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更安全、更可靠、更易用的無線技術記“2005無線工廠應用高峰論壇”
http://www.kblhh.cn 2006-02-22 17:33 《中華工控網》原創
無線通訊技術在制造工廠的應用已成為繼現場總線與工業以太網之后，國際控制界又一個熱點技術。為使國內控制工程師與國際最新工廠無線技術、解決方案與產品有一個面對面的接觸，CONTROL ENGINEERING China于11月28日在上海金貿君悅酒店舉辦了2005無線工廠應用高峰論壇（Wireless in Factory Forum 2005，WFF 2005），共有250余名來自各行各業的控制工程師參加，這是目前國內第一次舉辦以無線工廠應用為主題的高峰論壇。
WFF 2005得到ISA-SP100、WINA、藍牙國際推進組織等國際權威機構的支持，由南京菲尼克斯電氣公司協辦，西門子（中國）公司與摩莎科技提供贊助。
近年來，國際主流自動化供應商與專業廠商所推出的無線技術與產品層出不窮，無線傳輸進入工業控制領域的趨勢無可質疑。VDC調查顯示，2006年全球在工業無線技術方面的花費將由2003年的7千5萬美元增長到超過1.83億美元。無線技術的安全性、可靠性、性價比以及無線通訊技術在工業領域的應用方案，是我國用戶普遍關心的話題。基于這樣的考慮，本次發展論壇以“更安全、更可靠、更易用的無線技術”為主題，致力于推動無線通訊技術在中國市場的普及與應用。
致辭
論壇的開始，首先由來自上海工業自動化儀表研究所的教授級高工彭瑜和南京菲尼克斯電氣公司總經理顧建黨為大會致辭。
專家們對無線通信網絡的分類與比較、無線技術的現狀與未來發展趨勢進行了言簡意賅的論述，為與會者展現了一幅清晰的無線技術工廠應用的藍圖。發言中提到，無線通信是工業自動化產品未來的新增長點，當前重要的發展方向是通信協議的標準化。對于可用于現場設備層的無線短程網，采用的主流協議是IEEE 802.15.4（ZigBee）；對于大數據容量的短程無線通信，則是IEEE 802.15.3；而對于適應較大傳輸覆蓋面和較大信息傳輸量的無線局域網，采用的是IEEE 802.11系列。其中應用的重點是無線短程網和無線局域網。
彭瑜指出：“現場設備層無線通信迅速進入工控領域，其中一個突破口是現場總線和無線通信技術的結合。”典型的產品和應用為：2004年Honeywell推出的基于ZigBee無線傳輸協議的無線變送器XYR 5000系列；OMRON的無線鏈接DeviceNet現場總線主站WD30-ME和從站WD30-SE；德國schild knecht公司推出的無線Profibus-DP產品DE 3000系列；ABB在瑞典的Boliden加工廠利用Ember的無線技術進行的無線通信評估試驗。
主旨報告
論壇邀請了ISA-SP100主席Wayne William Manges、藍牙國際推進組織亞太地區管理總監Eric Schneider、東南大學無線電通訊系教授胡愛群、上海通用汽車公司信息部主管李綦作專題報告。
1. 工廠無線國際標準
Wayne W. Manges作為美國儀器儀表協會（ISA）SP100工作委員會的主席，參與制定了工業無線自動化的ISA SP100標準，并在ORNL（Oak Ridge國家實驗室）執導極限測量交流中心（EMC2），該中心致力于促進嚴苛環境下的穩定交流頻道（特別是無線）的發展。Wayne就工廠無線應用的必要性、無線涉及的重要概念以及工廠無線的國際標準進行了論述。
他在發言中提到，據美國能源部研究顯示，傳感器的改善能夠節約10％的能源，無線技術是顯而易見的最佳選擇，而且它還可以節約配線的維護費用。另據Sensicast Systems與B&B Electronics聯合組織的最新調查顯示，53%的受訪者正計劃于未來12個月中采用無線傳感器網絡，相比于2005年1月進行的同類調查，該數字增長了8個百分比。可見在工業自動化市場，最終用戶和系統集成商對無線傳感器網絡技術表現出了越發濃郁的興趣。
