上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院教授級高工  彭 瑜

   ■ 多種標準之間的紛爭，對于用戶(hù)有何利弊？目前主流的三大標準，您認為各自適合怎樣的應用需求？

   彭瑜：首先我認為“多種標準之間的紛爭”的提法欠妥，與其說(shuō)紛爭，不如說(shuō)競爭。之所以這樣說(shuō)是出于以下考慮：從上世紀90年代以來(lái)，國際和國內工業(yè)自動(dòng)化界僅在工業(yè)通信領(lǐng)域就先后經(jīng)歷了所謂現場(chǎng)總線(xiàn)之爭、工業(yè)以太網(wǎng)之爭，以及最近幾年來(lái)的工業(yè)無(wú)線(xiàn)標準之爭。爭論的結果呢？從來(lái)沒(méi)有形成過(guò)某一標準勝出而其它標準淘汰的結局。為什么？從現實(shí)狀況看，工業(yè)通信標準不是一種強制性標準，而且都是針對某個(gè)或某些工業(yè)應用的需要而開(kāi)發(fā)的。此外，數字通信技術(shù)體系比模擬通信技術(shù)體系復雜得多，在每個(gè)有關(guān)標準的開(kāi)發(fā)過(guò)程中都有其明確的指向性，也就是說(shuō)它只能有效解決它原來(lái)期望解決的事情，我們千萬(wàn)不要按照模擬信號標準那樣的定式思維去希冀會(huì )出現一種簡(jiǎn)單的局面：用戶(hù)可以不加任何思考就能做出選擇。也就是說(shuō)，用戶(hù)必須對包括工業(yè)無(wú)線(xiàn)標準在內的各種工業(yè)體系標準的應用范圍、特點(diǎn)和長(cháng)處，以及應用的局限和不足等基本問(wèn)題做足功課，才會(huì )針對要解決的應用取得較好的效果。

   既然同一應用領(lǐng)域出現多種國際標準是不可避免的狀況，那么在市場(chǎng)競爭中哪一種標準的產(chǎn)品和系統能夠占領(lǐng)較多的市場(chǎng)份額，這取決于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和批量生產(chǎn)的成熟程度，以及支持這種標準的具有國際品牌的自動(dòng)化公司，和他們如何在自己的自動(dòng)化系統中應用該標準的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的總體部署等因素。進(jìn)入21世紀，在從醞釀、發(fā)動(dòng)，到掀起無(wú)線(xiàn)工業(yè)應用技術(shù)研發(fā)熱潮的過(guò)程中，一直圍繞制定相關(guān)的國際工業(yè)標準而展開(kāi)激烈的競爭。迄今為止，以美國Honeywell公司主導的SP100.11a（美國ISA學(xué)會(huì )的標準）、以美國Emerson Process公司主導的WireleessHART（HART通信基金會(huì )的規范），以及由中國工業(yè)無(wú)線(xiàn)聯(lián)盟提出的WIA-PA，從流程工業(yè)現場(chǎng)級的無(wú)線(xiàn)應用所規范的標準中脫穎而出，成為獲得國際認可的三大工業(yè)無(wú)線(xiàn)標準。

   應該指出的是，以上三個(gè)標準其物理層毫無(wú)例外都采用無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)WPAN標準的IEEE 802.15.4，這是因為這個(gè)基礎標準以其技術(shù)的合理性和先進(jìn)性的統一，獲得了廣泛支持，不僅滿(mǎn)足了無(wú)線(xiàn)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(kāi)發(fā)工具和測試工具，支撐著(zhù)這一標準進(jìn)行進(jìn)一步廣泛而深入的開(kāi)發(fā)和應用。

   為了能對這三種無(wú)線(xiàn)工業(yè)協(xié)議有更直觀(guān)的理解，下面列出它們的拓撲結構圖（詳見(jiàn)圖1、圖2和圖3），并對其基本性能進(jìn)行比較（見(jiàn)表1）。
     
              表1 SP100.11a、WireleessHART和WIA-PA比較簡(jiǎn)表

             
           
 
   表1試圖以較為明確的形式給出這三種標準簡(jiǎn)略的比較。從把有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)納入一個(gè)體系來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題來(lái)看，我認為SP100.11a和WireleessHART是較為全面的，它們立足于工業(yè)通信的整體結構，從無(wú)線(xiàn)通信作為有線(xiàn)通信在特定場(chǎng)合的重要補充的視角，規范了有線(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )接入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的支持，盡管目前尚在實(shí)現過(guò)程中，鮮見(jiàn)投入使用 。

   另外，SP100.11a和WireleessHART這兩個(gè)標準的商品化比較成熟，這是他們的儀表工業(yè)基礎好，開(kāi)發(fā)資金充裕，批量生產(chǎn)的經(jīng)驗豐富所致。在這一點(diǎn)上WIA-PA還有很長(cháng)的路要走。不過(guò)應該指出，Honeywell公司目前推出的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品系列OneWireless雖然基于SP100.11a標準，但只能說(shuō)是對標準的部分實(shí)現，或者說(shuō)是標準的一個(gè)子集。

