性维护等) 
ISA SAP100 的工作小组正在研究无线技术在几种类型应用中的使用情况。随着工作的进行，这个分级系统可能会随之改变。

ISA-SP100委员会的工作小组正在探讨这些不同类型的应用。
 
SP100.14工作小组将制定无线技术连通性标准，这些标准优化后可以满足一系列广泛的工业监测、记录和报警应用在其独特性能以及成本方面的要求。

他们将考虑的应用包括： 过程监测、设备检测、环境监测、资产管理、验证以及潜在的缓慢、非关键控制等等。
 
SP100.11工作小组也将制定无线技术连通性标准，针对（但是不限于）控制应用方面的需求――从闭环调节控制到开环手动控制。

典型的应用可以包括： 过程环节的自动控制，如流量、温度、液位或压力； 自动化各单元之间的相互连锁；过程变量的串级控制； 移动工作人员利用便携式无线设备人工开始的程序动作等等。

这两个工作小组将协同工作，以便SP100可以为工业无线应用提供一系列完整综合的标准。 同时工作小组还将研究如何使预计将来应用于工业场所的其他无线设备跟现有的设备共存的问题。

其他的工作小组（SP100.21和SP100.22）也已经成立，研究的问题包括射频识别系统（FRID）和库房库存管理应用等等。

符合SP100标准可以给无线技术实施的成功带来更大的信心。 因为ISA不会测试到底操作实践是否正确，或对符合度进行验证，但是使用者本身有责任确认他们的操作符合标准并已经达成了语气的效果。

下一节：新兴的无线技术标准――无线HART

新兴的无线技术标准――无线HART

HART 通信基金会成立无线HART工作小组，为以无线方式接入基于HART的现场设备及应用制定新的标准。

制定此标准的一个重要的目的，是要保持同现有HART设备及应用之间的互操作性，并确保当将来标准成熟时仍具有兼容能力。与标准带来的其他益处相比，这种互操作性可以使用户以无线方式访问诊断信息以及其他现有HART仪表产生的信息。

无线HART 很可能在物理层上基于IEEE802.15.4， 但是使用不同的MAC层级，以提高跳频的可靠性。标准设置的目标将是厂内应用――尤其用于监测、诊断和资产管理方面， 适用于由ISA SP100标准定义的各个等级的应用。

无线HART 工作小组还保持同其他工业无线技术组织之间的沟通，例如ISA SP100 委员会，以保证与这些组织在标准化方面所做的工作保持连贯性和一致性。

下一节： 走在前面

走在前面
今天的无线技术已经给我们打好了坚实的利益基础。现在，我们是马上应用当前的技术，还是等目前还未形成的现场网络标准，例如SP100和无线HART 最终形成之后再开始应用？

也许最好的方法是根据工厂的实际情况来开始使用－－即使只是小规模的应用也好，因为这样您既可以马上得到现实利益，又可以积累宝贵的经验，这些经验将会在条件成熟的时候，帮助您充分利用那些合乎标准的技术方案。
然而，假如您选择了这条路径， 您又如何可以减少风险，以免将来现场网络的标准最终出台的时候落人之后呢？
 
寻找一家供应商，他的历史纪录应该表明他对标准和互操作性的支持。 尤其是，选择那些积极支持并参与到开发过程工业无线技术标准的供应商，例如SP100和无线HART。
 
确保您的供应商提供的产品同发展中的标准一致――并且为您的产品提供一个计划，使产品在另外的地区仍然能够符合认可的标准。
 
成为标准制定的积极参与者。 您自己对标准开发的参与，以及同参与制定标准的供应商的密切关系，将保证标准制定的结果能够满足您的要求。
 
可以帮助您以无线方式接入工厂局域网和过程控制网络的标准，例如802.11 Wi-Fi和802.16 Wi-Max, 都已经非常成熟。只要找一家愿意帮助您的供应商，将这些标准用于过程控制应用中，例如资产追踪、移动工作人员和安全/监控等用途即可。

艾默生公司的优势
艾默生公司致力于开放式标准。 我们同客户以及其他的供应商一起密切合作，以制定无线技术标准，使客户在过程应用中遇到的问题得以有效地解决。这其中包括积极参与无线HART和SP-100标准委员会的标准工作。

我们相信无线技术前所未有的可靠性、安全性和便捷的市场应用，将有助于推进标准制定的过程，因为好的标准总是建立在实际经验的基础之上。

为了制定标准， 我们将我们的经验与众分享。这些经验来自于广泛的现场实验，是我们的产品和无线HART以及SP100团队合作的结晶。 我们还曾保证，将相关的知识产权捐献给HART通信基金会以利于标准制定的继续推进。

为了使客户的投资在今后有所保障，艾默生将提供升级，使设备将来可以在容量、带宽、诊断能力和工业标准方面得以加强。

下一节：总结

总结
标准带给供应商和使用者显著利益是相同的――包括保证符合标准的产品将能够达到所期望的工作要求，在将来仍然能够广泛使用，并得到支持等等。

过程工业应用的无线技术通过利用现有的技术标准，如IEEE 802.15.4，或者更高的标准，例如仍在开发中的特定的行业标准――无线HART和ISA SP100等，都可以实现这些好处。

标准设定前进的方向，但是却常常建立在现实的基础之上。 虽然标准仍然处在开发过程之中，如今已经有经过实践检验过的无线技术方案，在给您带来直接利益的同时，还带来技术经验。

下一节：测验

测验

下述问题可以帮助您回顾在本课程中学到的知识。
每个问题都只有一个正确答案。 每回答正确一次，您会赢得一个宝贵的奖励点数。
准备好了吗？ 请点击下面的“＞”图标。
下一节：问题1

测验――问题1

正确与否：供应商们不喜欢标准，因为标准让他们难以获得超过竞争对手的优势。

 正确
 错误

在选择答案之后，点击“＞”图标继续。
正确！/对不起，正确答案使“错误”。

供应商们喜欢标准带来的更低的开发成本和风险，以及更广泛的潜在市场。 他们仍然可以开发独特的性能，以另外的方式将他们的产品同其他产品区别开来。 

测验――问题2

下列那一种属于行业标准？

 IEEE 802.11
 HART
 ISA S50.02
 以上都不是

在选择答案之后，点击“＞”图标继续。

正确！/对不起，正确答案是“HART”.

与IEEE802.11和ISA S50.02不同， 有线HART通信技术目前的规范并非是官方标准组织所颁发的标准的一部分。 它之所以成为行业标准是因为许多使用者发现这个标准能满足他们的需要。

测验――问题3

正确与否： 某个团队制定的标准可以包含由另外一个团队颁发的标准或规范。

 正确
 错误

 在选择答案之后，点击“＞”图标继续。

正确！/对不起，正确答案是：“正确”
一个团队制定的标准整合另外一个团队的工作是正常的事情。

测验――问题4

正确与否： 由于无线技术的局限性，ISA SP100标准将只着重于监测方面的应用，而不是控制。
 正确
 错误

在选择答案之后，点击“＞”图标继续。
正确！/对不起，正确答案是“错误”。
虽然这个标准可能会定义无线技术在监测和控制应用中的不同操作，这两个方面均将被包含在标准之中。
测验结果

问题编号 得分

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