導(dǎo)語(yǔ)
WirelessHART技術(shù)是國(guó)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)線通信三大標(biāo)準(zhǔn)之一，它依托精確時(shí)間同步技術(shù)、自適應(yīng)跳信道技術(shù)、確定性調(diào)度技術(shù)、數(shù)據(jù)鏈路層子網(wǎng)路由技術(shù)、MESH網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜桶踩芾矸桨傅群诵募夹g(shù)，具有數(shù)據(jù)傳輸可靠、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、低功耗等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在石油、化工、電力、冶金等國(guó)內(nèi)外高端應(yīng)用領(lǐng)域。
WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)是MESH網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備，它負(fù)責(zé)組建、管理、維護(hù)并不斷優(yōu)化整體網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以高效、安全地工作。同時(shí)，它將網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的大量關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息無(wú)縫集成到終端用戶主機(jī)系統(tǒng)或數(shù)據(jù)應(yīng)用中，并提供相應(yīng)數(shù)據(jù)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)門檻非常高，沒(méi)有可借鑒的成熟方案，需要長(zhǎng)期的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累，“彎道超車”難度極大。目前，世界范圍內(nèi)僅有美國(guó)Emerson、美國(guó)Cisco、美國(guó)ADI等公司具備WirelessHART產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)銷售能力，幾乎壟斷了國(guó)內(nèi)外全部高端應(yīng)用領(lǐng)域。隨著國(guó)際形勢(shì)不斷變化，各國(guó)對(duì)工業(yè)信息安全的日益重視，攻克WirelessHART核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)WirelessHART核心產(chǎn)品，特別是關(guān)鍵核心產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化迫在眉睫。
攻堅(jiān)克難，碩果累累
在國(guó)際工業(yè)通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，我國(guó)科技部863計(jì)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)線通信技術(shù)的重點(diǎn)科研項(xiàng)目，旨在突破工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)核心，搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)，制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，掌控市場(chǎng)主動(dòng)權(quán)，避免在新的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)升級(jí)過(guò)程中，再次被國(guó)外技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)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國(guó)際工業(yè)無(wú)線通信三大標(biāo)準(zhǔn)之一的WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)外，2013年組建年輕技術(shù)團(tuán)隊(duì)，為實(shí)現(xiàn)WirelessHART核心產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化而奮斗。經(jīng)歷近十年的國(guó)產(chǎn)化研發(fā)之路，完成了階段性目標(biāo)，概括如下：
1)2013年～2015年，成功研發(fā)用于各類國(guó)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(duì)標(biāo)美國(guó)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(duì)標(biāo)美國(guó)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(rèn)證，認(rèn)證機(jī)構(gòu)為美國(guó)FCG；
4)2017年～2018年，成功研發(fā)WirelessHART適配器，該產(chǎn)品對(duì)標(biāo)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(guó)區(qū)防爆認(rèn)證；
6)2019年～2021年，WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)IP65、Ex na Ⅱc T4 Gc中國(guó)區(qū)防爆認(rèn)證；
7)2022年，WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)CCC、北美防爆認(rèn)證、北美無(wú)線電認(rèn)證、ATEX認(rèn)證、IECEx認(rèn)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(yán)苛領(lǐng)域。
博微團(tuán)隊(duì)在WirelessHART產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化研發(fā)道路上取得了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果，共申報(bào)相關(guān)發(fā)明專利5項(xiàng)，軟件著作權(quán)14項(xiàng)，發(fā)表論文30多篇。2017年WirelessHART通信模塊通過(guò)美國(guó)FCG產(chǎn)品認(rèn)證，2021年～2022年WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)分別獲得國(guó)內(nèi)外同行業(yè)知名公司認(rèn)可，并簽署長(zhǎng)期戰(zhàn)略合作協(xié)議，并實(shí)現(xiàn)在石油、化工、冶金等高端領(lǐng)域產(chǎn)品互操作聯(lián)合應(yīng)用，取得良好的應(yīng)用效果。
WirelessHART產(chǎn)品經(jīng)過(guò)多年市場(chǎng)應(yīng)用及產(chǎn)品升級(jí)，產(chǎn)品性能及資質(zhì)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際同等水平，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“走出國(guó)門，進(jìn)軍全球”的跨越目標(biāo)。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(tuán)隊(duì)還可以根據(jù)不同用戶的要求定制解決方案，更加貼近客戶的使用需求，解決用戶的“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(tuán)隊(duì)近10年耕耘，在技術(shù)層面相繼突破了WirelessHART自組網(wǎng)自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)管理方法、基于TDMA的低功耗設(shè)計(jì)、無(wú)線傳輸可靠性設(shè)計(jì)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；在應(yīng)用層面相繼打造了工業(yè)典型領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品應(yīng)用案例，核心產(chǎn)品如WirelessHART智能網(wǎng)關(guān)相繼通過(guò)中國(guó)NEPSI防爆認(rèn)證、北美防爆認(rèn)證、北美/加拿大無(wú)線電認(rèn)證、ATEX認(rèn)證、IECEx認(rèn)證，并通過(guò)國(guó)際多家知名公司綜合技術(shù)評(píng)測(cè)，并取得后續(xù)全球商務(wù)合作機(jī)會(huì)，國(guó)產(chǎn)化WirelessHART產(chǎn)品技術(shù)性能已躋身國(guó)際同等水平行列。
