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往届回顾 | 展品与技术评估之无线仪表

文章来源:方原柏教授       发布时间:2019/7/24        作者:miconex项目组

多国彩照logo.png

中国国际测量控制与仪器仪表展览会(原“多国仪器仪表展览会”英文简称“Miconex”)创办于1983年,是由中国仪器仪表学会主办的全球测量控制与仪器仪表的行业盛会,致力于为业界提供更优质的展示平台与沟通桥梁。

为让业内人士对多国展有更加深入的了解与认识,将推出2018年的展会报告介绍第29届多国展的展会情况及展品与技术评估报告,为广大企业提供参考。

本总结内容丰富、涵盖齐全,将按照展品类型系列推送,欢迎业界专家共同探讨!

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无线仪表

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无线仪表发展迅猛是参观这届展会最深的体会,以往在现场仪表设备生产厂商的展台上很少看到带天线的无线仪表,本届展会则明显增多。

有的展台突出展示了该公司的无线仪表的风采,有的却在不显眼的角落“埋伏”着带长鼻子天线的无线仪表,还有甚者,只是在仔细翻阅其产品样本时才发现其产品中包含了带无线功能的仪表,并且同一个厂家可以提供多种无线通信协议的产品。据粗略估计,以展示压力/差压变送器的厂家为例,至少三分之一的厂家有无线变送器。而在聚焦城市智能化、绿色智慧城市整体解决方案的提供商中,几乎毫无例外地都以就地无线传感器或无线仪表作为解决方案的基础。无线通信技术的应用已从传统的工业领域扩展到市政、民用、环保、交通等各行各业。

提到中国的无线技术,一定要提到中科院沈阳自动化所和重庆邮电大学的贡献。

中科院沈阳自动化所是国内最早开展工业无线网络技术研究的科研机构,攻克了无线技术在工业自动化应用中所面临的高并发、抗干扰、硬实时等难题,主导完成了工业无线网络国际标准6项、国家标准3项,形成了全面覆盖流程工业和离散制造业工业无线网络重要基础技术和标准体系。

2006年9月,我国工业过程测量和控制标准化技术委员会立项开展“测量、控制用无线通信技术”国家标准体系研究及标准起草工作,随后由中科院沈阳自动化研究所牵头完成了WIA-PA(Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation,工业过程自动化的无线网络)国家标准的制定,2011年经国际电工委员会工业过程测量、控制与自动化技术委员会IEC/TC65的26个成员国投票,由我国负责制定的工业无线网络WIA-PA技术标准提案,最终以100%的通过率,成为正式IEC国际标准,从而使WIA-PA国际标准成为现今工业无线领域三大主流国际标准之一

2017年6月,经国际电工委员会IEC投票,由中国科学院机器人与智能制造创新研究院(筹)牵头研究制定的工业无线网络WIA-FA技术标准提案,最终以100%赞成票,成为正式IEC国际标准,这是FA的第一份国际标准。WIA-FA是工业物联网的核心技术,是工厂自动化生产线实现在线可重构的重要使能技术,对推进制造业由传统的低成本大批量生产模式向高端高附加值的个性化生产模式转变,助推制造业的转型升级具有重要意义。在制造业竞争激烈的今天,WIA-FA成为IEC正式标准,标志着我国自主研发的离散制造业高速工业无线技术已得到国际自动化领域的普遍认可。

由中国科学院沈阳自动化研究所工业控制网络与系统研究室承担的辽河油田示范工程“油井远程计量与优化控制系统”300口油井数字化项目已全部实施完毕。该系统是基于WIA无线传感网络实现,无线监测点达到1500点,目前整体系统运行稳定。

在展会上,中科院沈阳自动化研究所旗下的中科奥维、中科博微公司展出了WIA-PA、国产WirelessHART流程行业无线标准产品。

在展会期间,川仪股份与沈阳中科博微签订了双方战略合作协议。中科博微是由中国科学院沈阳自动化研究所发起创建的高新技术企业,承担了多个国家科技重大专项、智能制造装备发展专项和国家高技术研究发展计划(863项目)等项目,是国家网络化控制系统工程研究中心依托单位,在工业通信芯片、通信模块、通信网关、控制系统、工控软件及工业无线产品等方面有着行业优势。

