摘要：無(wú)線(xiàn)技術(shù)在核電站設(shè)計(jì)建造和運(yùn)行管理等方面具有*的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。為提高我國(guó)核電技術(shù)發(fā)展的自主化水平，在系統(tǒng)調(diào)研上核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，從安全監(jiān)管、技術(shù)和實(shí)施等層次對(duì)制約無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的若干關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了探討。
　　
　　引言
　　
　　無(wú)線(xiàn)技術(shù)尤其是射頻無(wú)線(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了移動(dòng)通信和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的普及，同時(shí)也推動(dòng)了工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的飛速發(fā)展。2006年，艾默生公司推出了將無(wú)線(xiàn)技術(shù)與HART總線(xiàn)技術(shù)有效集成的SmartWireless（智能無(wú)線(xiàn)）產(chǎn)品;2007年，霍尼韋爾發(fā)布了oneWireless的工業(yè)無(wú)線(xiàn)解決方案。多家通信行業(yè)供應(yīng)商也認(rèn)準(zhǔn)工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的市場(chǎng)潛力，推出了各具特色的工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品。摩托羅拉公司憑借通信領(lǐng)域的技術(shù)積累，致力于將其MEA技術(shù)推廣到工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域;思科和塵埃網(wǎng)絡(luò)公司聯(lián)合推出了SecureWirelessPlant工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)產(chǎn)品，充分發(fā)揮前者在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和后者豐富的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。核能作為清潔、的綠色能源，對(duì)保護(hù)環(huán)境、改善能源結(jié)構(gòu)、滿(mǎn)足我國(guó)日益增長(zhǎng)的能源需求等均具有重要意義。在此背景下，跟蹤上核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)展，并前瞻性地針對(duì)無(wú)線(xiàn)技術(shù)核電工程應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探討，這對(duì)推動(dòng)我國(guó)全面開(kāi)展相關(guān)應(yīng)用研究、相關(guān)技術(shù)發(fā)展方向和提升我國(guó)核電技術(shù)發(fā)展的自主化水平具有積極的意義。
　　
　　一、相關(guān)工作
　　
　　核電設(shè)施的安全運(yùn)行對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境具有重要影響，因此，核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)需要考慮的問(wèn)題比較復(fù)雜。無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用不僅僅是核電業(yè)主的個(gè)體行為，它還涉及核安全機(jī)構(gòu)的監(jiān)管、供貨商的配合以及研究設(shè)計(jì)院的等多個(gè)方面。美國(guó)核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用研究的參與方示意圖如圖1所示。
　　

　　核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用一般是在美國(guó)核管會(huì)（NRC）和美國(guó)能源部（DOE）的支持下，由電力研究院（EPRI）等研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合核電站業(yè)主和供貨商共同完成的。下面分別從政府部門(mén)、研究機(jī)構(gòu)、核電業(yè)主及供貨商等四方面，對(duì)上核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用研究的相關(guān)工作進(jìn)行總結(jié)介紹。
　　
　　1.1政府部門(mén)
　　
　　作為美國(guó)法定的核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)，NRC一直密切關(guān)注新興技術(shù)的可行性和安全性評(píng)估。通過(guò)資助學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)開(kāi)展相關(guān)研究，NRC對(duì)無(wú)線(xiàn)技術(shù)核設(shè)施應(yīng)用的安全性進(jìn)行了評(píng)估，編制了《無(wú)線(xiàn)技術(shù)及其在核設(shè)施應(yīng)用評(píng)估》和《工業(yè)無(wú)線(xiàn)協(xié)議在核設(shè)施環(huán)境下的共存評(píng)估》等報(bào)告，這為NRC編制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)和導(dǎo)則提供了技術(shù)基礎(chǔ)和決策依據(jù)。NRC認(rèn)為在現(xiàn)階段無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用尚未作為安全有關(guān)系統(tǒng)的組成部分，現(xiàn)役核電站改造及新建核電站可能會(huì)在安全系統(tǒng)中引入無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)。
　　
