随着人类对通信的需求越来越大，网络成为必不可少的传输手段。由于网络所需覆盖的范围增大，有线网络技术已经不能完全满足人们的需求。于是，无线网络应运而生，无线通讯技术的发展也随之迎来了历史的高峰期。

    从复杂的布线到如今仅需要一台无线信号发射器，从依赖PC机到现在可利用任何配有无线终端适配器的设备，连接网络呈现出在任何时间、任何地域、任何设备上都畅通无阻的现状。技术的发展同时也推动了社会的进步，无论是军用产品、工业产品，甚至民用产品，无线技术俨然已经成为社会发展中必不可少的一部分。
        
                           
             
                 艾默生过程管理无线解决方案业务总监 瞿昭
                  MOXA中国区无线产品行销经理 邓波
                 菲尼克斯电气（中国）总线及网络通讯市场部经理 尚德威
                 美国红狮控制大中国区总经理 王争

    自动化和制造业领域越来越多的企业正在采用无线技术。昆明有色冶金设计研究院教授级高工方原柏预言，未来十年，将是工业无线通讯技术走向成熟的十年。的确如此，不同于最初的不接受，如今的工业用户正在迅速收获无线产品在移动性和灵活性方面所带来的好处，不过，无论如何，相较于现场总线、工业以太网等，无线技术在工业自动化领域依然只能算是一项新技术，依然有很多用户对它的技术发展和应用效果有着疑虑。因此，本期特别采访了目前活跃在业内的工业无线厂商，就用户关心的以及工业无线目前的应用现状等问题进行了深入地探讨，希望可以带给读者一些启发。

   ■ Q：通过与用户的交流，对于工业无线技术，他们的主要担忧在于距离、频率与功率、环境保障等方面，那么作为无线厂商该如何化解用户的这些担忧？

   瞿昭：工业无线技术进入中国已有6年时间, 任何一项新技术进入市场都有一个逐步接受的过程。艾默生在此项技术的市场宣传和用户沟通方面做了很多深入的工作。 随着各行业用户对无线技术认识的加深，大部分用户对于这些问题有了新的认识，能够针对具体需求和实际现场状况选择适合的无线解决方案。与此同时，在众多现场应用中，用户对于无线的稳定性、安全性等密切关注的问题也已得到印证。

   艾默生的无线产品和解决方案在设计之初就已经充分考虑了稳定、安全、环保等因素。

   关于传输距离——WirelessHART技术采用网格状自组织网络，网络中每台设备都可以作为其他设备的路由，与传统点对点网络相比，更低功率可以传输更远距离。因此，网络中节点越多，网络可以覆盖的范围越大，距离越远。单台无线设备的传输距离则取决于天线的功率，选择的天线功率越高，传输的距离也越远。

   关于频率——WirelessHART所用频率为2.4GHz~2.4835GHz，为ISM (Industrial Scientific Medical) 频段，是国际通信联盟开放给工业、科学和医学三个主要机构使用的免费频段，无需授权许可，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W)并且不要对其它频段造成干扰即可。

   关于功率——艾默生绝大多数无线设备为微功率短距离无线电设备，符合国家无线电管理局制定的《微功率（短距离）无线电设备的技术要求》中的F类设备规范。本类设备是指工作于2400~2483.5MHz频段，除数字无绳电话、蓝牙设备和无线局域网设备以外的其它短距离无线电设备，发射功率限值为10MW（e.i.r.p），频率容限为75kHz。艾默生所有无线产品均在中国获得了频谱核准认证，完全符合在国内使用的标准和规范。

   关于环境保障——环境保障主要是用户对于网络功率的担忧，担心网络会对工厂内设备和工作人员产生不良影响。如前所述，WirelessHART无线设备为微功率短距离无线电设备，绝大多数设备的发射功率仅为10MW，远远低于手机使用时的峰值功率，因此不会产生任何不良影响。