在中国科学院沈阳自动化研究所的展台上,展出了WIA-FA的产品,发放了介绍WIA-FA的宣传资料。

展会上发放的宣传资料显示,云南昆船物流公司采用WIA-FA设备与为快递公司研制的智能物料分拣系统,无线通信要求是在有限空间内为200台AGV自动导引运小车、每台AGV每秒提供20次收发数据,普通的WiFi通信装置无法满足这一要求,而采用WIA-FA无线设备后可以达到这一要求。自2017年9月投运后经测试,可靠性达到99.99%以上,通信时延小于10ms,AGV小车不脱网、不丢包,运行安全可靠。

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云南昆船物流公司为快递公司研制的智能物料分拣系统

重庆邮电大学除了是参与制定WIA-PA国际标准的主要单位之一外,还参加了ISA100.11标准的制定,作为主要成员加入新成立的ISA100无线兼容研究院WCI。

在展会上,重庆邮电大学展出了全球首款工业物联网核心芯片——渝芯一号,是全球唯一为WirelessHART、WIA-PA、ISA-100.11a流程行业无线技术三大国际标准关键技术提供硬件级支持的射频芯片。

南京高华科技股份有限公司是以研制高可靠MEMS传感器、惯性测量单元(IMU)及物联网系统工程为主导的国家级高新技术企业。

高华科技为“月宫一号”稳定可靠的感知保障提供了压力、温度、气体等传感器和监测系统。2018年5月4日长征三号乙运载火箭(CZ-3B)搭载亚太6C卫星在西昌卫星发射中心成功发射升空,高华科技研制的“箭上无线数据敏感与获取子系统”首次搭载飞行取得圆满成功。2018年10月15日,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭以“一箭双星”方式成功发射第39、40颗北斗导航卫星。高华科技研制生产的压力、温度、振动、热流、温湿压复合传感器等单箭数百只产品在本次发射中顺利完成任务,持续为我国运载火箭发射保驾护航。

深圳模拟科技有限公司专注于工业物联网平台的研发,提供云平台服务及完整的物联网解决方案。

TLINK工业物联网平台由深圳模拟公司研发并运营,为使用者、参与者提供技术和服务,帮助他们轻松实现传感器的物联网应用。TLINK工业物联网平台目前可接入各类传感器、各大品牌的网关设备、各大工控品牌的终端设备(如PLC、HMI、变频器、仪器仪表等),到目前为止已接入30万台设备。

值得注意的是,除了符合流程行业无线通信标准通信协议的展品外,大多数无线仪表生产厂家展出了采用其它通信协议的展品,如南京高华公司为火箭动力与空调监测系统安装的安溢活门压力无线监测系统,采用的是ZigBee传输方式,而为环境质量监测所采用的是WiFi、LoRa、NB-IoT传输方式。

上海朝晖压力仪表公司的无线仪表可选GPRS、LoRa、NB-IoT、ZigBee、WiFi多种传输方式;

江苏金湖杰克仪表公司的无线仪表可选ZigBee、GPRS、SMS多种传输方式;

福建上润精密仪器公司的无线仪表可选NB-IoT传输方式;

上海铭控传感器技术公司的无线仪表可选GPRS、LORa、LORaWAN、NB-IoT等多种传输方式;

天津迅尔仪表科技有限公司的电池供电电磁流量计、电磁水表的转换器、发讯型电磁水表等产品均可提供GPRS传输方式。

GPRS为通用分组无线服务技术,可提供用户信息传送及网络接入连接,是早期分散信息传输到集控室的一种永远在线、收费合理的通信方式。

物联网对于网络低功耗、广覆盖、长待机等需求诞生了诸多LPWAN(低功耗广域网)技术,NB-IoT、LoRa是近几年逐渐被广泛接受、建设的两大主流技术。

作为一个新兴技术,NB-IoT未来可应用范围包括:智能抄表、物流监控、环保监控、安防监控、车联网、智能井盖、智能路灯等诸多领域,应用范围广、发展潜力大。

NB-IoT(窄带物联网)技术具有支持海量连接、深度覆盖、低功耗、低成本等优点,支持设备在广域网的蜂窝数据连接,是实现万物互联的突破性技术。NB-IoT发展迅猛,在技术标准和应用领域上都占得先机,它在满足功耗和容量的同时兼顾了高可靠性。NB-IoT系高通、华为、爱立信等电信企业主推的技术方案。截至2018年初,全球已有28家运营商宣布NB-IoT网络商用。国内三大运营商投资数百亿建网,工信部规划,2020年之前国内将建设超过150万个NB-IoT基站,连接数突破6亿。对于企业而言,无需再在网络部署难、运维重等问题上投资,可专注于自身业务创新。

