迎接无线发展新机遇

本刊记者/曹银平

迎接无线发展新机遇

本刊记者/曹银平

菲尼克斯工业通讯产品高级市场工程师　张宏涛

摩莎科技（上海）有限公司无线产品经理 邓波

美国邦纳工程国际有限公司产品部高级产品专员　黄胡清

美国红狮控制通讯与无线产品专家王凯

如今，中国的无线通讯技术在工业领域运用越来越广，从原来的有线传输转化为无线传输是一种质的飞跃，同时也体现出我国通讯事业未来的发展趋势。未来工厂中的机器设备将通过网络连接在一起，利用自动化软件实现可视化管理。其中重要的一环就是要实现智能制造设备的互联互通，无线技术作为有线通讯的一种补充方式，在快速互联以及布线有难度或成本较高的场合体现出了操作简便、易于使用和免维护的特点。数据显示，未来3年全球工业以太网和工业无线通讯市场的年均增长率为35%，这表明工业通讯与无线技术逐渐步入自动化行业的主流之列。高速发展的中国自动化市场将推动无线通讯技术走得更远。

自动化博览：贵公司为用户提供的“工业通讯与无线技术”产品有哪些？有何独特的优势？

张宏涛：菲尼克斯电气不仅是工业通讯与无线技术产品的供应商，更是一家可以提供包括PLC、I/O、触摸屏、软件等产品在内的自动化公司。我们深刻地了解自动化应用中对于工业通讯与无线技术的需求，针对性地开发了一些有特色的产品。对于工业无线通讯产品如WLAN产品，菲尼克斯电气的产品具有支持主流工业以太网协议（如Profinet、EtherNet/IP），设备可以集群管理、数据高速通讯、工作温度宽等特点。

邓波：Moxa已在工业无线领域深耕多年，提供了诸多可靠性高、技术领先的产品和解决方案。由于工业环境通常非常恶劣，必须承受水、灰尘、电磁干扰/噪声和极端温度等诸多考验。为了迎接这些挑战，Moxa的户外无线设备AWK系列支持IP68等级，具有-40℃～75℃的宽温设计。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EN61000-6-2标准以及石油天然气行业的ATEX Zone 2和UL C1D2标准（AWK-3121），在恶劣的环境中可以为客户搭建一个安全可靠的无线局域网。安全降低网络切换时间是对无线局域网的一个基本要求，Moxa创新的无线漫游技术可以极大地降低漫游切换时间（低至50 ms以下），克服了信息传输中连接中断的问题。Moxa推出的全系列高带宽工业无线解决方案，可为各种工业应用提供基于无线网络的视频传输。Moxa高带宽工业无线产品采用工业等级设计，具有低延时、无缝漫游等特点，包括支持802.11n的无线局域网，以及满足HSPA的无线广域网解决方案，特别适用于对带宽有迫切需要的应用，如网络监控或视频传输等。

黄胡清：邦纳电子是全球顶尖的自动化技术专家和整体解决方案提供者。公司拥有四十多年的产品研发经验，邦纳推出的无线通讯产品具有如下五点优势：（1）采用私有网络协议，最大程度保证了网络安全；（2）采用跳频扩频技术，保证网络具备优良的抗干扰能力；（3）可以兼容众多厂家的仪器仪表；（4）提供完整全面的仪表信号接入类型；（5）操作使用简便，十几分钟内即可快速组网。

王凯：红狮旗下的Sixnet RAM9000无线蜂窝RTU，高度集成4G网络、GPRS/EDGE和TCP/IP技术，可实现点对点、点对多点等灵活无线组网方式；通讯距离长，可用于各种恶劣的工业现场；内置防火墙，支持为用户数据提供VPN和透明传输通道，提供各种路由协议；自带多路I/O点，通讯接口十分丰富。红狮旗下N-Tron的702-W，支持802.11n在内的各种无线Wi-Fi协议，拥有3×3 MIMO天线，传输距离长，穿透力强。还支持WDS传输模式、WPA/WPA2加密模式、ACL、远程接入。