   尚德威：作为一家可以向客户提供包括蓝牙、TrustedWireless、GPRS、3G和WLAN在内等众多无线产品的厂商，菲尼克斯电气在产品设计之初就把客户的这些担忧考虑在内了。在距离方面，菲尼克斯电气无线产品的传输距离从几十米到几千米不等，可以满足不同客户不同应用的需求；在频率与功率方面，大家最担心的就是无线产品是否符合当地的无线电管理规范，作为一家全球化公司，菲尼克斯电气针对不同地区开发出了不同的产品来满足当地的无线电管理规范要求，我们有满足国内无线电管理规范要求的产品，有满足欧洲ETSI要求的产品，也有满足美国FCC要求的产品；在环境保障方面，菲尼克斯电气致力于打造“绿色无线”，为客户提供高效、节能、环保、绿色的无线产品，为了不对环境产生辐射危害，菲尼克斯电气无线产品的功率都被严格限制，并且一些无线产品还可以根据需要通过更改设置来进一步降低发射功率。另外菲尼克斯电气提醒大家，工业无线的成功应用除了需要优质的产品之外，也需要合理高效地规划和实施，我们可以根据客户的需求为客户提供订制化的产品、规划和实施解决方案。

   王争：目前没有什么特别针对工业开发的工业无线技术，包括工业上、民用或者商用无线网络都是同样的技术，只是可能由于工业上对无线产品硬件的特性指标上会略高于普通民用产品。

    （1）随着3G甚至4G网络的越来越普及，针对3G、4G网络进行无线数据传输的应用越来越普及，由于它具有低成本、无距离限制、大数据量等特点，因此它的优势越来越明显。必将成为工业无线数据传输的主流网络，尤其应用在远距离、野外的场合。

   （2）WLAN，同样采用与商业一样的2.4GHz 的波段，目前也被越来越广泛应用，当然由于受到距离限制，目前主要应用在一些工厂场合。

   （3）无线电台，由于3G、4G的网络普及，原来无线电台相对于之前GSM的2G网络的大数据量传输也逐步失去优势，以及前期投入成本高，组网复杂等原因正被逐步取代。

    所以懂得了无线技术的原理，客户就可以完全打消对于距离、频率等方面的担忧，因为目前工业主要采用的无线技术是与商用技术一样的平台，采用3G、4G的网络，由于也同样是利用移动、电信或者联通的蜂窝基站进行数据传送的，所以就完全不受距离的限制。而利用WLAN的无线技术，采用与商业相同频段的波长，故也完全不用担心频率或者功率方面的问题。

   邓波：（1）Moxa AWK系列均可以支持10km的长距离通信连接；同时在10km长距离通信下仍然可以达到较高的带宽。通常情况下，全向天线可以向水平面的任何方向发送同等强度的信号。但是他们在垂直方向的信号传输有限，这也影响了天线的增益强度。高增益天线主要向某个方向发射信号，因此天线角度（HPBW）更低，天线增益就越高。

   （2）Moxa AWK系列均支持功率增强功能。从本质上讲，与发射天线之间的距离决定了接收端的信号强弱。信号强度因距离增加而损失的现象称为路径衰减，单位表示为dB（分贝）。

   （3）不同的无线应用会使用不同的频率，无论是5 GHz还是2.4 GHz，都是为了满足实际需求。若要搭建一个成功的无线网络，必须选择正确的天线，搭配正确的频率。IEEE802.11a的5 GHz频段覆盖范围更小，但相对2.4 GHz频段来说干扰也更少。另一方面，802.11a的信号传输比802.11b/g的信号传输距离更近，因为它的信号非常容易被周围物体所吸收。

   （4）在关键的工业无线应用中，网络的可用性和可靠性是非常重要的。工业环境中的EIM/RF（I 电磁干扰/ 射频干扰）通常会导致数据在特定频率的传输过程中产生信号错误或数据丢失。正因如此，Moxa推出了双射频模块产品——AWK-5222和AWK-6222，可设定为冗余AP端或冗余Client端，其可分别设定为2.4 GHz和5GHz的双射频通道同时运作，防止数据传输中的相互干扰。

