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无线通信技术的工业应用有待突破
作者：不详
来源：《今日自动化》
日期：2010-05-04 15:24:51
摘要：无线通讯作为当今世界最具活力的新兴技术之一，具有有线技术无法或很难取代的优势，并且已经逐步渗透到工业控制的各个环节。在工业控制领域，无线通讯技术正成为继现场总线、工业以太网技术后的又一个热点。
随着工业无线通讯技术的问世及随之而来的技术革新及机遇，无线设备在生产制造行业的市场得到了迅速的扩张。在工业控制领域，无线通讯技术正成为继现场总线、工业以太网技术后的又一个热点。
迅速崛起的工业无线通讯技术
调查显示，全球工业无线通讯市场规模已经超过13亿美元，并会在未来的几年中持续保持15%左右的年增长水平。无线通信技术无疑将对新老生产设备及工艺流程的自动化改造产生深远的影响。
无线通讯作为当今世界最具活力的新兴技术之一，具有有线技术无法或很难取代的优势，并且已经逐步渗透到工业控制的各个环节。在中国，无线通讯技术的优势同样被业界所认可与接受，应用也越来越普及，市场正在蓬勃发展。国内的一些高校如清华大学、浙江大学等，研究单位如中科院沈阳自动化所都开展了无线通信网络应用于工业自动化控制的研发，并取得了一定的成果。
根据Venture Development Corporation（VDC）公司的调查显示，2006年全球在工业无线技术方面的花费由2003年的7500万美元增长到超过1.83亿美元。而近年来，国际主流自动化供应商与专业厂商所推出的无线技术与产品层出不穷，无线传输进入工业控制领域的趋势无可质疑。由于能在灵活性、电缆减少带来的成本减少以及关键信息拓展测试等方面带来大量好处，无线解决方案正在融入工业应用领域。
美国能源部的一项研究显示，传感器的改善能够节约10％的能源，无线技术显然是改善工业环境的最佳选择，而且它还可以节约相应的配线维护费用。因此，美国能源部将工业无线技术列为实现到2020年美国工业整体能耗降低5％目标的主要技术手段之一。另据Sensicast Systems与B&B Electronics联合组织的最新调查显示，53%的受访者正计划于未来12个月中采用无线传感器网络，相比于2005年1月进行的同类调查，增长了8个百分比。可见在工业自动化市场，最终用户和系统集成商对无线传感器网络技术表现出了越发浓郁的兴趣。
当前重要的工业无线技术发展方向是通信协议的标准化。对于可用于现场设备层的无线短程网，采用的主流协议是ieee 802.15.4（zigbee），对于大数据容量的短程无线通信，则是ieee 802.15.3，而对于适应较大传输覆盖面和较大信息传输量的无线局域网，采用的是ieee 802.11系列。其中应用的重点是无线短程网和无线局域网。
由于无线技术能在众多方面带来大量好处，无线传输技术进入工业领域为大势所趋。然而，一些行业采用无线技术的比率一直低迷。全国工业过程测量和控制标准化技术委员会副主任委员刘枫教授指出，目前无线的应用主要停留在应用层，作为有线传输的补充。这主要是由于终端用户面临巨大挑战和使用无线技术带来的风险等造成的，包括产品的可靠性、保密和安全性等。其中，无线技术的安全性、可靠性、性价比以及无线通讯技术在工业领域的应用方案，是我国用户普遍关心的话题。
工业无线技术的应用有待冲破阻力
尽管无线通信及相关技术已经开始大量应用于商业与民用环境中，但是全球市场研究公司IMS Research对工厂自动化的最新调查研究显示依然存在一些问题阻碍了无线技术更为广泛的应用。专家指出，无线技术在工业应用的最终实现，还需要解决成本、解决方案定制化和安全方面等一系列问题。
IMS Research认为阻碍蓝牙发展的最大障碍是成本问题，Forward Concepts公司则预测无线局域网设备的平均销售价格将下降23%。随着成本问题的下降，对阻碍工业无线技术发展的实质原因的探讨开始提上议程。
现今，机器制造商和最终用户采用无线通信的最大障碍在于无线通信的可靠性。重型机械的使用有可能会中断无线信号，工厂自动化中，收集可靠、详尽的机器数据的重要性加剧，目前来看有线解决方案还是最佳的选择。