　　美國(guó)能源部（DOE）通過(guò)工業(yè)技術(shù)項(xiàng)目（ITP）支持無(wú)線(xiàn)技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用研究。在ITP支持下，橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、Honeywell、GE、Eaton和AMS等對(duì)無(wú)線(xiàn)技術(shù)在能源（包括核能）領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究。Honeywell推出的OneWireless工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)即源自ITP的支持。自2008年起，DOE開(kāi)始支持AMS公司對(duì)無(wú)線(xiàn)技術(shù)在核電站設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。目前，AMS已完成*階段工作，它計(jì)劃于2010年在美國(guó)和英國(guó)多座核電站安裝原型系統(tǒng)并進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證。
　　
　　1.2研究機(jī)構(gòu)
　　
　　因與核電業(yè)主的密切，EPRI在美國(guó)核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用研究中起著重要作用。近幾年來(lái)，EPRI儀控部門(mén)一直將無(wú)線(xiàn)技術(shù)在核電站的應(yīng)用作為其重要的研究方向。通過(guò)與核電站業(yè)主合作，EPRI在核電站實(shí)地布置了無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，從而對(duì)核電廠(chǎng)配套子項(xiàng)BOP的廠(chǎng)房設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和語(yǔ)音系統(tǒng)集成等進(jìn)行試驗(yàn)研究。2009年，EPRI驗(yàn)證了無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)在核電站監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，重點(diǎn)研究了無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性和網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)問(wèn)題。預(yù)期在2010年形成導(dǎo)則，初步解決網(wǎng)絡(luò)選擇、操作優(yōu)化以及設(shè)計(jì)相關(guān)的問(wèn)題。
　　
　　橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）是核設(shè)施領(lǐng)域享譽(yù)世界的*研究機(jī)構(gòu)，其I&C部門(mén)作出了許多開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)。ORNL研究了核電站和核燃料處理等核設(shè)施嚴(yán)酷工況下的無(wú)線(xiàn)通信問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一系列的硬件、協(xié)議和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。NRC通過(guò)委托ORNL開(kāi)展研究工作，完成了對(duì)核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的安全性和潛在風(fēng)險(xiǎn)等多項(xiàng)評(píng)估。
　　
　　西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量尤其是在射頻標(biāo)簽技術(shù)（RFID）方面取得了多項(xiàng)成果。早在2002年，PNN就完成了“下一代核電站在線(xiàn)智能自診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”的前瞻性研究項(xiàng)目，對(duì)核電站工藝監(jiān)測(cè)、診斷、預(yù)測(cè)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了探索。PNNL研究的重點(diǎn)是針對(duì)廠(chǎng)用水系統(tǒng)，利用RFID技術(shù)對(duì)離心泵進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和故障檢測(cè)識(shí)別。
　　
　　美國(guó)圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與意大利聯(lián)合研究中心（JRC）合作，對(duì)核電站安保系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的射頻干擾及網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題進(jìn)行了驗(yàn)證研究。
　　
　　1.3核電業(yè)主
　　
　　無(wú)線(xiàn)技術(shù)能夠在保守的核電行業(yè)迅速得到應(yīng)用，其根本原因是核電業(yè)主對(duì)低成本和高運(yùn)營(yíng)效率的追求。從前面的介紹可以看出，無(wú)線(xiàn)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)毋庸置疑，正是這雙重優(yōu)勢(shì)促使核電業(yè)主自發(fā)地通過(guò)多種方式探索無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用。
　　
　　目前，無(wú)線(xiàn)技術(shù)在核電站的應(yīng)用主要是語(yǔ)音通信、數(shù)據(jù)通信、安保監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、輻射測(cè)量及重型設(shè)備操縱等方面。下面對(duì)若干核電站的無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用作進(jìn)一步介紹。
　　
　　田灣核電站安裝了一套包括視頻、溫度和煙霧等探測(cè)器的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，以進(jìn)行安保監(jiān)控和異常運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)。秦山核電基地在役電廠(chǎng)和在建項(xiàng)目均安裝了應(yīng)急通信等無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)。大亞灣核電站也布置了基于無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)急通信系統(tǒng)。
　　