   编辑点评：工业无线技术一经推出，曾被无数用户望而却步，其中主要的原因就在于人们传统意识中对于距离、频率与功率、环境保障、稳定与否等方面的担忧，但事实上，如前文所提到的艾默生、菲尼克斯电气等无线厂商，在无线产品及解决方案的设计之初就已经将这些因素考虑进去。值得欣慰的是，经过多年的努力，目前工业无线技术已经被用户广为接受并应用。当然，单一无线产品的技术似乎已经不存在问题，而如何更为合理地规划和实施，将无线产品及解决方案发挥最大限度的作用，似乎成为了目前无线厂商和工业用户的关注点。

   ■ Q：物联网已经成为当今社会关注的热点话题，在物联网“感知世界”的契机下，无线通讯技术又会挖掘出怎样的机会？

   瞿昭：物联网是一个很大的概念，简单的说就是“物物相连的互联网”，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。艾默生一直以来致力于运用创新科技帮助用户解决挑战。物联网在过程自动化行业中最为重要的一个发展领域，我们称之为“普适测量”。艾默生将凭借在无线技术及测量仪器方面的领先优势，开拓这一新的领域。它使得炼油厂、化工厂及其它工业工厂能够以前所未有的方式，获得企业更多、更详细的数据，甚至赋予他们更大的可见性，保证运营更加安全、可靠并获益更多。

    我们将核心业务从传统的过程控制及安全系统，拓展到关键业务应用解决方案，关注油气、精炼、化工、电力、矿业及其它行业用户在安全、环保、可靠性及能源效率管理方面的需求。随着无线技术的广泛应用及传感技术的进步，许多用户通过安装无线、非侵入式、经济实用的传感器，实现对运行的连续监视和探测。新的软件应用及嵌入式传感智能已经能够解读来自这些传感器的数据，并将其转换成为可执行的信息，从而使得用户在工厂运营中能够就潜在问题进行快速响应，并为管理层决策提供更好的依据。

   未来的工厂需要更加安全、更为经济有效的运营管理。需要数据具有预见性、直观、可执行，这不仅意味着过程性能优化，其在运营的各个环节了解到的关键业务流程的实时数据和信息，还可为决策提供依据。为了实现这一目标，需要建设一个更完整的传感网络，而这正是普适测量所能实现的。事实上我们的用户已在寻求积极利用普适测量。 比如东欧的一家石油开采企业部署了一套完整的工业无线网络，包括 12000台可实施普适测量的仪表，其测量范围超过传统模式的 60%，从而能够更好地探测能源损耗、设备锈蚀。

   普适测量将为艾默生带来一个巨大、崭新的商业机遇，艾默生过程管理可实现普适测量的产品包括： NetSafety 及 Groveley产品线的超声传感器及气体泄漏点传感器，来自 Roxar 的腐蚀和侵蚀探测技术，来自 CSI Technologies 的转动设备振动传感，以及罗斯蒙特的无线蒸汽疏水阀监测器，及无线螺栓紧固表面温度探测器。

    尚德威：物联网的“感知世界”需要众多的信息采集点、设备受控点接入物联网，在一些场合，无线通讯技术相比有线通讯技术无论是在成本还是在技术方面都更有优势，那么在这些场合就比较适合采用无线通讯技术，无线通讯技术就为包括无线传感器、无线仪表、无线接入点、无线执行机构在内的众多无线产品发展带来了机会，从而推动无线这个细分行业的高速发展，也为物联网的高速发展注入一份活力。

   王争：物联网，是指将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。而这个巨大网络中涉及了大量的数据采集、传输工作。无线技术的优点是不受距离、地点限制，而且简单易用，低成本。比如物联网背景下的数字化油气田站监控系统，物联网背景下的智能交通物联网，基于无线网络的远程抄表系统等都是无线通信的成果。

