解惑工业无线
——访中国科学院沈阳自动化研究所所长、研究员 于海斌

                    
                 中国科学院沈阳自动化研究所所长、研究员   于海斌 

   ■ 多种标准之间的纷争，对于用户有何利弊？目前主流的三大标准，您认为各自适合怎样的应用需求？

   于海斌：标准化是工业产品获得推广应用的基础。一方面，多种标准之间的纷争，在一定程度上可以形成技术竞争力，加快技术成熟的步伐，对用户来说是有益的，用户可以根据应用需求选择不同的标准和技术。然而，另一方面，多种标准之间的纷争，影响产品的兼容性和通用性，这种情况无论在技术层面还是市场层面都给用户带来了疑问和困惑，进而阻碍工业产品的大范围应用推广。

   工业无线网络技术目前有三个比较公认的技术体系：无线HART、ISA100和WIA-PA。其中，无线HART技术由HART基金会于2007年推出，于2010年通过IEC投票成为第一个工业无线国际标准。无线HART提出的初衷主要是作为对有线HART技术的补充和增强，通过无线数字通道，获取HART仪表的实时状态、诊断信息以及多变量的过程信息，与有线HART和EDDL兼容。ISA100是由美国仪器仪表协会于2004年启动制定的，其主要目标并不仅仅是过程自动化，而是综合、全面、服务于整个工厂范围内广泛的无线网络技术，采用基于6LoWPAN的网络层设计，可以与FF、Modbus、Profibus、HART等多种传统协议兼容。但ISA100.11a受技术框架等多种因素制约，其进展相对慢一些，2011年底刚刚作为IEC公共可用性规范发布。WIA-PA是我国自主研发的，面向未来的流程工业泛在信息感知和物联的无线技术。由于在网状与星型混合拓扑结构、分布式网络管理、自适应跳频、分簇报文聚合等方面进行了特殊设计，在规模可扩展性、抗干扰性和低能耗运行等关键性能方面形成了有特色的技术特征，从而成为继无线HART之后新的IEC国际标准。

   ■ 数据传输实时性对于工业控制系统至关重要，当前工业无线技术所能达到的实时性可以满足怎样的控制需求？

   于海斌：按照系统响应的紧急性要求，业界通常将工业应用分为三类：安全类、控制类和监视类，这三类应用对数据传输实时性的要求递减。

   （1）安全类应用主要指与工业企业生产安全相关的预警及所采取的紧急抑制响应，例如放射性物质、有毒气体的泄漏检查、安全互锁、紧急关闭、火灾控制等。该类应用刻不容缓，鉴于无线信道的不可预知性，目前无线技术通常作为有线通信的辅助手段，当然在有线技术无法实现的场景也可以作为主要通信手段。

   （2）控制类应用包括闭环调节控制、闭环监督控制、开环控制。闭环调节控制中的调节控制回路直接影响生产过程的正常运转，对于工厂的设备、操作和人员至关重要，通常在PLC的通信周期内进行周期性通信，PLC的循环周期通常是20~50ms，目前工业无线技术通常只能满足小规模应用的要求。闭环监督控制是指工业控制系统中次要的控制回路，闭环监督控制类的通信特征与闭环调节控制相似，但时间约束不严格，目前的工业无线技术可以满足其要求。开环控制是指人在回路中的控制。开环控制一般来说不是频繁发生的，通常通信过程中1秒内的延迟是操作人员可以接受的。目前的工业无线技术完全可以满足其需要。

   （3）监视类应用主要包括过程监视、预警和日志上传下载等过程监视需要周期性数据传输，但对延迟的要求不高，通常在100ms以上。预警和日志上传下载都属于非周期性数据传输，且不频繁发生。目前的工业无线技术完全满足监视类应用的需求。

   ■ 工业无线要转向大规模的工业应用，还需在哪些方面有所突破？

   于海斌：目前工业无线基本技术准备阶段已经完成，正在处于广泛示范应用阶段。一般认为，可以应对百点级规模的应用，更大规模应用的效果还有待在实际现场进行考核。为了便于更好地进行大范围推广，需要重点关注的主要因素有：

   （1）配套支撑技术：工业无线的基本技术标准已经完成，但后续的安全技术、多网共存技术、一致性与互操作技术等系列配套与支撑技术及其标准，还有待进一步完善，这对于推进工业无线网络技术的系统化、实用化至关重要。

   （2）有线/无线技术集成方面：目前的工业系统仍然以有线为主，无线技术的应用首先应该解决的就是与原有系统的集成问题，这是无线技术应用和推广的前提。

   （3）低成本测控系统：工业无线技术目前已取得突破性进展，但围绕工业无线技术的相关测控系统技术还亟待开展进一步的研究，特别是面向具体行业的低成本解决方案，是实现工业无线技术的规模化应用所必需的。   

   摘自《自动化博览》2012年第三期

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