　　ArkansasNuclearOne（ANO）核電站布置了多用途無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。工作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行儀表校準(zhǔn)等作業(yè)時(shí)，利用筆記本電腦和PDA即可方便地連接到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)并獲取相關(guān)技術(shù)資料。ANO在停堆換料期間還利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
　　
　　ComanchePeak核電站是世界上無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的核電站之一。該核電站安裝了IEEE802.llb無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，建立的VoIP無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)可保證廠(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)的工作人員時(shí)刻保持。工作人員可利用無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控等手段在停堆換料期間進(jìn)行監(jiān)督管理，也可借助無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程讀表。無(wú)線(xiàn)加速度傳感器還能監(jiān)測(cè)機(jī)組中重要的泵和電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。ComanchePeak無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)突出特點(diǎn)是所有應(yīng)用均采用了相同的無(wú)線(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　SanOnofre核電站布置了基于IEEE802.15.4協(xié)議的無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)，電站可利用無(wú)線(xiàn)傳感器監(jiān)測(cè)二回路給水泵的電機(jī)溫度。通過(guò)分析電機(jī)溫度數(shù)據(jù)，可及早發(fā)現(xiàn)可能的故障征兆，防止不必要的停機(jī)或受迫低功率運(yùn)行，從而提高核電站的經(jīng)濟(jì)性和可用性。
　　
　　Sevafield核電站是英國(guó)一座正值退役期的核電站。為避免員工在超過(guò)規(guī)定輻照強(qiáng)度的區(qū)域內(nèi)工作，電站綜合利用了超帶寬RFID技術(shù)和無(wú)線(xiàn)輻照劑量測(cè)量設(shè)備，保障了核電站工作人員的人身安全。對(duì)中、美、英等國(guó)核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納整理，如表1所示。

　　
　　1.4供貨商
　　
　　Honeywell在2007年推出了可靠、安全、通用和開(kāi)放的onewireles工業(yè)無(wú)線(xiàn)平臺(tái)。onewireles通過(guò)一個(gè)架構(gòu)，便可支持視頻監(jiān)視、移動(dòng)工作站、即時(shí)定位、管道腐蝕監(jiān)測(cè)、機(jī)械狀態(tài)診斷、污染物排放監(jiān)測(cè)和過(guò)程參數(shù)監(jiān)控等多種應(yīng)用。它在同一個(gè)平臺(tái)下可支持HART、Profibus、DeviceNet、ModbuS及OPC等多種通信協(xié)議。霍尼韋爾的解決方案采用mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供內(nèi)在冗余性，具有自組織、自愈合和自動(dòng)重新組態(tài)的特點(diǎn)，無(wú)單點(diǎn)故障。OneWireless的主要產(chǎn)品包括XYR6000列變送器、移動(dòng)工作站、即時(shí)定位跟蹤機(jī)械設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)EHM以及無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)視CCTV等。XYR6000系列變送器包括無(wú)線(xiàn)溫度變送器、無(wú)線(xiàn)壓力變送器、無(wú)線(xiàn)模擬量輸入變送器以及無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)量輸出變送器等。
　　
　　Emerson在2006年推出了SmartWirelesS無(wú)線(xiàn)解決方案。同霍尼韋爾的onewireles一樣，smartWireless也采用了mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不同的是SmartWirelesS*符合WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)；mesh網(wǎng)絡(luò)提供了冗余的數(shù)據(jù)通信路徑，可避免單點(diǎn)故障。SmartWireless適用于監(jiān)測(cè)、開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制，zui大支持100000個(gè)節(jié)點(diǎn)。Smartwireless的主要產(chǎn)品包括用于測(cè)量與分析的無(wú)線(xiàn)變送器、無(wú)線(xiàn)振動(dòng)變送器及無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)量變送器等。其中用于測(cè)量與分析的無(wú)線(xiàn)變送器包括Rosemount30515壓力、流量和液位變送器，Rosemount848T無(wú)線(xiàn)溫度變送器，Rosemount648無(wú)線(xiàn)溫度變送器以及Rosemount6081無(wú)線(xiàn)pH變送器等。
　　