   邓波：无线传感器（WPAN）、无线定位技术(RFID)将是物联网发展最为关键的推动技术。同时无线局域网(WLAN)技术将作为高带宽数据和连接上层网络很好的补充。

   编辑点评：物联网的热潮引发了一系列技术、产品的“走红”，无线技术作为贯穿于物联网这个大网络中的“神经”，势必会迎来它的发展高潮。各位商家自然不会放过这个绝佳的商机。在激烈的“商战”中，“狭路相逢勇者胜”这句话似乎不再那么管用，取而代之的是“智”者胜。所谓“智”就是，不仅要有卓越的产品和技术，还工业通讯与无线技术,还需要有一颗可以洞悉用户所需的心，谁能利用现有的产品，为客户打造出量身定做的解决方案，这才是致胜的关键。前文提到，艾默生针对物联网在过程自动化行业中的应用提出了一个概念“普适测量”，且目前已有相关产品上市。这或许可以为其它厂商提供一些思路。

   ■Q：贵公司的工业无线产品主要应用在哪些行业？您认为未来无线技术和产品应用最具潜力的行业有哪些？

   瞿昭：艾默生工业智能无线产品主要应用在石油、化工、油气、电力、冶金、造纸、污水处理等行业。智能无线方案是艾默生PlantWeb数字工控网络的一部分，将PlantWeb的智能预测功能扩展到更广泛的领域。无线技术以全新的视角拓展对工厂各个方面的监测，进一步加强PlantWeb的优势。

   在传统关键测量控制之外，用户越来越关注能源管理、安全、环保、运营有效性。 无线技术为用户提供了更为便捷的，可灵活扩展的新的解决方案。艾默生无线解决方案在这些领域的应用主要涵盖以下四个方面。（1）在能源管理方面，无线技术凭借其创新的通讯方式和使用便捷性将原有有线计量仪表进行升级，实现实时在线计量和预先诊断，并且促进计量数据与现有数据分析系统的整合。此外，工厂里广泛使用的疏水阀是蒸汽泄漏的主要来源，无线能够提前获知设备的工作情况，提前避免泄漏发生。（2）在安全方面，安全喷淋和洗眼设备在一些化工厂异常重要，但大多数工厂建厂之初并未配备监测措施。无线方案则是一种理想的监测方案，可在事故发生的第一时间通知管理人员。（3）在环保方面，长途油气管线上会有很多安全阀泄放阀，如何监测这些安全阀泄放阀并将设备工作状态输送到控制室一直是一个难题，无线技术的成熟也使其成为现实，避免可燃气体异常排放，同时提高工作站的安全性。（4）在提升运营有效性方面，工厂里许多泵和热交换器属于重要设备，但其管理人员的规模往往不及仪表班组的规模，经常出现难以监测、人工巡检甚至根本不去巡检的境况，但是一旦出现非计划停机，损失就十分可观。一整套的无线解决方案从多种无线仪表、上位监测分析软件再到专业化的工程服务成为保证这些设备正常运行的福音。

   在过程自动化的传统行业，如石油、化工和油气，通过现场经验的不断积累和方案的持续完善，无线必将扩大和深入应用，尤其是在石化炼油和油气。此外，无线这项创新性技术还将在食品饮料、烟草、医药等行业发挥前所未有的作用。

   尚德威：菲尼克斯电气的无线产品主要应用行业有物流自动化、电力、水泥、冶金、水处理、港口机械、石油化工、汽车等行业，未来无线技术和产品应用最具潜力的行业有物流自动化、港口机械、石油化工等。

   王争：目前红狮在很多工业行业有无线产品的应用。比如市政的水处理行业的远程泵站、阀室监控；石油石化行业的管网传输监控上；车载系统， 如勘探车辆、特殊车辆的定位卫星数据，状态数据监控。后期比较具备潜力的除了目前主要涉及的市政、石油石化等行业，还有物流仓储等。

   邓波：Moxa的无线产品主要应用在 交通、煤炭、石化、仓储物流、工厂自动化、重机械联网、港口等工业领域。未来有潜力的行业有：交通、石化、工厂自动化、港口等 。

   编辑点评：综上所述，可以看到，工业无线技术几乎已经应用到各行各业当中，无论是传统工业的石化、港口等，还是与民生相关的市政、交通等行业，都在越来越多的应用无线技术，尤其是在智慧城市、智能交通等新兴热点的催化下，无线技术的应用将更加广泛。