   WIA-PA作為我國自己開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)標準，其優(yōu)越性不言而喻。它有豐富的實(shí)踐基礎，成本低于上述兩個(gè)標準的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品，符合我國中小型企業(yè)的需求。隨著(zhù)時(shí)間的推移和技術(shù)的成熟，相信它在市場(chǎng)上的競爭力會(huì )日益顯現。

     
                          
                          圖1    無(wú)線(xiàn)HART為一層全網(wǎng)格拓撲  

                  
                      圖2 SP 100.11.a為兩層拓撲結構^[7]  
 
                     

                    圖3 WIA-PA為兩層拓撲結構（Mesh+Cluster）  

   ■ 該如何看待無(wú)線(xiàn)技術(shù)在流程工業(yè)中應用的未來(lái)？

   彭瑜：工業(yè)領(lǐng)域涵蓋極其廣泛的應用范圍，而無(wú)線(xiàn)技術(shù)的工業(yè)應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(diǎn)，但其實(shí)際的狀況只能說(shuō)是處于漸進(jìn)發(fā)展和積累經(jīng)驗的階段。按現今工業(yè)自動(dòng)化業(yè)界的共同認識，在工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境中的無(wú)線(xiàn)應用劃分為監控、控制和安全應用三大類(lèi)，并細分為六小類(lèi)（見(jiàn)表2），這是一種具有方向性和指導性的概括。這種分類(lèi)考慮了無(wú)線(xiàn)通信在實(shí)際使用條件下必須滿(mǎn)足的要求，又體現了這些無(wú)線(xiàn)通信應用的時(shí)間屬性。安

       表2 在工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境中的六類(lèi)無(wú)線(xiàn)應用
  
             

   早在2007年以前，英國石油公司（BP）經(jīng)過(guò)大量的工業(yè)實(shí)驗發(fā)現：實(shí)際對這些類(lèi)別（不包括0類(lèi)）的應用需求，大致是按以下的比例 1：2：4：10：10。這就是說(shuō)，第4、5類(lèi)應用是大量的，約占測量控制要求的74%。諸如機械設備的狀態(tài)（振動(dòng)、溫度、壓力等）監控；過(guò)程設備的性能（熱交換、環(huán)境狀態(tài)、機械運行狀態(tài)）監控等。第三類(lèi)應用（開(kāi)環(huán)控制）也有需求。至于第2類(lèi)和慢速第1類(lèi)應用，將隨著(zhù)用戶(hù)不斷取得經(jīng)驗，在對傳輸延遲、信息安全和穩健性等有更好的解決方案后，會(huì )逐漸被應用。從無(wú)線(xiàn)工業(yè)應用技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，目前已可滿(mǎn)足3類(lèi)、4類(lèi)和5類(lèi)應用要求，也有了一些規模較小的應用實(shí)踐。

   近些年來(lái)，國外一些技術(shù)調查和咨詢(xún)公司發(fā)表的有關(guān)無(wú)線(xiàn)工業(yè)應用的市場(chǎng)預測報告，也與上述觀(guān)點(diǎn)一致，認為目前工業(yè)無(wú)線(xiàn)主要的應用集中在監控類(lèi)應用這一觀(guān)點(diǎn)。

   從技術(shù)上講，WireleessHART多年前就認證它構成閉環(huán)控制的可行性。在去年一些專(zhuān)業(yè)雜志也見(jiàn)到SP100.11a應用于閉環(huán)控制的論文。值得高興的是，基于WIA-PA無(wú)線(xiàn)標準的產(chǎn)品在2011年已經(jīng)用于實(shí)際的化工企業(yè)的閉環(huán)控制回路。

   在一個(gè)相當長(cháng)的時(shí)間內無(wú)線(xiàn)的工業(yè)應用主要歸于SP100中規定的第四類(lèi)和第五類(lèi)。我認為主要原因在于：從技術(shù)上講，無(wú)線(xiàn)短程網(wǎng)技術(shù)在毫秒級的實(shí)時(shí)傳輸、安全性和可靠性三方面尚未能全面滿(mǎn)足控制要求，也許要解決這些問(wèn)題還要相當長(cháng)的路要走；從認識上講，無(wú)線(xiàn)技術(shù)應該是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的重要補充，不太可能完全替代；從市場(chǎng)上講，占現有工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)約74%份額的監控無(wú)線(xiàn)應用，以及未來(lái)即將開(kāi)辟的新應用領(lǐng)域（如各種節能的領(lǐng)域），應該說(shuō)市場(chǎng)空間很大，還有大量的工作要做，值得供應商、系統集成公司和最終用戶(hù)去挖掘。 

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第三期