　　對(duì)核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用而言，SmartWirelesszui突出的特點(diǎn)是其能夠與Ovation進(jìn)行無(wú)縫集成。Ovation提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口和網(wǎng)關(guān)集成，系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)和無(wú)線(xiàn)設(shè)備；同時(shí)，用戶(hù)在Ovation畫(huà)面上可以清晰直觀地獲得無(wú)線(xiàn)設(shè)備的工藝和設(shè)備診斷信息。Ovation系統(tǒng)已經(jīng)在火電廠(chǎng)和核電廠(chǎng)非IE級(jí)系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，第三代核電技術(shù)AP1000的非IE級(jí)系統(tǒng)也采用了Ovation平臺(tái)。我們有理由相信，SmartWireless與Ovation的無(wú)縫集成能力將強(qiáng)有力地推動(dòng)其在核電站的應(yīng)用。
　　
　　二、關(guān)鍵問(wèn)題
　　
　　目前，無(wú)線(xiàn)技術(shù)在核電站的應(yīng)用還于語(yǔ)音數(shù)據(jù)通信、安保監(jiān)控和火災(zāi)探測(cè)等非安全有關(guān)系統(tǒng)，在IE級(jí)（安全級(jí)）系統(tǒng)中尚未得到應(yīng)用；在核電站非安全有關(guān)領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用仍處于探索階段，其推廣應(yīng)用還有若干關(guān)鍵問(wèn)題需要解決。下面從監(jiān)管、技術(shù)和實(shí)施等三個(gè)層次探討核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的若干關(guān)鍵問(wèn)題。
　　
　　2.1監(jiān)管層次
　　
　　核安全監(jiān)管部門(mén)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則和規(guī)范的制定是無(wú)線(xiàn)技術(shù)在核電站及其他核設(shè)施廣泛應(yīng)用的必要前提。新興技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上是對(duì)核安全監(jiān)管部門(mén)監(jiān)督管理能力的考驗(yàn)。監(jiān)管部門(mén)需要具有對(duì)新技術(shù)安全性、可靠性和潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估的相應(yīng)能力，進(jìn)而制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和導(dǎo)則，以確保核電站的安全可靠運(yùn)行。面對(duì)新興技術(shù)的挑戰(zhàn)，核安全監(jiān)管部門(mén)應(yīng)積極應(yīng)對(duì)而非保守避讓。早在2004年，美國(guó)NRC的克里斯蒂娜·安東尼斯庫(kù)就已指出“已得到廣泛應(yīng)用的無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用于核電站是不可避免的趨勢(shì)，管理機(jī)構(gòu)必須作好準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)其挑戰(zhàn)”。我國(guó)核安全監(jiān)管部門(mén)有責(zé)任也有義務(wù)加強(qiáng)對(duì)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用研究，并及早制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則和規(guī)范。
　　
　　2.2技術(shù)層次
　　
　　技術(shù)層次問(wèn)題指無(wú)線(xiàn)技術(shù)本身，包括電磁場(chǎng)理論、天線(xiàn)技術(shù)、信道編碼／擴(kuò)頻和多址接入以及拓?fù)淇刂频榷喾矫娴膯?wèn)題。目前，無(wú)線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)滲透到日常生活的各個(gè)方面，在石油化工等重要工業(yè)領(lǐng)域也到了廣泛應(yīng)用，故其在技術(shù)層次上是基本成熟的。
　　
　　自20世紀(jì)末以來(lái)，我國(guó)一直緊跟世界無(wú)線(xiàn)技術(shù)研究的前沿。在國(guó)務(wù)院頒布的《（國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中，“新一代寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信”同“大型*壓水堆及高溫氣冷堆核電站”等項(xiàng)目一起被列為16個(gè)重大專(zhuān)項(xiàng)；“傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理”被列為信息產(chǎn)業(yè)這一重點(diǎn)領(lǐng)域的優(yōu)先主題之一，我國(guó)將重點(diǎn)發(fā)展“低成本的傳感器網(wǎng)絡(luò)和實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)”;“自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”被列為信息技術(shù)前沿研究方向之一。需要指出的是，在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年》中提到的“自組織網(wǎng)絡(luò)”和“傳感器網(wǎng)絡(luò)”主要是指無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　自2006年起，國(guó)家通過(guò)“973重大基礎(chǔ)研究”計(jì)劃支持“無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目，重點(diǎn)研究了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的理論及其工業(yè)應(yīng)用，其中特別研究了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤炭開(kāi)采和上海世博會(huì)安保中的應(yīng)用。
　　
　　2008年10月，由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所負(fù)責(zé)制定的、我國(guó)擁有*自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)WIA-PA成為IEC標(biāo)準(zhǔn)。WIP-PA是IEC繼WirelessHART后被批準(zhǔn)的第2部針對(duì)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)。大唐、華為和中興等公司在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域積累了雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，能夠?yàn)楣I(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提供支撐。
