导语
WirelessHART技术是国际组织FCG于2004年研发，2007年6月正式发布的面向高端流程工业自动化的工业无线通信三大标准之一，它依托精确时间同步技术、自适应跳信道技术、确定性调度技术、数据链路层子网路由技术、MESH网络拓扑和安全管理方案等核心技术，具有数据传输可靠、准确、实时、低功耗等特点，被广泛应用在石油、化工、电力、冶金等国内外高端应用领域。
WirelessHART智能网关是MESH网络核心设备，它负责组建、管理、维护并不断优化整体网络，使网络中的设备可以高效、安全地工作。同时，它将网络中设备的大量关键数据信息无缝集成到终端用户主机系统或数据应用中，并提供相应数据互通安全保障。无论WirelessHART核心协议还是WirelessHART智能网关产品开发门槛非常高，没有可借鉴的成熟方案，需要长期的技术经验积累，“弯道超车”难度极大。目前，世界范围内仅有美国Emerson、美国Cisco、美国ADI等公司具备WirelessHART产品研发、生产销售能力，几乎垄断了国内外全部高端应用领域。随着国际形势不断变化，各国对工业信息安全的日益重视，攻克WirelessHART核心技术，实现WirelessHART核心产品，特别是关键核心产品国产化迫在眉睫。
攻坚克难，硕果累累
在国际工业通信技术发展的关键时期，我国科技部863计划先进制造技术领域2006年果断启动了工业无线通信技术的重点科研项目，旨在突破工业无线通信技术核心，抢占战略制高点，制定技术标准，掌控市场主动权，避免在新的工业自动化产业升级过程中，再次被国外技术和标准垄断。在此期间，沈阳中科博微科技股份有限公司参与编写国际工业无线通信三大标准之一的WIA-PA标准外，2013年组建年轻技术团队，为实现WirelessHART核心产品国产化而奋斗。经历近十年的国产化研发之路，完成了阶段性目标，概括如下：
1)2013年～2015年，成功研发用于各类国产化WirelessHART产品定制开发的核心部件-WirelessHART通信模块，该产品对标美国ADI公司WirelessHART通信模块（DUST LTP5900）；
2)2015年～2017年，成功研发WirelessHART网络核心产品，WirelessHART智能网关，该产品对标美国Emerson WirelessHART智能网关（1420）；
3)2017年WirelessHART通信模块通过WirelessHART产品认证，认证机构为美国FCG；
4)2017年～2018年，成功研发WirelessHART适配器，该产品对标Emerson WirelessHART适配器（THUM775）；
5)2018年～2019年，WirelessHART适配器通过IP67、Ex ia Ⅱc T4 Ga中国区防爆认证；
6)2019年～2021年，WirelessHART智能网关通过IP65、Ex na Ⅱc T4 Gc中国区防爆认证；
7)2022年，WirelessHART智能网关通过CCC、北美防爆认证、北美无线电认证、ATEX认证、IECEx认证；
8)2022年成功研发WirelessHART温度变送器，可适配核工业、石化等严苛领域。
博微团队在WirelessHART产品国产化研发道路上取得了一系列具有自主知识产权的研究成果，共申报相关发明专利5项，软件著作权14项，发表论文30多篇。2017年WirelessHART通信模块通过美国FCG产品认证，2021年～2022年WirelessHART智能网关分别获得国内外同行业知名公司认可，并签署长期战略合作协议，并实现在石油、化工、冶金等高端领域产品互操作联合应用，取得良好的应用效果。
WirelessHART产品经过多年市场应用及产品升级，产品性能及资质已经达到国际同等水平，已经实现“走出国门，进军全球”的跨越目标。目前主推M1100S型WirelessHART通信模块、G1100型WirelessHART智能网关、A1110型WirelessHART适配器、NCS-TT105W型WirelessHART温度变送器和NCS-PT105ⅡW型WirelessHART压力变送器，如下图所示。除此之外，该团队还可以根据不同用户的要求定制解决方案，更加贴近客户的使用需求，解决用户的“痛点”问题。
图 1 M1100S型WirelessHART通信模块
图 2 G1100型WirelessHART智能网关
图 3 A1110型WirelessHART适配器
图 4 NCS-TT105W型WirelessHART温度变送器
经过技术团队近10年耕耘，在技术层面相继突破了WirelessHART自组网自适应网络管理方法、基于TDMA的低功耗设计、无线传输可靠性设计等多项关键技术；在应用层面相继打造了工业典型领域国产化产品应用案例，核心产品如WirelessHART智能网关相继通过中国NEPSI防爆认证、北美防爆认证、北美/加拿大无线电认证、ATEX认证、IECEx认证，并通过国际多家知名公司综合技术评测，并取得后续全球商务合作机会，国产化WirelessHART产品技术性能已跻身国际同等水平行列。
