導語
WirelessHART技術是國際組織FCG于2004年研發，2007年6月正式發布的面向高端流程工業自動化的工業無線通信三大標準之一，它依托精確時間同步技術、自適應跳信道技術、確定性調度技術、數據鏈路層子網路由技術、MESH網絡拓撲和安全管理方案等核心技術，具有數據傳輸可靠、準確、實時、低功耗等特點，被廣泛應用在石油、化工、電力、冶金等國內外高端應用領域。
WirelessHART智能網關是MESH網絡核心設備，它負責組建、管理、維護并不斷優化整體網絡，使網絡中的設備可以高效、安全地工作。同時，它將網絡中設備的大量關鍵數據信息無縫集成到終端用戶主機系統或數據應用中，并提供相應數據互通安全保障。無論WirelessHART核心協議還是WirelessHART智能網關產品開發門檻非常高，沒有可借鑒的成熟方案，需要長期的技術經驗積累，“彎道超車”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產品研發、生產銷售能力，幾乎壟斷了國內外全部高端應用領域。隨著國際形勢不斷變化，各國對工業信息安全的日益重視，攻克WirelessHART核心技術，實現WirelessHART核心產品，特別是關鍵核心產品國產化迫在眉睫。
攻堅克難，碩果累累
在國際工業通信技術發展的關鍵時期，我國科技部863計劃先進制造技術領域2006年果斷啟動了工業無線通信技術的重點科研項目，旨在突破工業無線通信技術核心，搶占戰略制高點，制定技術標準，掌控市場主動權，避免在新的工業自動化產業升級過程中，再次被國外技術和標準壟斷。在此期間，沈陽中科博微科技股份有限公司參與編寫國際工業無線通信三大標準之一的WIA-PA標準外，2013年組建年輕技術團隊，為實現WirelessHART核心產品國產化而奮斗。經歷近十年的國產化研發之路，完成了階段性目標，概括如下：
1)2013年～2015年，成功研發用于各類國產化WirelessHART產品定制開發的核心部件-WirelessHART通信模塊，該產品對標美國ADI公司WirelessHART通信模塊（DUST LTP5900）；
2)2015年～2017年，成功研發WirelessHART網絡核心產品，WirelessHART智能網關，該產品對標美國Emerson WirelessHART智能網關（1420）；
3)2017年WirelessHART通信模塊通過WirelessHART產品認證，認證機構為美國FCG；
4)2017年～2018年，成功研發WirelessHART適配器，該產品對標Emerson WirelessHART適配器（THUM775）；
5)2018年～2019年，WirelessHART適配器通過IP67、Ex ia Ⅱc T4 Ga中國區防爆認證；
6)2019年～2021年，WirelessHART智能網關通過IP65、Ex na Ⅱc T4 Gc中國區防爆認證；
7)2022年，WirelessHART智能網關通過CCC、北美防爆認證、北美無線電認證、ATEX認證、IECEx認證；
8)2022年成功研發WirelessHART溫度變送器，可適配核工業、石化等嚴苛領域。
博微團隊在WirelessHART產品國產化研發道路上取得了一系列具有自主知識產權的研究成果，共申報相關發明專利5項，軟件著作權14項，發表論文30多篇。2017年WirelessHART通信模塊通過美國FCG產品認證，2021年～2022年WirelessHART智能網關分別獲得國內外同行業知名公司認可，并簽署長期戰略合作協議，并實現在石油、化工、冶金等高端領域產品互操作聯合應用，取得良好的應用效果。
WirelessHART產品經過多年市場應用及產品升級，產品性能及資質已經達到國際同等水平，已經實現“走出國門，進軍全球”的跨越目標。目前主推M1100S型WirelessHART通信模塊、G1100型WirelessHART智能網關、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”問題。
圖 1 M1100S型WirelessHART通信模塊
圖 2 G1100型WirelessHART智能網關
圖 3 A1110型WirelessHART適配器
圖 4 NCS-TT105W型WirelessHART溫度變送器
經過技術團隊近10年耕耘，在技術層面相繼突破了WirelessHART自組網自適應網絡管理方法、基于TDMA的低功耗設計、無線傳輸可靠性設計等多項關鍵技術；在應用層面相繼打造了工業典型領域國產化產品應用案例，核心產品如WirelessHART智能網關相繼通過中國NEPSI防爆認證、北美防爆認證、北美/加拿大無線電認證、ATEX認證、IECEx認證，并通過國際多家知名公司綜合技術評測，并取得后續全球商務合作機會，國產化WirelessHART產品技術性能已躋身國際同等水平行列。
