導語(yǔ)
WirelessHART技術(shù)是國際組織FCG于2004年研發(fā)，2007年6月正式發(fā)布的面向高端流程工業(yè)自動(dòng)化的工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信三大標準之一，它依托精確時(shí)間同步技術(shù)、自適應跳信道技術(shù)、確定性調度技術(shù)、數據鏈路層子網(wǎng)路由技術(shù)、MESH網(wǎng)絡(luò )拓撲和安全管理方案等核心技術(shù)，具有數據傳輸可靠、準確、實(shí)時(shí)、低功耗等特點(diǎn)，被廣泛應用在石油、化工、電力、冶金等國內外高端應用領(lǐng)域。
WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)是MESH網(wǎng)絡(luò )核心設備，它負責組建、管理、維護并不斷優(yōu)化整體網(wǎng)絡(luò )，使網(wǎng)絡(luò )中的設備可以高效、安全地工作。同時(shí)，它將網(wǎng)絡(luò )中設備的大量關(guān)鍵數據信息無(wú)縫集成到終端用戶(hù)主機系統或數據應用中，并提供相應數據互通安全保障。無(wú)論WirelessHART核心協(xié)議還是WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)門(mén)檻非常高，沒(méi)有可借鑒的成熟方案，需要長(cháng)期的技術(shù)經(jīng)驗積累，“彎道超車(chē)”難度極大。目前，世界范圍內僅有美國Emerson、美國Cisco、美國ADI等公司具備WirelessHART產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)銷(xiāo)售能力，幾乎壟斷了國內外全部高端應用領(lǐng)域。隨著(zhù)國際形勢不斷變化，各國對工業(yè)信息安全的日益重視，攻克WirelessHART核心技術(shù)，實(shí)現WirelessHART核心產(chǎn)品，特別是關(guān)鍵核心產(chǎn)品國產(chǎn)化迫在眉睫。
攻堅克難，碩果累累
在國際工業(yè)通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，我國科技部863計劃先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域2006年果斷啟動(dòng)了工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的重點(diǎn)科研項目，旨在突破工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)核心，搶占戰略制高點(diǎn)，制定技術(shù)標準，掌控市場(chǎng)主動(dòng)權，避免在新的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)升級過(guò)程中，再次被國外技術(shù)和標準壟斷。在此期間，沈陽(yáng)中科博微科技股份有限公司參與編寫(xiě)國際工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信三大標準之一的WIA-PA標準外，2013年組建年輕技術(shù)團隊，為實(shí)現WirelessHART核心產(chǎn)品國產(chǎn)化而奮斗。經(jīng)歷近十年的國產(chǎn)化研發(fā)之路，完成了階段性目標，概括如下：
1)2013年～2015年，成功研發(fā)用于各類(lèi)國產(chǎn)化WirelessHART產(chǎn)品定制開(kāi)發(fā)的核心部件-WirelessHART通信模塊，該產(chǎn)品對標美國ADI公司W(wǎng)irelessHART通信模塊（DUST LTP5900）；
2)2015年～2017年，成功研發(fā)WirelessHART網(wǎng)絡(luò )核心產(chǎn)品，WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)，該產(chǎn)品對標美國Emerson WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)（1420）；
3)2017年WirelessHART通信模塊通過(guò)WirelessHART產(chǎn)品認證，認證機構為美國FCG；
4)2017年～2018年，成功研發(fā)WirelessHART適配器，該產(chǎn)品對標Emerson WirelessHART適配器（THUM775）；
5)2018年～2019年，WirelessHART適配器通過(guò)IP67、Ex ia Ⅱc T4 Ga中國區防爆認證；
6)2019年～2021年，WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)IP65、Ex na Ⅱc T4 Gc中國區防爆認證；
7)2022年，WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)CCC、北美防爆認證、北美無(wú)線(xiàn)電認證、ATEX認證、IECEx認證；
8)2022年成功研發(fā)WirelessHART溫度變送器，可適配核工業(yè)、石化等嚴苛領(lǐng)域。
博微團隊在WirelessHART產(chǎn)品國產(chǎn)化研發(fā)道路上取得了一系列具有自主知識產(chǎn)權的研究成果，共申報相關(guān)發(fā)明專(zhuān)利5項，軟件著(zhù)作權14項，發(fā)表論文30多篇。2017年WirelessHART通信模塊通過(guò)美國FCG產(chǎn)品認證，2021年～2022年WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)分別獲得國內外同行業(yè)知名公司認可，并簽署長(cháng)期戰略合作協(xié)議，并實(shí)現在石油、化工、冶金等高端領(lǐng)域產(chǎn)品互操作聯(lián)合應用，取得良好的應用效果。