自动化博览：贵公司的产品目前主要应用在那些行业？请简单介绍一个贵公司在“工业通讯与无线技术”领域的成功案例。

邓波：Moxa工业无线产品在很多领域都有广泛应用，如无线行车、AVG小车、机床监控等工厂自动化的应用。

在AGV（自动导引车）系统中Moxa的AWK-1121/1127系列产品发挥着重要的作用。随着现代仓储管理系统的不断提升，工程人员采用大量的AGV（自动导引车）来替代传统的人工叉车，这样可以降低运营成本，也会大大提升效率。为了确保操作运营的可靠性，工程人员要对整个仓库中的AGV进行管理和监控，于是他们采用了一种自动识别和数据采集（AIDC）技术，通过WLAN网络实现该功能。为了导航和监控无人AGV在工作区通道上的行进情况，必须通过车载传感器和收发器进行不间断地数据采集和发送。在如此狭小空间的AGV上装有20多个传感器和控制器，在系统设计时，每一个组件的尺寸都是必须考虑的重要因素。AWK-1121/1127系列是Moxa具有最小尺寸的工业级无线客户端。产品设计紧凑，甚至低于一罐汽水的高度，这样可以放在AGV中，既不占用空间，也可以有效地整合其他组件，从而实现AGV数据的无线通讯。除此之外，AWK-1121/1127系列还支持802.11 a/b/g标准，以及Moxa专利的Turbo Roaming™快速漫游切换技术，可在100ms内实现快速切换。产品还具有工业级IP30外壳，可适用于恶劣的工业环境。只需在AGV上安装一台AWK-1121，工程人员可以远程控制AGV的行驶、存储和检索货品，整个过程非常可靠稳定，可以创建一个更灵敏、更高效的仓储维护系统。

王凯：红狮的无线产品在石油石化、水利、电力调度、市政、冶金等行业广泛使用。

一个知名汽车厂商选用了红狮N-Tron702无线以太网设备，用于建立工厂生产和调度系统、仓库部件传送系统、用于传送部件到生产线的自动导引车系统之间的通信。在组装点上需要的部件必须同步匹配到可供选择的产品零件型号。电气噪音、极端震动和温度需求，包括此类应用的数据带宽需求，都是目前市场中大部分无线设备所无法达到的。红狮N-Tron702-W IEEE 802.11n无线设备使用多入多出/空分复用型（MIMO/SDM）3根天线，能够安全保障此类应用的环境和带宽需求。并且降低了线缆的费用，部署简单，满足实时数据需求以及设备的机动性。

黄胡清：邦纳能够快速响应客户需求，并提供定制化服务。提供以无线为核心，整合周边设备的集成化服务。目标客户涉及石化、冶金、材料、水处理、重型机械以及汽车等。

目前国家大力推行企业节能减排，企业也逐渐意识到在生产过程中节约能源消耗对于降低产品成本的重要性。由于企业的电表、水表、气表分散在厂区的各个不同位置，为了将这些信号采集并统一监控，就必须因地制宜设计线缆铺设走向。由于厂区面积达到十几平方公里，期间有厂房，管线等各种建筑物。显然有线方式并不是最简便经济的方法，此时利用无线方式是一个不错的选择。在西部地区的一个工厂内已经使用了邦纳无线网络来监视全厂主要供水管网中的流量，以便做到科学预结算。操作使用简便，可快速组网，抗干扰能力强是邦纳无线的优势。与有线方式相比，无线方案帮助用户节省了将近55%的预算。

张宏涛：菲尼克斯电气的无线产品和技术目前在电力、水泥、冶金、港口、物流仓储、风电、石化、汽车等行业及领域都得到了广泛的应用，并且获得了众多客户的好评。

在物流仓储行业，菲尼克斯电气的WLAN5100作为无线通讯设备成功地应用到了自动化立体冷库中。这个自动化立体冷库中有几十条巷道，每条巷道都有1台轨道车和1台升降机，当设备运行的时候，地面控制中心、轨道车、升降机三者之间需要进行高速通讯。传统的解决方案是采用滑触线或者柔性电缆的方法进行通讯，但无论是滑触线还是柔性电缆都需要增加特殊的机械结构，并且维护起来都非常麻烦，在冷库的低温环境特性下，维护的难度及成本会更高。客户选用了菲尼克斯电气的WLAN5100作为无线通讯设备，其优良特性给客户带来了众多收益，如WLAN5100在设备安装及调试好之后不需要维护，大大降低了设备使用中的维护成本；WLAN510最低-40℃的工作温度，无惧冷库中的低温环境，避免无线设备被冻坏而造成非正常的设备停机损失；300Mbps的高速带宽以及对工业以太网协议的支持使WLAN5100对高速通讯应付自如，设备可以高节拍运行，大大提高了生产效率。

自动化博览：无线技术在工业应用领域日渐成熟，您认为工业通讯与无线技术发展的主要驱动力是什么？

黄胡清：制造成本的提高呼唤自动化，要求自动化设备高可靠性和免维护。换言之就是设备开机率要高。而有线网络连接80%的潜在故障在于通讯电缆磨损和接头老化，所以无线作为一种无接触数据传输方式。很好地满足了以上应用要求。

企业快速运营决策的需要。决策来自于对现场一手数据的及时获取，而面对生产现场海量的数据，传统的低效率离散的获取方式（例如人工巡检抄表）显然是不适合。通讯方式下的数据都是以兆、百兆，甚至千兆计算的。

快速移动互联，信息化社会，一切都处于动态运行中。身处任何地方都要第一时间获取信息。这就要求有可靠安全的无线接入。

张宏涛：高速发展的广阔市场是工业通讯与无线技术发展的驱动力。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、生产、推广、应用。应用成功了，则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，工业通讯与无线技术就会继续高速向前发展。

王凯：无线协议的逐步成熟、无线设备数量和种类的激增、接入技术不断改进、费用的降低等，在这些因素的推动下，无线应用的市场已经愈发完善，很多无线设备制造商跃跃欲试，同时无线服务业务也被大力推进扩展。以太网、互联网等网络架构已越来越广泛地应用于自动化工业领域。