多協議無線網絡融合，打造工業物聯生態圈
眾所周知，工業無線通信技術一直以來備受全球工業國家關注，2000年以來，以美國和歐洲為代表的西方工業國家分別設立各類研發專項鼓勵這項技術的進一步研發，起步比較早，以工業無線通信技術為基礎的全球工業物聯網發展已趨于成熟；我國工業制造行業起步比較晚，制造企業利用物聯網技術進行改造升級、數字化轉型的需求十分迫切，信息技術企業也在積極借助物聯網技術向工業領域滲透，“工業4.0”的提出，契合了物聯網技術向工業領域融合的趨勢，未來市場發展潛力巨大。
智能制造中的核心之一是工業過程的智能監測，將工業無線傳感器網絡技術應用到智能監測中，利用工業云平臺技術，將“感知層”“控制層”與“邊緣層”“平臺層”“應用層”數據互聯，形成工業物聯網全聯通，有助于工業生產過程工藝分析與優化，設備管理與運維、預測性維護等，有效提高生產能力和管理水平。
中科博微目前已經將WirelessHART國產化產品研發逐步轉移打造適應不同工況的WirelessHART產品整體解決方案階段，基于WirelessHART國產化產品，打通“上游”“下游”國產化保障渠道，開發設備管理軟件平臺，如：NCS-View、NCS-AMS等，實現多協議無線網絡深度融合及數據互聯，基于交叉融合特征的集成化創新、滲透輻射特征的跨領域創新，應對疫情環境下帶來的行業商業模式創新，實現以工業物聯網架構下的行業整體解決方案，逐步完成布局，建立并形成工業物聯網完善的生態圈建設。如圖5所示。
豐富的無線應用方案，助力企業數字化轉型
工業無線通信技術是21世紀新興的、面向設備間短距離低速率信息交互的無線通信技術，特別是在工業流程制造行業，WirelessHART協議具有很強的抗干擾能力、超低能耗、實時通信、低成本、高可靠、易維護、高靈活、易使用等技術特征，比較適合工業領域特異化的應用要求。以往被國際品牌壟斷，造成采購價格高、設備安裝、調試效率低、核心數據安全隱患、售后維護不及時等現象。隨著國家大力推進儀器儀表國產化的國家政策， WirelessHART國產化產品獲得了與國際同類產品同臺競爭的機會，中科博微在此方面做了大量的工作，WirelessHART國產化產品逐步成為終端客戶的優先考慮的工業無線通信方案，國際知名企業也紛紛加入合作的行列中，已經在石油化工、電力、冶金、機械制造等領域得到廣泛應用。
1) 石油化工領域
在石油化工領域，WirelessHART產品用于天然氣輸送管道腐蝕厚度，冷卻風機和助燃風機的風機軸溫度及風機入口壓力檢測，二氧化碳再生塔、吸收塔差壓檢測，輸油船天然氣管線溫度、壓力、開關量檢測等難以布線的領域。
2) 電力領域
3) 冶金領域
在冶金領域，WirelessHART產品用于多膛爐焙燒車間收塵系統中回收的含氟、氯的氧化鋅煙塵處理過程中的溫度、壓力檢測，煉鋼連鑄循環水流量（差壓變送器測量）檢測等相對危險的領域。
4) 機械制造領域
在機械領域，WirelessHART產品用于大型焊接件密封焊縫檢測、往復式壓縮機出廠前各關鍵位置壓力、溫度、振動、轉速等測量，形成數據報表、歷史趨勢分析曲線、各工位遠程視頻監控等系列提高生產效率的舉措。
國產進口同臺競爭，高性價比回饋市場
WirelessHART技術自2007年9月至今已有15年，在此期間，國內外市場始終被國外品牌占領。2017年政府工作報告指出：“全面實施戰略性新興產業發展規劃，加快新材料、人工智能、集成電路、生物制藥、第五代移動通信等技術研發和轉化，做大做強產業集群。”2020年政府工作報告及兩會期間提出的“新基建”政策中指出，中國將投入大量資金用于促進5G等無線通信技術、產品等項目發展，未來五年是中國工業自動控制系統裝置制造行業快速發展的時間，國內相關企業迎來了黃金發展期。
隨著國家大力推進儀器儀表國產化、突破關鍵技術、搶占戰略制高點的國家政策，中科博微順勢而為，經過近十年的研發之路，WirelessHART系列產品已經與進口品牌同臺競爭，利用國產化技術自主可控的天然優勢，可避免因為“限量”“斷供”“卡脖子”“信息安全”等問題引起的高昂經濟損失；利用優質的售后服務，可解決因突發情況造成的“停車”“停產”等重大生產事故，確保工業生產平穩運行，助力我國工業經濟穩定增長。
結束語
中國工業先進制造業正面臨新一輪產品革命的契機，制造企業利用物聯網技術進行改造升級和實現數字化轉型升級的需求十分迫切，以國產化WirelessHART為代表的工業無線通信技術已經發展成為我國工業自動化領域前沿熱點技術和占領行業制高點的制勝法寶，隨著系列產品的不斷研發與完善，未來將會繼續應用到生產各個關鍵環節中，實現復雜工業現場的數據采集、過程監控、設備運維與診斷、產品質量跟蹤追溯、優化排產與在線調度、用能優化及污染源實時監控，開發工業現場分析與裝備健康運行監測平臺、大型離散制造過程的可視化系統等，通過開展重點制造行業大規模示范應用，推動我國工業無線通信技術整體市場的快速增長。