WirelessHART產(chǎn)品經(jīng)過(guò)多年市場(chǎng)應用及產(chǎn)品升級，產(chǎn)品性能及資質(zhì)已經(jīng)達到國際同等水平，已經(jīng)實(shí)現“走出國門(mén)，進(jìn)軍全球”的跨越目標。目前主推M1100S型WirelessHART通信模塊、G1100型WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)、A1110型WirelessHART適配器、NCS-TT105W型WirelessHART溫度變送器和NCS-PT105ⅡW型WirelessHART壓力變送器，如下圖所示。除此之外，該團隊還可以根據不同用戶(hù)的要求定制解決方案，更加貼近客戶(hù)的使用需求，解決用戶(hù)的“痛點(diǎn)”問(wèn)題。
圖 1 M1100S型WirelessHART通信模塊
圖 2 G1100型WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)
圖 3 A1110型WirelessHART適配器
圖 4 NCS-TT105W型WirelessHART溫度變送器
經(jīng)過(guò)技術(shù)團隊近10年耕耘，在技術(shù)層面相繼突破了WirelessHART自組網(wǎng)自適應網(wǎng)絡(luò )管理方法、基于TDMA的低功耗設計、無(wú)線(xiàn)傳輸可靠性設計等多項關(guān)鍵技術(shù)；在應用層面相繼打造了工業(yè)典型領(lǐng)域國產(chǎn)化產(chǎn)品應用案例，核心產(chǎn)品如WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)相繼通過(guò)中國NEPSI防爆認證、北美防爆認證、北美/加拿大無(wú)線(xiàn)電認證、ATEX認證、IECEx認證，并通過(guò)國際多家知名公司綜合技術(shù)評測，并取得后續全球商務(wù)合作機會(huì )，國產(chǎn)化WirelessHART產(chǎn)品技術(shù)性能已躋身國際同等水平行列。
多協(xié)議無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )融合，打造工業(yè)物聯(lián)生態(tài)圈
眾所周知，工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)一直以來(lái)備受全球工業(yè)國家關(guān)注，2000年以來(lái)，以美國和歐洲為代表的西方工業(yè)國家分別設立各類(lèi)研發(fā)專(zhuān)項鼓勵這項技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)，起步比較早，以工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)為基礎的全球工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展已趨于成熟；我國工業(yè)制造行業(yè)起步比較晚，制造企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行改造升級、數字化轉型的需求十分迫切，信息技術(shù)企業(yè)也在積極借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向工業(yè)領(lǐng)域滲透，“工業(yè)4.0”的提出，契合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向工業(yè)領(lǐng)域融合的趨勢，未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展潛力巨大。
智能制造中的核心之一是工業(yè)過(guò)程的智能監測，將工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用到智能監測中，利用工業(yè)云平臺技術(shù)，將“感知層”“控制層”與“邊緣層”“平臺層”“應用層”數據互聯(lián)，形成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)全聯(lián)通，有助于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程工藝分析與優(yōu)化，設備管理與運維、預測性維護等，有效提高生產(chǎn)能力和管理水平。
中科博微目前已經(jīng)將WirelessHART國產(chǎn)化產(chǎn)品研發(fā)逐步轉移打造適應不同工況的WirelessHART產(chǎn)品整體解決方案階段，基于WirelessHART國產(chǎn)化產(chǎn)品，打通“上游”“下游”國產(chǎn)化保障渠道，開(kāi)發(fā)設備管理軟件平臺，如：NCS-View、NCS-AMS等，實(shí)現多協(xié)議無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )深度融合及數據互聯(lián)，基于交叉融合特征的集成化創(chuàng )新、滲透輻射特征的跨領(lǐng)域創(chuàng )新，應對疫情環(huán)境下帶來(lái)的行業(yè)商業(yè)模式創(chuàng )新，實(shí)現以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構下的行業(yè)整體解決方案，逐步完成布局，建立并形成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)完善的生態(tài)圈建設。如圖5所示。
豐富的無(wú)線(xiàn)應用方案，助力企業(yè)數字化轉型