　　
　　綜上所述，國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的實(shí)施、973項(xiàng)目的開(kāi)展、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)的制定和國(guó)內(nèi)無(wú)線(xiàn)通信企業(yè)已有的技術(shù)水平，都為我國(guó)在21世紀(jì)無(wú)線(xiàn)技術(shù)研究和應(yīng)用中取得地位奠定了基礎(chǔ)，也為我國(guó)核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的研究提供了強(qiáng)有力的支撐。
　　
　　2.3實(shí)施層次
　　
　　2.3.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
　　
　　為滿(mǎn)足不同需求，無(wú)線(xiàn)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已形成多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。對(duì)工業(yè)應(yīng)用而言，主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有IEEE802系列、ISAl00和wirelessHART等。
　　
　　IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)（無(wú)線(xiàn)部分）是IEEE制定的無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)，就工業(yè)應(yīng)用而言主要有IEEE802.11和IEEE802．15這兩大類(lèi)。這兩類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)分別包括多種子標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)傳輸速率、調(diào)制擴(kuò)頻技術(shù)、通信距離和安全機(jī)制等都不盡相同。IEEE802.11系列應(yīng)用較為廣泛的有IEEE802.lla、IEEE802.llb和IEEE802.11g。近年來(lái)，隨著人們對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全性要求的提高，更安全的IEEE802.11i和IEEE802.l1r技術(shù)的應(yīng)用也逐漸增多。IEEE802.15系列中應(yīng)用較多的是IEEE80215.1、IEEE802.15.3、IEEE802.15.4和IEEE.802.15.6a。IEEE.802.15.4技術(shù)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)傳感器層次應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在當(dāng)前的工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)研究中應(yīng)用較為普遍。
　　
　　ISAl00是ISA（instrumentation,systemandautomationsociety）的工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前還處于編制階段，預(yù)計(jì)將在近兩年內(nèi)正式發(fā)布成為工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。相比IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)，ISA100*以工業(yè)應(yīng)用為目的，考慮了包括安全有關(guān)系統(tǒng)在內(nèi)的工業(yè)應(yīng)用需求。wirelessHART是HART現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的升級(jí)版，它支持在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)中使用無(wú)線(xiàn)技術(shù)Emerson的SmartWireless產(chǎn)品即基于此技術(shù)。
　　
　　核電站是復(fù)雜的工程系統(tǒng)，其運(yùn)行和管理要求所布置的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)能滿(mǎn)足多種需求。語(yǔ)音通信要求保證通信的實(shí)時(shí)性；視頻安保監(jiān)控需要高帶寬，但對(duì)實(shí)時(shí)性要求則低于語(yǔ)音通信。此外，隨著技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，可能需要將已安裝的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用于新的領(lǐng)域，因此，要求系統(tǒng)有良好的可擴(kuò)展性和可升級(jí)性。根據(jù)核電站多種應(yīng)用需求選擇適用的無(wú)線(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)綜合評(píng)估的過(guò)程。根據(jù)相關(guān)研究和工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在評(píng)估過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)考慮技術(shù)成熟性、網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性、擴(kuò)展性、兼容性和實(shí)時(shí)性等因素。
　　
　　2.3.2網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)
　　