   Q：近1年内，贵公司的无线技术产品是否取得了一些创新性的应用？

   瞿昭: 艾默生的无线技术应用包括井口管线监测、旋转设备监测、电厂脱硝、能源管理、罐区管理、锅炉汽机性能监测、无线控制等领域。近一年内开发的创新性应用主要是重要设备管理。

   由于成本因素，大多数工厂在建设时都会尽可能减少设备安全操作所需的测量仪表和控制装置。如今，重要设备的管理越来越受到重视，包括泵群监测、热交换器监测、疏水器监测、泄压阀监测等。无线可以监测因轴承磨损、校准问题和叶轮叶片损坏而导致的泵振动加剧情况；通过监测热交换器冷热端温度和流量，使维护人员能够合理安排清理和维护作业，保证最佳传热性能；使用智能无线声波变送器和配置软件提供疏水阀总体状况的关键在线信息，在疏水阀发生故障时提供报警和位置信息；使用智能无线声波变送器检测泄压阀产生的紊流并在泄漏发生时提供通知，避免易燃和有毒物质泄漏，避免这种泄漏可能招致违规排放的惩罚。

   尚德威：菲尼克斯电气在中国第一次将无线技术应用到海洋工程平台的控制和监视中，大大改善了中国海洋工程平台的装备自动化水平。同时将无线技术应用到超大型冷链物流的控制和分拣中，为解决中国冷鲜食品安全问题贡献力量。

   编辑点评：无线产品的创新应用近年来并不少见，本文提到的艾默生开发的重要设备管理是针对油气行业近年来一些被用户广泛关注问题的创新性解决方案，其对各种报警、温度、流量、信息等的检测能够直接为关键设备的安全正常运行提供保障。而菲尼克斯电气在海洋工程以及冷链物流中的应用也是打破了之前无线技术应用的范围，开拓了更为广阔的天地。

   Q：OEM行业对工业无线技术有哪些新的需求？

   瞿昭: 传统的OEM用户对无线通讯技术的要求最重要的就是符合技术标准，同时要求产品设计简便易用、具备模块化以及产品具有良好的兼容性和互操作性。鉴于此，WirelessHart无线产品从现场无线设备到智能无线网关全部采用标准的IEC无线协议、采用标准频率2.4GHz、采用HART协议标准采样速率、网关与上位机集成采用标准以太网或串口协议等技术参数；所有无线产品为模块化设计，易于维护；所有产品由于支持标准无线协议，可与其他供应商的无线产品进行互换，并由非盈利组织Hart基金会严格进行了设备互操作性测试。所以当OEM客户选择了标准的无线产品，在提高效率、降低成本的同时可以十分方便地融入到具备标准接口的整体控制系统之中。

    尚德威：新的需求包括高速和安全，以及良好支持工业通讯协议如PROFINET和EtherNet/IP。同时还包括兼容性与产品易用性。

   王争：每个OEM客户由于可能从事不同的行业，不同的技术要求，同样对于无线产品的需要也不近相同。但是客户要求不同，目标却永远是一样的：高效率、低成本。而无线技术恰恰能够满足这些需求。随着3G、4G基站的普及，工业无线的应用也必定会出现井喷。

   邓波：（1）高可靠性。客户需要在任何恶劣的环境中搭建一个安全可靠的无线局域网。数据完整性和网络可靠性是工业无线应用中最为令人关注的议题。工业环境通常非常恶劣，必须承受水、灰尘、电磁干扰/噪声和极端温度的诸多考验。为了迎接这些挑战，Moxa的户外无线设备AWK系列支持IP68等级，并具备宽温设计。AWK系列符合铁路行业的EN50155和EN50121-1/-4标准，重工行业的EN61000-6-4和61000-6-2标准，以及石油天然气行业的ATEX Zone 2和UL C1D2 2标准（AWK-4121）。