工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是21世紀新興的、面向設備間短距離低速率信息交互的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，特別是在工業(yè)流程制造行業(yè)，WirelessHART協(xié)議具有很強的抗干擾能力、超低能耗、實(shí)時(shí)通信、低成本、高可靠、易維護、高靈活、易使用等技術(shù)特征，比較適合工業(yè)領(lǐng)域特異化的應用要求。以往被國際品牌壟斷，造成采購價(jià)格高、設備安裝、調試效率低、核心數據安全隱患、售后維護不及時(shí)等現象。隨著(zhù)國家大力推進(jìn)儀器儀表國產(chǎn)化的國家政策， WirelessHART國產(chǎn)化產(chǎn)品獲得了與國際同類(lèi)產(chǎn)品同臺競爭的機會(huì )，中科博微在此方面做了大量的工作，WirelessHART國產(chǎn)化產(chǎn)品逐步成為終端客戶(hù)的優(yōu)先考慮的工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信方案，國際知名企業(yè)也紛紛加入合作的行列中，已經(jīng)在石油化工、電力、冶金、機械制造等領(lǐng)域得到廣泛應用。
1) 石油化工領(lǐng)域
在石油化工領(lǐng)域，WirelessHART產(chǎn)品用于天然氣輸送管道腐蝕厚度，冷卻風(fēng)機和助燃風(fēng)機的風(fēng)機軸溫度及風(fēng)機入口壓力檢測，二氧化碳再生塔、吸收塔差壓檢測，輸油船天然氣管線(xiàn)溫度、壓力、開(kāi)關(guān)量檢測等難以布線(xiàn)的領(lǐng)域。
2) 電力領(lǐng)域
3) 冶金領(lǐng)域
在冶金領(lǐng)域，WirelessHART產(chǎn)品用于多膛爐焙燒車(chē)間收塵系統中回收的含氟、氯的氧化鋅煙塵處理過(guò)程中的溫度、壓力檢測，煉鋼連鑄循環(huán)水流量（差壓變送器測量）檢測等相對危險的領(lǐng)域。
4) 機械制造領(lǐng)域
在機械領(lǐng)域，WirelessHART產(chǎn)品用于大型焊接件密封焊縫檢測、往復式壓縮機出廠(chǎng)前各關(guān)鍵位置壓力、溫度、振動(dòng)、轉速等測量，形成數據報表、歷史趨勢分析曲線(xiàn)、各工位遠程視頻監控等系列提高生產(chǎn)效率的舉措。
國產(chǎn)進(jìn)口同臺競爭，高性?xún)r(jià)比回饋市場(chǎng)
WirelessHART技術(shù)自2007年9月至今已有15年，在此期間，國內外市場(chǎng)始終被國外品牌占領(lǐng)。2017年政府工作報告指出：“全面實(shí)施戰略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃，加快新材料、人工智能、集成電路、生物制藥、第五代移動(dòng)通信等技術(shù)研發(fā)和轉化，做大做強產(chǎn)業(yè)集群?！?020年政府工作報告及兩會(huì )期間提出的“新基建”政策中指出，中國將投入大量資金用于促進(jìn)5G等無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、產(chǎn)品等項目發(fā)展，未來(lái)五年是中國工業(yè)自動(dòng)控制系統裝置制造行業(yè)快速發(fā)展的時(shí)間，國內相關(guān)企業(yè)迎來(lái)了黃金發(fā)展期。
隨著(zhù)國家大力推進(jìn)儀器儀表國產(chǎn)化、突破關(guān)鍵技術(shù)、搶占戰略制高點(diǎn)的國家政策，中科博微順勢而為，經(jīng)過(guò)近十年的研發(fā)之路，WirelessHART系列產(chǎn)品已經(jīng)與進(jìn)口品牌同臺競爭，利用國產(chǎn)化技術(shù)自主可控的天然優(yōu)勢，可避免因為“限量”“斷供”“卡脖子”“信息安全”等問(wèn)題引起的高昂經(jīng)濟損失；利用優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)，可解決因突發(fā)情況造成的“停車(chē)”“停產(chǎn)”等重大生產(chǎn)事故，確保工業(yè)生產(chǎn)平穩運行，助力我國工業(yè)經(jīng)濟穩定增長(cháng)。
結束語(yǔ)
中國工業(yè)先進(jìn)制造業(yè)正面臨新一輪產(chǎn)品革命的契機，制造企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行改造升級和實(shí)現數字化轉型升級的需求十分迫切，以國產(chǎn)化WirelessHART為代表的工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為我國工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿熱點(diǎn)技術(shù)和占領(lǐng)行業(yè)制高點(diǎn)的制勝法寶，隨著(zhù)系列產(chǎn)品的不斷研發(fā)與完善，未來(lái)將會(huì )繼續應用到生產(chǎn)各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節中，實(shí)現復雜工業(yè)現場(chǎng)的數據采集、過(guò)程監控、設備運維與診斷、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤追溯、優(yōu)化排產(chǎn)與在線(xiàn)調度、用能優(yōu)化及污染源實(shí)時(shí)監控，開(kāi)發(fā)工業(yè)現場(chǎng)分析與裝備健康運行監測平臺、大型離散制造過(guò)程的可視化系統等，通過(guò)開(kāi)展重點(diǎn)制造行業(yè)大規模示范應用，推動(dòng)我國工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)整體市場(chǎng)的快速增長(cháng)。