当前的无线技术以TCP/IP为基础，根据设计，它可在无连接及不可靠的通信网络基础设施中以全力交付模式传输数据包。该传输控制协议使得在不可靠的因特网协议网络上实现以连接为导向的可靠传输成为可能。然而，IP网络在出现传输错误时或在网络阻塞阶段会丢失数据包，而又不通知上层协议。
虽然TCP/IP提供了任意网络条件下的可调节性，但它也在数据包交付时间上带来了极大的差异，此差异也称为网络等待时间。而对于大多数工业应用来说，上述延迟是不能接受的。由于基于因特网的各个协议都不能真正满足工业应用的要求，当前各厂商提供的无线解决方案就只能作为工作区解决方案（是将标准协议包裹在专利技术协议之外），从而使得各公司只能局限于单一的销售商，而不能从价格和特性的竞争中受益。
安全性是无线传输技术有待解决的另一大问题。由于所有无线网络都以空气作为传输数据的介质，因此容易受到窃听。各公司必须采取适当的加密机制以保护敏感数据，特别是其知识产权。加密数据的密钥必须定期更新，这在人员配置和可能的停机时间方面提出了巨大挑战。
除此以外，来自其他无线设备的干扰以及对其他无线设备造成干扰成为阻碍无线技术在工业应用最终实现的又一个难问题。由于当前的无线技术使用工业、科学和医疗频带，因此系统须同其他无线网络并存。由于同915 MHz相比利用较低，5.8 GHz相比节约成本，因此系统通常使用2.4 GHz的范围，这也是蓝牙和其他IEEE 802.11技术工作的范围。
另一方面，工厂自动化中的保守派也限制了无线通信网络的建立，既然有线的还能用，为什么要换成无线的呢？话虽如此，还是有越来越多的公司加入到无线产品应用行列中来，开始专门定制工厂环境下坚固耐用的无线产品。这些公司通过选用正确的基础设施和无线技术，提高其工业网络的性能。无线产品价格下降同样促进公司将有线网络转化为无线网络，或两者同时使用。尤其是在现在的经济形势下，无线网络的初期投入要低于有线网络。举例来说，一个污水处理厂从离中控室几百米的地方汲水，用无线网络能节省大量的费用。状况监视应用无线网络同样能减少部件费用，例如用于监视旋转功能的集电环在无线条件下就无须购买，可以用一个无线传感器代替。
根据预测，到2013年，全球工厂自动化中的无线通信系统应用将每年增加约40%。在某种程度上，增长将由自动化元件供应商促进完成。他们已经逐步认识到无线技术将是下一个技术腾飞的基础，大大提升工厂效能与保证用户的安全。现在机械制造商和最终用户需要考虑的问题是，如何去选择最为适合的无线网络应用，以保证利润的最大化。
迅速崛起的工业无线通讯技术
调查显示，全球工业无线通讯市场规模已经超过13亿美元，并会在未来的几年中持续保持15%左右的年增长水平。无线通信技术无疑将对新老生产设备及工艺流程的自动化改造产生深远的影响。
无线通讯作为当今世界最具活力的新兴技术之一，具有有线技术无法或很难取代的优势，并且已经逐步渗透到工业控制的各个环节。在中国，无线通讯技术的优势同样被业界所认可与接受，应用也越来越普及，市场正在蓬勃发展。国内的一些高校如清华大学、浙江大学等，研究单位如中科院沈阳自动化所都开展了无线通信网络应用于工业自动化控制的研发，并取得了一定的成果。
根据Venture Development Corporation（VDC）公司的调查显示，2006年全球在工业无线技术方面的花费由2003年的7500万美元增长到超过1.83亿美元。而近年来，国际主流自动化供应商与专业厂商所推出的无线技术与产品层出不穷，无线传输进入工业控制领域的趋势无可质疑。由于能在灵活性、电缆减少带来的成本减少以及关键信息拓展测试等方面带来大量好处，无线解决方案正在融入工业应用领域。
美国能源部的一项研究显示，传感器的改善能够节约10％的能源，无线技术显然是改善工业环境的最佳选择，而且它还可以节约相应的配线维护费用。因此，美国能源部将工业无线技术列为实现到2020年美国工业整体能耗降低5％目标的主要技术手段之一。另据Sensicast Systems与B&B Electronics联合组织的最新调查显示，53%的受访者正计划于未来12个月中采用无线传感器网络，相比于2005年1月进行的同类调查，增长了8个百分比。可见在工业自动化市场，最终用户和系统集成商对无线传感器网络技术表现出了越发浓郁的兴趣。