多協(xié)議無(wú)線網(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)線通信技術(shù)一直以來(lái)備受全球工業(yè)國(guó)家關(guān)注，2000年以來(lái)，以美國(guó)和歐洲為代表的西方工業(yè)國(guó)家分別設(shè)立各類研發(fā)專項(xiàng)鼓勵(lì)這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)，起步比較早，以工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)為基礎(chǔ)的全球工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展已趨于成熟；我國(guó)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(jí)、數(shù)字化轉(zhuǎn)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(shì)，未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
智能制造中的核心之一是工業(yè)過(guò)程的智能監(jiān)測(cè)，將工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到智能監(jiān)測(cè)中，利用工業(yè)云平臺(tái)技術(shù)，將“感知層”“控制層”與“邊緣層”“平臺(tái)層”“應(yīng)用層”數(shù)據(jù)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(shè)備管理與運(yùn)維、預(yù)測(cè)性維護(hù)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(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品研發(fā)逐步轉(zhuǎn)移打造適應(yīng)不同工況的WirelessHART產(chǎn)品整體解決方案階段，基于WirelessHART國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品，打通“上游”“下游”國(guó)產(chǎn)化保障渠道，開(kāi)發(fā)設(shè)備管理軟件平臺(tái)，如：NCS-View、NCS-AMS等，實(shí)現(xiàn)多協(xié)議無(wú)線網(wǎng)絡(luò)深度融合及數(shù)據(jù)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(yīng)對(duì)疫情環(huán)境下帶來(lái)的行業(yè)商業(yè)模式創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)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(shè)。如圖5所示。
豐富的無(wú)線應(yīng)用方案，助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型
工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)是21世紀(jì)新興的、面向設(shè)備間短距離低速率信息交互的無(wú)線通信技術(shù)，特別是在工業(yè)流程制造行業(yè)，WirelessHART協(xié)議具有很強(qiáng)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(hù)、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(yīng)用要求。以往被國(guó)際品牌壟斷，造成采購(gòu)價(jià)格高、設(shè)備安裝、調(diào)試效率低、核心數(shù)據(jù)安全隱患、售后維護(hù)不及時(shí)等現(xiàn)象。隨著國(guó)家大力推進(jìn)儀器儀表國(guó)產(chǎn)化的國(guó)家政策， WirelessHART國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品獲得了與國(guó)際同類產(chǎn)品同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)，中科博微在此方面做了大量的工作，WirelessHART國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品逐步成為終端客戶的優(yōu)先考慮的工業(yè)無(wú)線通信方案，國(guó)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(jī)械制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(jī)和助燃風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)軸溫度及風(fēng)機(jī)入口壓力檢測(cè)，二氧化碳再生塔、吸收塔差壓檢測(cè)，輸油船天然氣管線溫度、壓力、開(kāi)關(guān)量檢測(cè)等難以布線的領(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間收塵系統(tǒng)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(cè)，煉鋼連鑄循環(huán)水流量（差壓變送器測(cè)量）檢測(cè)等相對(duì)危險(xiǎn)的領(lǐng)域。
4) 機(jī)械制造領(lǐng)域
在機(jī)械領(lǐng)域，WirelessHART產(chǎn)品用于大型焊接件密封焊縫檢測(cè)、往復(fù)式壓縮機(jī)出廠前各關(guān)鍵位置壓力、溫度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等測(cè)量，形成數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史趨勢(shì)分析曲線、各工位遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等系列提高生產(chǎn)效率的舉措。
國(guó)產(chǎn)進(jìn)口同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)，高性價(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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)始終被國(guó)外品牌占領(lǐng)。2017年政府工作報(bào)告指出：“全面實(shí)施戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)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(zhuǎn)化，做大做強(qiáng)產(chǎn)業(yè)集群。”2020年政府工作報(bào)告及兩會(huì)期間提出的“新基建”政策中指出，中國(guó)將投入大量資金用于促進(jìn)5G等無(wú)線通信技術(shù)、產(chǎn)品等項(xiàng)目發(fā)展，未來(lái)五年是中國(guó)工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置制造行業(yè)快速發(fā)展的時(shí)間，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)迎來(lái)了黃金發(fā)展期。
隨著國(guó)家大力推進(jìn)儀器儀表國(guó)產(chǎn)化、突破關(guān)鍵技術(shù)、搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)的國(guó)家政策，中科博微順勢(shì)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(tái)競(jìng)爭(zhēng)，利用國(guó)產(chǎn)化技術(shù)自主可控的天然優(yōu)勢(shì)，可避免因?yàn)椤跋蘖俊薄皵喙薄翱ú弊印薄靶畔踩钡葐?wèn)題引起的高昂經(jīng)濟(jì)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”“停產(chǎn)”等重大生產(chǎn)事故，確保工業(yè)生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行，助力我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)。
結(jié)束語(yǔ)
中國(guó)工業(yè)先進(jìn)制造業(yè)正面臨新一輪產(chǎn)品革命的契機(jī)，制造企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行改造升級(jí)和實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求十分迫切，以國(guó)產(chǎn)化WirelessHART為代表的工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)和占領(lǐng)行業(yè)制高點(diǎn)的制勝法寶，隨著系列產(chǎn)品的不斷研發(fā)與完善，未來(lái)將會(huì)繼續(xù)應(yīng)用到生產(chǎn)各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)維與診斷、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤追溯、優(yōu)化排產(chǎn)與在線調(diào)度、用能優(yōu)化及污染源實(shí)時(shí)監(jiān)控，開(kāi)發(fā)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)分析與裝備健康運(yùn)行監(jiān)測(cè)平臺(tái)、大型離散制造過(guò)程的可視化系統(tǒng)等，通過(guò)開(kāi)展重點(diǎn)制造行業(yè)大規(guī)模示范應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)整體市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。