無線傳輸在工控領域涉及的重要概念有：無線系統與現有系統的共存性（Co-existence），不同廠家設備的互可操作性（Interoper-ability）以及系統之間的相互協作性（Interworking），這些都有賴于制定能被普遍接受的無線通信協議。他在演講中重點介紹了“SP100用于自動化的無線系統標準”委員會的使命——該委員會著重在三方面制定可以用于工業現場的無線標準，最佳實踐和技術報告：其中包括運用無線技術的環境，無線通信設備和系統技術的生命周期和無線技術的應用。SP100會充分權衡無線技術工業應用的可靠性（例如擴頻技術FHSS，DSSS，UWB）、能耗性（例如各種無線通訊協議的頻寬比）和安全性（例如加密技術AES，WPA，WEP）。據Wayne透露，SP100標準有望于2006年中后期問世。
2. 無線基礎理論介紹
Eric Schneider一直致力于在亞太地區宣傳并發展藍牙無線技術的應用。他首先介紹了藍牙國際推進組織（Bluetooth SIG），它包括創始公司Agere、Ericsson、IBM、Intel、Nokia、Toshiba等以及數千家聯盟公司和應用公司。他認為無線技術在工業應用，需要解決成本、解決方案定制化和安全方面的問題，應充分考慮到信號的完整性和魯棒性。他強調最新的藍牙技術采用了頻率的兼容架構，信號每秒在79個不同頻段中隨機跳躍1000次，具有良好的安全性。在工廠內藍牙可以提供距離為100米的信號傳輸，內嵌藍牙的PDA一般用于設備的校準和監控。隨后，他簡要的對比了藍牙和ZigBee技術，并介紹了EKA系統在自動抄表方面的應用。
東南大學信息安全研究中心主任胡愛群進行了題為“無線局域網技術及其在工業控制中的應用”的演講。他概述了無線局域網發展過程和系列標準，并在此基礎上，以IEEE 802.11b標準為主介紹無線局域網的物理層和訪問控制層技術，以及與外設的接口問題。他還提及了WLAN與其它網絡的融合，并討論了無線局域網技術在工業控制中的應用，包括數據采集、視頻監控等。他認為WLAN未來的發展方向有：更高的通訊速率（IEEE802.11n）；智能天線進一步提高頻譜利用率，增加覆蓋范圍；與Wimax融合，支持高速、移動接入。
據統計在2005年，藍牙設備的出貨量為2.18億套，IMS Research認為阻礙藍牙發展的最大障礙是成本問題。Forward Concepts公司則預測WLAN設備的平均銷售價格將下降23%，全球WLAN設備出貨量會在2005年達到52億美元，并將在2006年繼續以較高的幅度增長，達到59億美元的水平。
3. 工廠無線解決方案
李綦講述了工業無線通訊技術在上海通用汽車（SGM）的應用。他在敘述了SGM的概況和所使用的工業無線技術（包括IEEE 802.11b、ANSI 371.1、SIEMENS MOBY識別系統和GPRS）之后，重點依次介紹了在SGM中應用的無線系統：無線電子拉動系統（RF-EPS）、便攜式程序測試頭（PPTH）、自動車輛向導系統（AGV）、整車質量評審系統（GCA）、車輛遠程故障診斷系統（Connected Vehicle）及自動車輛識別系統（AVI）。通過將實施了無線技術前后的系統和操作流程進行了對比，凸現了無線技術的優點，更展示了SGM基于精益生產理念，建立一致的、集中的、整合的IT基礎設施、系統及運作的構想。
供應商報告
針對工廠無線產品與解決方案，南京菲尼克斯電氣公司無線產品專家黃軼青、西門子（中國）公司無線產品經理姜傳輝分別對各自公司的無線產品進行了講解。