　　網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、可靠性和穩(wěn)定性等性能有重要影響。主要的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星形、環(huán)狀、總線(xiàn)以及mesh結(jié)構(gòu)等。星形和環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較容易確定，但穩(wěn)定性和可靠性差；mesh網(wǎng)絡(luò)是《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中所提到的“自組織網(wǎng)絡(luò)”中的一種。mesh技術(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路內(nèi)在的冗余性實(shí)現(xiàn)高網(wǎng)絡(luò)可靠性，是當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用中*的網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)。Honeywell和Emerson工業(yè)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品均采用了*的mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，基于此技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)儀控設(shè)備能以自組織的方式形成冗余網(wǎng)絡(luò)。因此，核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用宜采用mesh組織結(jié)構(gòu)，以提高可靠性和容錯(cuò)性。
　　
　　在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮不同應(yīng)用之間的隔離，如安保視頻監(jiān)控?zé)o線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)與語(yǔ)音通信無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離。此外，還應(yīng)考慮無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的隔離。在無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中，隔離主要通過(guò)采用不同的通信頻率或擴(kuò)頻技術(shù)等手段實(shí)現(xiàn)。需要指出的是，無(wú)線(xiàn)射頻通信通常是同高速有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合應(yīng)用的。利用光纖主干網(wǎng)能提高無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)吞吐量并能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁h(yuǎn)距離。將無(wú)線(xiàn)射頻通信系統(tǒng)接入光纖主干網(wǎng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在不允許無(wú)線(xiàn)通信的區(qū)域仍然可以通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換信息。
　　
　　綜合考慮上述因素并參考西屋公司AP1000核電站所采用的數(shù)字化儀控系統(tǒng)架構(gòu)，提出了核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用參考架構(gòu)，即通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)的物理隔離，利用mesh網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的靈活布置并提高通信的可靠性。將無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)接入已有的光纖主干網(wǎng)，一方面可提高無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的吞吐量和實(shí)時(shí)性，另一方面可利用無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)獲取核電廠(chǎng)的全面信息。通過(guò)防火墻、隔離網(wǎng)關(guān)等技術(shù)手段確保無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不會(huì)影響有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的參考架構(gòu)如圖2所示。
　　
　　2.3.3QoS控制
　　
　　電磁波空間傳播的特性決定了在一定時(shí)空范圍內(nèi)的多臺(tái)無(wú)線(xiàn)設(shè)備不能同時(shí)占用特定頻段的信道，故無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不可避免地存在時(shí)延和抖動(dòng)問(wèn)題。時(shí)延是指無(wú)線(xiàn)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)接收端和發(fā)送端之間的時(shí)間延遲，而抖動(dòng)則指相同的數(shù)據(jù)接收端和發(fā)送端在不同時(shí)刻時(shí)延的差異。在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中同樣存在時(shí)延和抖動(dòng)，只是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和抖動(dòng)更明顯。網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和抖動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)帶寬或數(shù)據(jù)傳輸速率密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)傳輸速率越高，時(shí)延越小，抖動(dòng)越不明顯。
　　
　　在給定網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的情況下，時(shí)延和抖動(dòng)也是可以控制的。有效防止這兩個(gè)現(xiàn)象發(fā)生的方法是采用QoS（qualityofservice）控制策略。QoS是一種基于優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延控制策略，它根據(jù)通信任務(wù)重要性及其網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求設(shè)定任務(wù)優(yōu)先級(jí)，適用于無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線(xiàn)信道的接入控制確保了高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的數(shù)據(jù)先于低優(yōu)先級(jí)任務(wù)傳輸。核電站數(shù)據(jù)通信、安保監(jiān)控、火災(zāi)探測(cè)和物料跟蹤管理等應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和抖動(dòng)要求并不苛刻，運(yùn)用當(dāng)前的成熟技術(shù)是*可以滿(mǎn)足要求的。工業(yè)應(yīng)用和核電站初步應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)都已表明無(wú)線(xiàn)技術(shù)在此類(lèi)應(yīng)用中是*可行的。