当前重要的工业无线技术发展方向是通信协议的标准化。对于可用于现场设备层的无线短程网，采用的主流协议是ieee 802.15.4（zigbee），对于大数据容量的短程无线通信，则是ieee 802.15.3，而对于适应较大传输覆盖面和较大信息传输量的无线局域网，采用的是ieee 802.11系列。其中应用的重点是无线短程网和无线局域网。
由于无线技术能在众多方面带来大量好处，无线传输技术进入工业领域为大势所趋。然而，一些行业采用无线技术的比率一直低迷。全国工业过程测量和控制标准化技术委员会副主任委员刘枫教授指出，目前无线的应用主要停留在应用层，作为有线传输的补充。这主要是由于终端用户面临巨大挑战和使用无线技术带来的风险等造成的，包括产品的可靠性、保密和安全性等。其中，无线技术的安全性、可靠性、性价比以及无线通讯技术在工业领域的应用方案，是我国用户普遍关心的话题。
工业无线技术的应用有待冲破阻力
尽管无线通信及相关技术已经开始大量应用于商业与民用环境中，但是全球市场研究公司IMS Research对工厂自动化的最新调查研究显示依然存在一些问题阻碍了无线技术更为广泛的应用。专家指出，无线技术在工业应用的最终实现，还需要解决成本、解决方案定制化和安全方面等一系列问题。
IMS Research认为阻碍蓝牙发展的最大障碍是成本问题，Forward Concepts公司则预测无线局域网设备的平均销售价格将下降23%。随着成本问题的下降，对阻碍工业无线技术发展的实质原因的探讨开始提上议程。
现今，机器制造商和最终用户采用无线通信的最大障碍在于无线通信的可靠性。重型机械的使用有可能会中断无线信号，工厂自动化中，收集可靠、详尽的机器数据的重要性加剧，目前来看有线解决方案还是最佳的选择。
当前的无线技术以TCP/IP为基础，根据设计，它可在无连接及不可靠的通信网络基础设施中以全力交付模式传输数据包。该传输控制协议使得在不可靠的因特网协议网络上实现以连接为导向的可靠传输成为可能。然而，IP网络在出现传输错误时或在网络阻塞阶段会丢失数据包，而又不通知上层协议。
虽然TCP/IP提供了任意网络条件下的可调节性，但它也在数据包交付时间上带来了极大的差异，此差异也称为网络等待时间。而对于大多数工业应用来说，上述延迟是不能接受的。由于基于因特网的各个协议都不能真正满足工业应用的要求，当前各厂商提供的无线解决方案就只能作为工作区解决方案（是将标准协议包裹在专利技术协议之外），从而使得各公司只能局限于单一的销售商，而不能从价格和特性的竞争中受益。
安全性是无线传输技术有待解决的另一大问题。由于所有无线网络都以空气作为传输数据的介质，因此容易受到窃听。各公司必须采取适当的加密机制以保护敏感数据，特别是其知识产权。加密数据的密钥必须定期更新，这在人员配置和可能的停机时间方面提出了巨大挑战。
除此以外，来自其他无线设备的干扰以及对其他无线设备造成干扰成为阻碍无线技术在工业应用最终实现的又一个难问题。由于当前的无线技术使用工业、科学和医疗频带，因此系统须同其他无线网络并存。由于同915 MHz相比利用较低，5.8 GHz相比节约成本，因此系统通常使用2.4 GHz的范围，这也是蓝牙和其他IEEE 802.11技术工作的范围。
另一方面，工厂自动化中的保守派也限制了无线通信网络的建立，既然有线的还能用，为什么要换成无线的呢？话虽如此，还是有越来越多的公司加入到无线产品应用行列中来，开始专门定制工厂环境下坚固耐用的无线产品。这些公司通过选用正确的基础设施和无线技术，提高其工业网络的性能。无线产品价格下降同样促进公司将有线网络转化为无线网络，或两者同时使用。尤其是在现在的经济形势下，无线网络的初期投入要低于有线网络。举例来说，一个污水处理厂从离中控室几百米的地方汲水，用无线网络能节省大量的费用。状况监视应用无线网络同样能减少部件费用，例如用于监视旋转功能的集电环在无线条件下就无须购买，可以用一个无线传感器代替。
根据预测，到2013年，全球工厂自动化中的无线通信系统应用将每年增加约40%。在某种程度上，增长将由自动化元件供应商促进完成。他们已经逐步认识到无线技术将是下一个技术腾飞的基础，大大提升工厂效能与保证用户的安全。现在机械制造商和最终用户需要考虑的问题是，如何去选择最为适合的无线网络应用，以保证利润的最大化。
