記者：近一段時間以來，涉及無線技術的話題在工控界十分流行，請您談下除了與有線技術相比其布線成本減少外，無線技術還有哪些優勢。

　　張晉賓：無線技術的優勢遠遠不是僅僅局限于其易于安裝，節約了布線成本，增加了靈活性這些方面。若在電廠采用覆蓋全廠范圍的、多功能的無線網絡的話，則相當于在全廠物理空間內形成了一個無線共享信息池，使員工、設備和過程相互之間實現最優互動，使得在合適的時間和合適的地點始終有合適的人員存在，從而提升可靠性、安全和效率，使電廠收益最大化。以現場巡檢人員為例，當配置具有全功能PC環境的無線移動工具后，即使其具備了就地計算功能，可實現與運行人員及現場設備的無線通信，完成現場設備及過程的就地數據收集、檢查、故障診斷、調校等，需要時也可與實時監控系統、計算機狀態檢修系統、計算機文檔系統等實現信息共享。配置無線定位跟蹤系統后，可實施現場人員的動態管理，在預警狀態就提醒采取措施消除故障，在事故發生后及時發出危險撤離警告等。

　　記者：無線技術國際標準化狀況如何？請介紹下無線技術的標準現狀。

　　張晉賓：為實現無線設備的互換性和互操作性，降低成本，擴大應用，實現規模效益，無線技術必須實現標準化，從而使來自不同生產廠商的無線產品能夠在網絡下協同工作。早在2005年，國際自動化學會ISA100就倡導并致力于通過定義和頒布系列標準和推薦導則及組成相應技術工作組，以實現自動化和控制環境下的無線網絡標準化。到目前為止，無線網絡還難以統一到一個真正意義上的技術標準。其現狀是其中有的標準已正式頒布實施，有的還在討論批準過程中，有的還尚處于研發階段。下面將具有代表性的標準或技術規范現狀作簡要介紹。

　　    6LoWPAN、無線HART、 ISA100和ZigBee等無線網絡標準或規范均是基于IEEE 802.15.4 -2006低速率無線個域網標準。

　　    6LoWPAN是“IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks”（低功率無線個域網上的IPv6）的縮寫，屬IETF（因特網工程任務組）中的一個工作組，負責制訂基于IEEE802.15.4標準個域網上IPv6傳輸的通信技術標準。現已發布了RFC4944基礎性的技術規范。

　　    無線HART（wirelessHART）標準是HART通信協議的擴展，專為如過程監視和控制等工業環境應用所設計。在2007年6月，經HART通信基金會批準，無線HART標準作為HART 7技術規范的一部分，加進了總的HART通信協議族中。IEC 62591（Ed. 1.0）是國際電工委員會于2010年4月批準發布的完全國際化的無線HART標準，是過程自動化領域的第一個無線傳感器網絡國際標準。該網絡使用運行在2.4GHz頻段上的無線電IEEE 802.15.4標準，采用直接序列擴頻（DSSS）、通信安全與可靠的信道跳頻（FHSS）、時分多址（TDMA）同步、網絡上設備間延控通信（latency-controlled communications）等技術。

　　    ISA100是正處于發展過程中的相對較新的標準組織，其采用了6LoWPAN技術，主要提供工業自動化與控制應用領域的、重點在現場級（Level 0）的無線系統標準。具體而言，ISA100委員會主要致力于制訂在無線技術應用環境（包括無線定義、無線電頻率、振動、溫度、濕度、電磁兼容、互操作性、與原系統的共存、物理設備布置等）、無線設備及系統的技術和生存周期（基于非專有無線技術的全面的短期、中期和長期技術需求和實施方案）、無線技術應用（一是通過無線技術，將用于監視、控制、報警、跳閘等的現場傳感器縱向與實時控制系統、直到頂層的管理信息系統相集成，二是將無線技術應用于諸如從無線現場設備互聯、控制LAN、商用LAN等全過程系統中）等方面的無線制造和控制系統類標準、推薦導則、技術報告和相關信息等。2009年已發布了ISA-100.11a-2009（用于工業自動化的無線系統：過程控制和標準應用）標準，其在制訂的標準還有：ISA-100.15（無線回程主干網）、ISA-100.14（可信無線）、ISA-100.21（人員和資源跟蹤和識別）、ISA-100.12（WirelessHART和ISA100.11a匯合網絡應用）等。

　　    ZigBee是ZigBee聯盟所定義的、并在2004年12月獲得批準的、基于IEEE 802.15.4標準頻率2.4GHz的Mesh網絡互聯通信協議。ZigBee標準化組織主要致力于制訂諸如嵌入傳感、醫療數據收集、電視遙控類用戶裝置、家庭自動化等方面應用的IEEE無線標準聯網規范，并受到許多大的工業聯合體的支持。另外，ZigBee也已制訂了如鑒別、加密、關聯和應用服務等處于通信上層的附加通信性能方面的相關規定。

　　    IEEE 802.11是由IEEE LAN/MAN標準委員會制訂的有關無線局域網通信的系列標準，其中802.11a工作頻帶為3.7或5GHz，采用OFDM（正交頻分復用）調制；802.11b工作頻帶為2.4GHz,采用DSSS調制；802.11g工作頻帶也為2.4GHz,采用OFDM和DSSS調制；802.11n工作頻帶為2.4/5GHz,采用OFDM調制。