菲尼克斯電氣的無線產品基于TRUSTED Wireless等技術，它采用跳頻擴頻技術（FHSS），具有非常高的安全性和很遠的傳輸距離，是一種創新的遠程傳輸模擬量/開關量信號的技術。菲尼克斯電氣的RAD系列無線產品廣泛應用于水處理、機車通訊、油罐區等場合。該產品系列即支持單向傳輸（傳輸周期27ms），也支持雙向傳輸（傳輸周期37ms）；可傳輸的信號數量可達66個開關量或33個模擬量。
SCALANCE W是西門子工業無線局域網產品系列。它基于無線局域網（WLAN）技術國際標準IEEE802.11，幫助用戶實現移動設備與固定網絡的通訊，也可以實現移動設備間的通訊，堅固、可靠、安全。它適用于各種工業環境，即使在極惡劣的情況下也能夠保證網絡的可靠性和安全性。SCALANCE W788-1/ WC88-2接入點模塊，用于搭建無線局域網，SCALANCE W744-1客戶端模塊，用于將PLC等設備接入無線局域網。隨后進行的現場演示，讓與會者身臨其境的體會了產品的性能。
現場問答
論壇的最后，還安排了主題為“無線通訊技術在中國制造企業的應用”的互動環節，論壇聽眾與各專題報告演講人就感興趣的問題進行了熱烈的交流和討論。專家們和與會者通過此次高峰論壇，對于無線技術在工業領域應用得出了如下共識：
n 無線傳輸目前尚處在發展的早期階段。無線技術首先會用在樓宇自動化、自動抄表、事故響應、設備監控等；當前較適宜應用的行業有：汽車制造、食品加工、制藥和設備資產跟蹤等。
n 無線傳輸不適用于高速控制的場合。但是實踐證明對大多數監控和慢速控制場合，它足夠可靠；也就是說可以用在將近80%的自動化和過程控制場合。
n 現有現場總線的無線傳輸的可行性正在評估。HART基金會已成立無線HART工作組，要求2006年初拿出規范草案，確定通過ZigBee實現HART的可行性。
n 工廠無線技術種類繁多，技術特征差異比較大，用戶應該根據自身實際情況選擇合適的方案；無線通信是現有有線通信系統的一種發展和重要補充，決非一種替代。
基于2005無線工廠應用高峰論壇所取得的良好效果與反饋，CONTROL ENGINEERING China今年還將繼續舉辦無線工廠應用高峰論壇，誠如ISA-SP100主席Wayne William Manges所言：“對于工業無線，目前用于技術改進的資金來源充沛，各種解決方案和成功應用案例紛紛呈現，誰將會是工業無線通訊技術領域的下一個主角呢？”推動無線通訊技術在中國工廠的應用，我們責無旁貸。
中國工業無線通訊市場凸現潛力
WFF 2005得到ISA-SP100、WINA、藍牙國際推進組織等國際權威機構的支持，由南京菲尼克斯電氣公司協辦，西門子（中國）公司與摩莎科技提供贊助。
近年來，國際主流自動化供應商與專業廠商所推出的無線技術與產品層出不窮，無線傳輸進入工業控制領域的趨勢無可質疑。VDC調查顯示，2006年全球在工業無線技術方面的花費將由2003年的7千5萬美元增長到超過1.83億美元。無線技術的安全性、可靠性、性價比以及無線通訊技術在工業領域的應用方案，是我國用戶普遍關心的話題。基于這樣的考慮，本次發展論壇以“更安全、更可靠、更易用的無線技術”為主題，致力于推動無線通訊技術在中國市場的普及與應用。
致辭
論壇的開始，首先由來自上海工業自動化儀表研究所的教授級高工彭瑜和南京菲尼克斯電氣公司總經理顧建黨為大會致辭。
專家們對無線通信網絡的分類與比較、無線技術的現狀與未來發展趨勢進行了言簡意賅的論述，為與會者展現了一幅清晰的無線技術工廠應用的藍圖。發言中提到，無線通信是工業自動化產品未來的新增長點，當前重要的發展方向是通信協議的標準化。對于可用于現場設備層的無線短程網，采用的主流協議是IEEE 802.15.4（ZigBee）；對于大數據容量的短程無線通信，則是IEEE 802.15.3；而對于適應較大傳輸覆蓋面和較大信息傳輸量的無線局域網，采用的是IEEE 802.11系列。其中應用的重點是無線短程網和無線局域網。