多协议无线网络融合，打造工业物联生态圈
众所周知，工业无线通信技术一直以来备受全球工业国家关注，2000年以来，以美国和欧洲为代表的西方工业国家分别设立各类研发专项鼓励这项技术的进一步研发，起步比较早，以工业无线通信技术为基础的全球工业物联网发展已趋于成熟；我国工业制造行业起步比较晚，制造企业利用物联网技术进行改造升级、数字化转型的需求十分迫切，信息技术企业也在积极借助物联网技术向工业领域渗透，“工业4.0”的提出，契合了物联网技术向工业领域融合的趋势，未来市场发展潜力巨大。
智能制造中的核心之一是工业过程的智能监测，将工业无线传感器网络技术应用到智能监测中，利用工业云平台技术，将“感知层”“控制层”与“边缘层”“平台层”“应用层”数据互联，形成工业物联网全联通，有助于工业生产过程工艺分析与优化，设备管理与运维、预测性维护等，有效提高生产能力和管理水平。
中科博微目前已经将WirelessHART国产化产品研发逐步转移打造适应不同工况的WirelessHART产品整体解决方案阶段，基于WirelessHART国产化产品，打通“上游”“下游”国产化保障渠道，开发设备管理软件平台，如：NCS-View、NCS-AMS等，实现多协议无线网络深度融合及数据互联，基于交叉融合特征的集成化创新、渗透辐射特征的跨领域创新，应对疫情环境下带来的行业商业模式创新，实现以工业物联网架构下的行业整体解决方案，逐步完成布局，建立并形成工业物联网完善的生态圈建设。如图5所示。
丰富的无线应用方案，助力企业数字化转型
工业无线通信技术是21世纪新兴的、面向设备间短距离低速率信息交互的无线通信技术，特别是在工业流程制造行业，WirelessHART协议具有很强的抗干扰能力、超低能耗、实时通信、低成本、高可靠、易维护、高灵活、易使用等技术特征，比较适合工业领域特异化的应用要求。以往被国际品牌垄断，造成采购价格高、设备安装、调试效率低、核心数据安全隐患、售后维护不及时等现象。随着国家大力推进仪器仪表国产化的国家政策， WirelessHART国产化产品获得了与国际同类产品同台竞争的机会，中科博微在此方面做了大量的工作，WirelessHART国产化产品逐步成为终端客户的优先考虑的工业无线通信方案，国际知名企业也纷纷加入合作的行列中，已经在石油化工、电力、冶金、机械制造等领域得到广泛应用。
1) 石油化工领域
在石油化工领域，WirelessHART产品用于天然气输送管道腐蚀厚度，冷却风机和助燃风机的风机轴温度及风机入口压力检测，二氧化碳再生塔、吸收塔差压检测，输油船天然气管线温度、压力、开关量检测等难以布线的领域。
2) 电力领域
3) 冶金领域
在冶金领域，WirelessHART产品用于多膛炉焙烧车间收尘系统中回收的含氟、氯的氧化锌烟尘处理过程中的温度、压力检测，炼钢连铸循环水流量（差压变送器测量）检测等相对危险的领域。
4) 机械制造领域
在机械领域，WirelessHART产品用于大型焊接件密封焊缝检测、往复式压缩机出厂前各关键位置压力、温度、振动、转速等测量，形成数据报表、历史趋势分析曲线、各工位远程视频监控等系列提高生产效率的举措。
国产进口同台竞争，高性价比回馈市场
WirelessHART技术自2007年9月至今已有15年，在此期间，国内外市场始终被国外品牌占领。2017年政府工作报告指出：“全面实施战略性新兴产业发展规划，加快新材料、人工智能、集成电路、生物制药、第五代移动通信等技术研发和转化，做大做强产业集群。”2020年政府工作报告及两会期间提出的“新基建”政策中指出，中国将投入大量资金用于促进5G等无线通信技术、产品等项目发展，未来五年是中国工业自动控制系统装置制造行业快速发展的时间，国内相关企业迎来了黄金发展期。
随着国家大力推进仪器仪表国产化、突破关键技术、抢占战略制高点的国家政策，中科博微顺势而为，经过近十年的研发之路，WirelessHART系列产品已经与进口品牌同台竞争，利用国产化技术自主可控的天然优势，可避免因为“限量”“断供”“卡脖子”“信息安全”等问题引起的高昂经济损失；利用优质的售后服务，可解决因突发情况造成的“停车”“停产”等重大生产事故，确保工业生产平稳运行，助力我国工业经济稳定增长。
结束语
中国工业先进制造业正面临新一轮产品革命的契机，制造企业利用物联网技术进行改造升级和实现数字化转型升级的需求十分迫切，以国产化WirelessHART为代表的工业无线通信技术已经发展成为我国工业自动化领域前沿热点技术和占领行业制高点的制胜法宝，随着系列产品的不断研发与完善，未来将会继续应用到生产各个关键环节中，实现复杂工业现场的数据采集、过程监控、设备运维与诊断、产品质量跟踪追溯、优化排产与在线调度、用能优化及污染源实时监控，开发工业现场分析与装备健康运行监测平台、大型离散制造过程的可视化系统等，通过开展重点制造行业大规模示范应用，推动我国工业无线通信技术整体市场的快速增长。