随着国家“中国制造2025”和“互联网+”政策的出台,许多行业均拥有强烈的物联需求,通过NB-IoT技术可以提升各行业的信息化智能化水平,加快推进智慧城市建设,促进物联网产业裂变式发展。

福建上润精密仪器公司与华为合作开发NB-IoT技术在智慧水务方面的应用,承担了第一个NB-IoT大规模落地项目——福州城市供水漏损治理合同,项目智能水表的总量达到30万台。

该项目正在实施,一个小区原供水量与用水量的“产销差”为34.38%。通过漏损治理,“产销差”有望控制在12%左右,每月节水量约60万吨。目前福建上润可提供智能无线产品有:家用水表、主管支管水表、电磁流量计、均速管流量计、压力变送器、液位计、路面积水仪、溶解氧测量仪等产品。

LoRa(Long Range)是Semtech收购一家法国公司Cycleo之后推出的超长距离无线传输技术,基于LoRa技术的LoRaWAN是包括终端、网关、服务器、应用内容在内的一整套开放标准,LoRa联盟于2015年成立,并在全球推广LoRaWAN。

LoRa是LPWAN通信技术中的一种,是基于扩频技术的超远程无线传输方案,传输速率高、距离远(优于3km)、容量高、功耗低,解决了小数据量在复杂环境中超远距离通信问题。LoRa阵营吸引了基础网络建设者广电、中国铁塔以及互联网巨头阿里、腾讯的加入。

浙江正泰中自国禹公司LXS无线远传阀控干式水表保持了旋翼式水表计数机构的机械传动方式,增加了光电直读模块及无线电子远传部分。

主要由旋翼式冷水表、光电直读模块、LoRa远传模块、内置锂电池等组成电子远传水表。仪表采用的LoRa/NB-IoT无线通信技术,具有功耗低、通信质量高的特点,且组网灵活,易于实现水表数据远传的目标。

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中自国禹公司的无线远传阀控干式水表

在西门子公司在展会上提供了一份资料,介绍了中国海洋石油总公司旗下的渤海油田辽东作业区应用西门子无线技术的实例。

2013年1月,辽东作业区电网电站调度控制系统(DMS)开始投入试运行,它由多个电力资源构成,但是JZ9-3、JZ25-1、JZ21-1、JZ20-2等平台电站没有海底光缆通信,无法进入DMS的监控范围。如使用传统的无线通信方式,由于受海平面对无线信号漫反射影响,经常造成无线通信系统短时间中断。对于工业控制系统,这种中断是绝对不允许的,这里的应用需要一个极为可靠的无线网络。

辽东作业区采用了西门子WiMAX系列产品,它基于IEEE802.16e,包含OFDM/OFDMA技术,能够同时在多个子载波频率上以广播形式发射承载高速数据的信号。OFDM技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰,适合在海上多径环境和衰落信道中的高速数据传输。通过西门子的Ruggedcom无线终端和RSN900NC交换机等无线通信产品,平台电站所采集的机组和变压器的实时数据集成到辽东作业区DMS中。2014年4月无线通信部分投入使用,几年来,系统不但做到了长期运行稳定,无丢包情况,更做到了在传输距离、通信能力和传输速率等方面真正的高效通信。这些设备的最远通信距离可达到69km,而实际最大传输距离为28km。

 辽东西门子无线终端.png

 在辽东作业区应用的西门子Ruggedcom无线终端


第三十届多国展将于2019年11月25-27日举办,将会有近500家测量控制与仪器仪表上下游企业带来自主研发的产品与最新技术参展。

我们将在北京·国家会议中心等待业内人士的莅临,通过沟通学习、行业互助共同见证测量控制与仪器仪表行业的进步与发展!