自动化博览：您认为在中国自动化领域开拓工业通讯和无线技术市场还面临哪些挑战？如何应对？

黄胡清：目前无线传感器网络技术在实际应用过程中，主要存在着以下制约因素，成本：传感器网络节点的成本是制约其大规模广泛应用的重要因素，需根据具体应用的要求均衡成本、数据精度及能量供应时间；功耗：大部分的应用领域需要网络采用一次性独立供电系统，因此要求网络工作能耗低，延长网络的生命周期，这是扩大应用的重要因素；认知：用户对应用环境与无线信号变化之间的关系不理解，会影响到对无线工作稳定性的判断。邦纳公司致力于在未来的研究中克服这些因素，使网络可以应用到更多的领域。

张宏涛：主要问题在于人们对工业通讯与无线技术还不是非常的熟悉，并且对于具体的应用还不是非常有经验。所以目前需要解决的关键问题一个是加大工业通讯和无线技术的市场推广力度，使大家更加熟悉和了解这个技术；另外一个是工业通讯与无线技术在各个现场的应用经验还不是非常丰富，需要持续不断的积累。

邓波：无线网络所提供的网络服务非常有效，但它较易受环境干扰，导致数据包丢失过多，重传频繁，因此无法应用在那些对网络延迟较敏感的行业中。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/RFI（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。为了解决此类问题，Moxa推出了双射频解决方案，可以实质性地消除无线干扰对通讯的影响，随机的干扰能够同时影响到两个频段(2.4GHz和5GHz)的几率是微乎其微的。为了保证无线视频监控系统的连接安全性，传输速率应达到数兆。由于无线的干扰，实时监控过程中会发生跳帧，屏幕卡死或连接中断等不良现象。Moxa的无线AP产品通过了国际网络安全协会的SafetyNet p认证，提供冗余的无线链路，保证实时以太网连接。两个独立的RF模块可以冗余地同时传输数据，消除频段切换时数据丢包的可能性，重发数据包的请求频率也显著降低。此外，Moxa的无线设置支持RSTP协议的网络冗余，电源输入和PoE功能则实现了电源冗余。正因为具有多种冗余机制，可以确保网络随时在线。

自动化博览：您对中国工业通讯与无线技术市场的发展有怎样的预期？贵公司未来的发展方向是什么？

王凯：中国的无线通讯技术在工业领域的运用越来越广，从原来的有线传输转化为无线传输是一种质的飞跃，同时也体现出我国通讯事业的发展趋势。在全面运用通讯技术的同时要做好各项准备工作，做好通讯技术和模式的改革。工厂无线通讯的发展前景良好，国内业界应该更紧密地关注该项技术，进行更好的运用和发展，也能促进我国工业行业的长足发展。

红狮无线今后的研究方向主要集中在安全性、可靠性、能耗性、移动漫游、网络管理以及与其它移动通信系统之间的关系等问题上。其发展方向有：更高的通讯速率；进一步提高频谱利用率，增加覆盖范围；与其他无线协议融合，支持高速、移动接入。现场总线的无线传输的可行性正在评估，无线通讯技术将会和现场总线技术更加紧密结合。

邓波：纵观测控系统网络化的发展历程，从仪表电气、现场总线、工业以太网到无线网络，我们可以注意到目前无线融入技术与有线—无线异构网络成为测控网络化的发展趋势，而这也从一方面助推着物联网在工业领域的深化发展。无线通讯技术能够在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高宽带的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构。目前，无线通讯技术已经从最初的作为有线技术的补充发展为无线有线共存，最终将会发展到实现感知网络，实现工业环境下的物联网世界。物联网的兴起为无线技术带来了新的发展机遇。

Moxa已在工业无线领域深耕多年，提供了诸多高可靠的领先产品和解决方案。越来越多的热点被部署在工业现场，且需要基于无线网络提供视频传输的视频监控系统。这对操作人员带来更高的要求，因为他们不仅要关注支持高带宽的无线设备，如802.11n或HSPA产品，还需要考虑构建一个稳定可靠的工业无线网络。为了实现这一点，无线设备必须提供实时通信以及无缝漫游切换的功能，且需要具备工业等级的设计，以满足工业环境的苛刻需求，Moxa的产品可以实现这一切。

黄胡清：工厂自动化正步入快速发展阶段，各种工业总线和工业以太网技术越来越被用户所了解并使用。积累了大量的成功应用经验，并且从中受益。无线技术作为有线通讯的一种补充方式，在快速互联以及布线有难度或成本较高的场合体现出了操作简便，易于使用和免维护的特点。在过程自动化行业，尽管有部分企业使用了工业总线通讯，但是大部分出于安全考虑依旧以传统的导线传送信号，这预示着中国的无线技术市场还有十分广阔的发展空间。倡导有限度地提供以无线为核心、整合周边设备的集成化服务将是邦纳未来的发展方向。