　　    IEEE 1451系列標準是由IEEE儀器和測量協會的傳感器技術委員會發起的，是專為智能傳感器接口（其主要特點是具有數據處理的智能化）而制訂的標準。其IEEE 1451.5-2007標準即為智能傳感器無線通信協議和傳感器電子數據表（TEDS）格式的相關標準。

　　    EnOcean是樓宇自動化領域的一種無線通信系統，至今并未獲得相應國際標準化組織的批準認可，但受到西門子等公司的大力支持。其技術是基于機械激發等能量捕獲原理，其無線傳感器不用電池，具有免維護功能。數據包僅為14字節，傳輸速率120kbit/s，設備傳輸頻率868.3 MHz，無線傳輸距離可達300米。

　　    此外，還有僅在有限范圍內用于傳輸少量數據的IEEE 802.15.1（藍牙）無線個域網標準，以及廣為所知的GSM/GPRS等無線標準。

　　記者：電廠中哪些場合可以利用無線技術？

　　張晉賓：在國外已有許多無線應用案例，如美國Nebraska電站已將無線技術用于監視其遠方的油罐工況，又如美國LCRA下屬的SGPP（3X650MW機組）電廠和LPPP（545MW聯合循環機組）電廠采用無線VoIP系統實現兩廠異地的數據共享和通信等。概括而言，無線技術可以用于電廠絕大多數場合，如監督控制和數據采集、排放監視、旋轉機械狀態監視、視頻安防、火焰遙測、廠內通信、常規控制和保護等。當然，實際使用中應基于應用功能的不同，選用正確適宜的無線技術，才能真正發揮其作用，特別是當無線技術用于控制或保護場合時。

　　記者：剛才提到無線技術也可用于控制或保護場合，但是大家或多或少都感到將無線用于控制或保護，似乎還不合適，請你再說明一下。

　　張晉賓：舉例來講，IEC 62591 （無線HART）標準制訂的目的就是將無線技術用于控制和監視。誠然，電廠用戶將無線技術用于實時控制前，一般會考慮四個主要方面，即無線系統的整體安全性如何、是否可冗余配置、掃描速率是否足夠快、業績如何等。事實上，無線HART網絡已獲得FIPS和Achilles的數據加密和網絡安全證書。無線HART在網絡系統各級，如在無線傳感器網內、網絡訪問點、網關/網絡管理器/安全管理器等，均可實現冗余配置。據HART通信基金會相關資料，采用無線HART的常規單PID控制回路執行時間（包括從測量設備到網關和從網關到閥門的通信時間在內）可控制在200ms內,足以滿足電廠內多數過程控制的實時要求。通過無線HART組織的全球超過1400個地點，約2億多小時的無線HART的應用，已證明其用于控制的可靠性和魯棒性。隨著IEC 62591的正式頒布實施，具有更快掃描速率的無線裝置、集成的無線系統I/O卡和冗余的網關等設備或系統已開始進入市場。無線技術成為控制應用的主流只是時間早晚問題，這正如手機已替代多數固定電話一樣。

　　記者：在電廠中應用無線技術有哪些注意事項？

　　張晉賓：大體來講主要有以下三個主要注意事項。

　　    第一是選擇合適的無線技術及其有一定技術和工程支撐能力的供應商，從而使所選定的無線系統能滿足高安全性、可靠通信、良好電源管理、開放的平臺、多速率監視、多功能能力、可伸縮性、高服務品質、多協議支持等要求。不同的無線技術有著不同的功用，明白其間的異同是十分重要的。在此需提醒掌握三個基本原則，其一是較低頻率的無線技術有著較長的通信距離；其二是在傳輸距離和空間數據傳輸速率之間要掌握好平衡點，傳輸速率越低其傳輸距離則越遠；其三是選用合理的傳輸方法（如固定頻率、FHSS、DSSS、OFDM等）和安全措施（如加密、鑒定/確認、密匙管理等）。

　　    第二是做好無線技術工程實施評估，如采用射頻頻譜分析儀預先測定電廠區域的已有頻譜，確定具體的安全要求及組態，確定無線網絡拓樸結構和網絡集成要求，提前做好與地方無線電管理委員會的溝通協商等。

　　    第三是在具體實施過程中要根據現場實際情況，基于空間多樣性（指每一個無線設備均可和處于不同位置的兩個及以上節點通信）、瞬時多樣性（指每一個無線設備在所發送的數據未被接收后，可在毫秒級時間內可以連續兩次及以上重發數據）、頻率多樣性（指每一傳輸均可在不同頻率上進行）三個原則，確定無線設備和天線的最佳位置及組態，經綜合平衡距離、信號和帶寬三者后確定無線系統的最優性能。

　　【張晉賓】簡歷

　　    曾名張晉斌（1967.9—），男，山西陽城人，漢族，教授級高級工程師，碩士。1989年畢業于武漢水利電力學院，曾任西南電力設計院儀控處主任工程師，現任西南電力設計院三維設計總工程師。長期從事電廠自動化的設計、咨詢、研究及管理工作。公開發表學術論文四十余篇，編寫國家及行業標準5項。現為《自動化信息》、《世界儀表與自動化》、《傳感器》等雜志編委和《熱工自動化》網刊副主編。