彭瑜指出：“現場設備層無線通信迅速進入工控領域，其中一個突破口是現場總線和無線通信技術的結合。”典型的產品和應用為：2004年Honeywell推出的基于ZigBee無線傳輸協議的無線變送器XYR 5000系列；OMRON的無線鏈接DeviceNet現場總線主站WD30-ME和從站WD30-SE；德國schild knecht公司推出的無線Profibus-DP產品DE 3000系列；ABB在瑞典的Boliden加工廠利用Ember的無線技術進行的無線通信評估試驗。
主旨報告
論壇邀請了ISA-SP100主席Wayne William Manges、藍牙國際推進組織亞太地區管理總監Eric Schneider、東南大學無線電通訊系教授胡愛群、上海通用汽車公司信息部主管李綦作專題報告。
1. 工廠無線國際標準
Wayne W. Manges作為美國儀器儀表協會（ISA）SP100工作委員會的主席，參與制定了工業無線自動化的ISA SP100標準，并在ORNL（Oak Ridge國家實驗室）執導極限測量交流中心（EMC2），該中心致力于促進嚴苛環境下的穩定交流頻道（特別是無線）的發展。Wayne就工廠無線應用的必要性、無線涉及的重要概念以及工廠無線的國際標準進行了論述。
他在發言中提到，據美國能源部研究顯示，傳感器的改善能夠節約10％的能源，無線技術是顯而易見的最佳選擇，而且它還可以節約配線的維護費用。另據Sensicast Systems與B&B Electronics聯合組織的最新調查顯示，53%的受訪者正計劃于未來12個月中采用無線傳感器網絡，相比于2005年1月進行的同類調查，該數字增長了8個百分比。可見在工業自動化市場，最終用戶和系統集成商對無線傳感器網絡技術表現出了越發濃郁的興趣。
無線傳輸在工控領域涉及的重要概念有：無線系統與現有系統的共存性（Co-existence），不同廠家設備的互可操作性（Interoper-ability）以及系統之間的相互協作性（Interworking），這些都有賴于制定能被普遍接受的無線通信協議。他在演講中重點介紹了“SP100用于自動化的無線系統標準”委員會的使命——該委員會著重在三方面制定可以用于工業現場的無線標準，最佳實踐和技術報告：其中包括運用無線技術的環境，無線通信設備和系統技術的生命周期和無線技術的應用。SP100會充分權衡無線技術工業應用的可靠性（例如擴頻技術FHSS，DSSS，UWB）、能耗性（例如各種無線通訊協議的頻寬比）和安全性（例如加密技術AES，WPA，WEP）。據Wayne透露，SP100標準有望于2006年中后期問世。
2. 無線基礎理論介紹
Eric Schneider一直致力于在亞太地區宣傳并發展藍牙無線技術的應用。他首先介紹了藍牙國際推進組織（Bluetooth SIG），它包括創始公司Agere、Ericsson、IBM、Intel、Nokia、Toshiba等以及數千家聯盟公司和應用公司。他認為無線技術在工業應用，需要解決成本、解決方案定制化和安全方面的問題，應充分考慮到信號的完整性和魯棒性。他強調最新的藍牙技術采用了頻率的兼容架構，信號每秒在79個不同頻段中隨機跳躍1000次，具有良好的安全性。在工廠內藍牙可以提供距離為100米的信號傳輸，內嵌藍牙的PDA一般用于設備的校準和監控。隨后，他簡要的對比了藍牙和ZigBee技術，并介紹了EKA系統在自動抄表方面的應用。
東南大學信息安全研究中心主任胡愛群進行了題為“無線局域網技術及其在工業控制中的應用”的演講。他概述了無線局域網發展過程和系列標準，并在此基礎上，以IEEE 802.11b標準為主介紹無線局域網的物理層和訪問控制層技術，以及與外設的接口問題。他還提及了WLAN與其它網絡的融合，并討論了無線局域網技術在工業控制中的應用，包括數據采集、視頻監控等。他認為WLAN未來的發展方向有：更高的通訊速率（IEEE802.11n）；智能天線進一步提高頻譜利用率，增加覆蓋范圍；與Wimax融合，支持高速、移動接入。