   （2）高性价比。MOXA为客户推出了AWK-1121/1127等基于客户端技术的低成本解决方案。

   编辑点评：由上文可知，符合国际标准、良好的兼容性以及高可靠性和高性价比依然是OEM的主要关注点。针对这些需求，无线厂商也相应地拿出了应对的策略。希望读者看到这些，可以从中选择出适合自身企业的无线技术产品。

   Q：您认为什么才是推动无线通讯技术继续发展的驱动力？

   瞿昭: 当今的流程行业正在大踏步从“数字化工厂”时代迈向“智能化工厂”时代。智能化工厂是现代工厂信息化发展的新阶段，是在数字化工厂的基础上，利用多种无线通讯技术和设备监控技术加强信息管理和服务；清楚掌握生产流程，提高生产过程的可控性、减少流程线上的人工干预、及时正确进行生产决策，构建一个高效节能、绿色环保、环境舒适的人性化工厂。根据世界炼油组织能源交流峰会最新的《智能化工厂调研报告》，__一个智能化工厂成功与否主要取决于两点：人员接受新技术的能力、设备智能化管理和数据智能化分析。这二个方面都是推动无线通讯技术继续发展的驱动力。

   在北美和欧洲，过程行业面临的巨大挑战是既要持续经营又要增加产量，难以实现超越，而发展中国家的问题是缺乏有丰富经验的人才和接受新技术的能力。无线基于其技术使用的便捷性和灵活性更易被更多的一线技术人员所接受，从而协助提升人员的技术水平和运行管理水平。

   无线技术在改善设备智能化管理和数据智能化分析方面也有其独特的优势。无线的使用便捷性更利于对设备的各个性能指标进行监测和诊断，并且不会对原有系统产生任何影响。这些监测和诊断数据是对设备进行智能化管理的基础。其无线式传输方式和多种标准接口也方便融入工厂日益充实的“大数据库”，纳入工厂的数据智能化分析系统。

   尚德威：无线通讯技术带来的便利性和高速发展的广阔无线应用市场是无线通讯技术继续发展的驱动力。有了高速发展的广阔市场，大家就愿意去投入人力、物力去研发、去生产、去推广、去应用，应用成功了会带来一些新的市场，应用不成功，那么在应用中出现的问题会推动相应的技术研发和改进，这样就形成了一个良性的循环，无线通讯技术就能继续向前发展。

   邓波：高可靠性、高带宽、稳定性，通过这些性能为客户构建可以信赖的无线网络。取代并解决客户使用传统有线方式遇到的问题， 为客户在项目设计中开拓新的应用方式，缩短工期降低整体营运成本。例如：无线局域网已经成为轨道交通中车地网络的首选，因为不仅维护成本降低，更能提高网络的带宽和传输的可靠性。工业级无线局域网主要用于ATO（列车自动运行系统），例如视频监控、乘客信息系统、列车控制系统等。

   油井的工作环境非常具有挑战性，因为油井范围分散、无人管理，且需要远程操作。因此，采用一个可靠的无线远程控制系统，可以方便地连接石油转井平台，将井口和平台的数据传向中央控制中心。

   王争：无线技术使得数据传输变的更简单——没有距离、低成本。

   编辑点评：无线通讯技术无疑具有广泛的应用发展空间，无论是智能化工厂的新征程，还是智慧城市、物联网的催化，无线技术都为我们描绘了一个可以持续开展的广阔市场。然而，我们也意识到，在社会发展到一定阶段的时候，技术往往并不是解决问题的最关键因素，关键在于人。而无线技术应用的关键也在于此。人员对于技术的掌握程度，对于新生技术、事物的接受力，决定了未来工业无线技术在我国发展的前景。所以正如菲尼克斯电气（中国）总线及网络通讯市场部经理尚德威所言，希望我们可以集合各方之力，形成一个良性的循环，使无线通讯技术能够继续向前发展。 

   摘自《自动化博览》2014年3期