據統計在2005年，藍牙設備的出貨量為2.18億套，IMS Research認為阻礙藍牙發展的最大障礙是成本問題。Forward Concepts公司則預測WLAN設備的平均銷售價格將下降23%，全球WLAN設備出貨量會在2005年達到52億美元，并將在2006年繼續以較高的幅度增長，達到59億美元的水平。
3. 工廠無線解決方案
李綦講述了工業無線通訊技術在上海通用汽車（SGM）的應用。他在敘述了SGM的概況和所使用的工業無線技術（包括IEEE 802.11b、ANSI 371.1、SIEMENS MOBY識別系統和GPRS）之后，重點依次介紹了在SGM中應用的無線系統：無線電子拉動系統（RF-EPS）、便攜式程序測試頭（PPTH）、自動車輛向導系統（AGV）、整車質量評審系統（GCA）、車輛遠程故障診斷系統（Connected Vehicle）及自動車輛識別系統（AVI）。通過將實施了無線技術前后的系統和操作流程進行了對比，凸現了無線技術的優點，更展示了SGM基于精益生產理念，建立一致的、集中的、整合的IT基礎設施、系統及運作的構想。
供應商報告
針對工廠無線產品與解決方案，南京菲尼克斯電氣公司無線產品專家黃軼青、西門子（中國）公司無線產品經理姜傳輝分別對各自公司的無線產品進行了講解。
菲尼克斯電氣的無線產品基于TRUSTED Wireless等技術，它采用跳頻擴頻技術（FHSS），具有非常高的安全性和很遠的傳輸距離，是一種創新的遠程傳輸模擬量/開關量信號的技術。菲尼克斯電氣的RAD系列無線產品廣泛應用于水處理、機車通訊、油罐區等場合。該產品系列即支持單向傳輸（傳輸周期27ms），也支持雙向傳輸（傳輸周期37ms）；可傳輸的信號數量可達66個開關量或33個模擬量。
SCALANCE W是西門子工業無線局域網產品系列。它基于無線局域網（WLAN）技術國際標準IEEE802.11，幫助用戶實現移動設備與固定網絡的通訊，也可以實現移動設備間的通訊，堅固、可靠、安全。它適用于各種工業環境，即使在極惡劣的情況下也能夠保證網絡的可靠性和安全性。SCALANCE W788-1/ WC88-2接入點模塊，用于搭建無線局域網，SCALANCE W744-1客戶端模塊，用于將PLC等設備接入無線局域網。隨后進行的現場演示，讓與會者身臨其境的體會了產品的性能。
現場問答
論壇的最后，還安排了主題為“無線通訊技術在中國制造企業的應用”的互動環節，論壇聽眾與各專題報告演講人就感興趣的問題進行了熱烈的交流和討論。專家們和與會者通過此次高峰論壇，對于無線技術在工業領域應用得出了如下共識：
n 無線傳輸目前尚處在發展的早期階段。無線技術首先會用在樓宇自動化、自動抄表、事故響應、設備監控等；當前較適宜應用的行業有：汽車制造、食品加工、制藥和設備資產跟蹤等。
n 無線傳輸不適用于高速控制的場合。但是實踐證明對大多數監控和慢速控制場合，它足夠可靠；也就是說可以用在將近80%的自動化和過程控制場合。
n 現有現場總線的無線傳輸的可行性正在評估。HART基金會已成立無線HART工作組，要求2006年初拿出規范草案，確定通過ZigBee實現HART的可行性。
n 工廠無線技術種類繁多，技術特征差異比較大，用戶應該根據自身實際情況選擇合適的方案；無線通信是現有有線通信系統的一種發展和重要補充，決非一種替代。
基于2005無線工廠應用高峰論壇所取得的良好效果與反饋，CONTROL ENGINEERING China今年還將繼續舉辦無線工廠應用高峰論壇，誠如ISA-SP100主席Wayne William Manges所言：“對于工業無線，目前用于技術改進的資金來源充沛，各種解決方案和成功應用案例紛紛呈現，誰將會是工業無線通訊技術領域的下一個主角呢？”推動無線通訊技術在中國工廠的應用，我們責無旁貸。
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