　　
　　若將無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)用作非lE級(jí)有線(xiàn)系統(tǒng)的多樣化后備，目前的成熟技術(shù)（如IEEE802.119）還不能*勝任。從某種意義上來(lái)看，ISAl00標(biāo)準(zhǔn)的制定就是為了解決此問(wèn)題。在ISAl00技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中考慮了無(wú)線(xiàn)技術(shù)在儀控系統(tǒng)應(yīng)用中嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求，其QoS將通信任務(wù)劃分為六個(gè)優(yōu)先等級(jí)。第O級(jí)優(yōu)先級(jí)zui高，用以保證安全有關(guān)的任務(wù)，如安全互鎖、緊急停機(jī)和火災(zāi)響應(yīng)等；第1級(jí)用于電動(dòng)機(jī)、流量和壓力控制等。由此可知，工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已能滿(mǎn)足安全有關(guān)等應(yīng)用的實(shí)時(shí)性要求，因此，將無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)用作核電站非lE級(jí)有線(xiàn)系統(tǒng)的多樣化后備在技術(shù)上是可行的。
　　
　　2.3.4電磁兼容性
　　
　　相比有線(xiàn)技術(shù)，核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用需重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問(wèn)題是電磁干擾和電磁兼容性。核電站機(jī)電設(shè)備較多，存在大量電磁干擾源，可能影響基于無(wú)線(xiàn)通信的語(yǔ)音通信和運(yùn)行管理等。更重要的是，無(wú)線(xiàn)設(shè)備發(fā)射的電磁波有可能對(duì)核電站關(guān)鍵的機(jī)電設(shè)備造成干擾，也有可能影響儀表的正常讀數(shù)。為了規(guī)避可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，核電站一般都劃定了無(wú)線(xiàn)設(shè)備禁用區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)禁止使用任何無(wú)線(xiàn)設(shè)備。根據(jù)上在核電站應(yīng)用無(wú)線(xiàn)技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，這種做法略顯保守。
　　
　　根據(jù)核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)反饋，經(jīng)濟(jì)可行的方法是實(shí)測(cè)核電廠(chǎng)的電磁環(huán)境，選擇適當(dāng)?shù)奈恢貌贾脽o(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，以確保無(wú)線(xiàn)設(shè)備和核電站機(jī)電設(shè)備互不干擾。隨著無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的深入，無(wú)線(xiàn)設(shè)備的數(shù)量將激增，全電廠(chǎng)的電磁環(huán)境測(cè)繪工作也相應(yīng)變得異常繁重。當(dāng)前，許多機(jī)構(gòu)正在探索開(kāi)發(fā)核電廠(chǎng)電磁環(huán)境仿真軟件，借助軟件自動(dòng)完成核電廠(chǎng)電磁環(huán)境測(cè)繪和無(wú)線(xiàn)設(shè)備的布置優(yōu)化。電磁環(huán)境仿真技術(shù)已在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)布置和無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備研發(fā)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用，因此，核電廠(chǎng)電磁仿真軟件的關(guān)鍵不在于無(wú)線(xiàn)電磁波傳輸?shù)姆抡婕夹g(shù)，而在于對(duì)核電廠(chǎng)構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的電磁特性進(jìn)行準(zhǔn)確建模，并通過(guò)實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)不斷修正和優(yōu)化模型。
　　
　　2.3.5網(wǎng)絡(luò)安全性
　　
　　由于無(wú)線(xiàn)信道傳輸空間的開(kāi)放性，無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)容易受到外部惡意攻擊。無(wú)線(xiàn)技術(shù)在核電站的IE級(jí)系統(tǒng)和非IE級(jí)控制系統(tǒng)尚未得到應(yīng)用，這在一定程度上是出于對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的考慮。從實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，這種考慮略為保守。國(guó)內(nèi)外的研究和工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，采用安全防范技術(shù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，其安全性不遜于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。目前主要通過(guò)以下*技術(shù)保證無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的安全性:
　　
　　①數(shù)據(jù)加密：為保護(hù)敏感數(shù)據(jù)免受偵聽(tīng)，實(shí)施端到端的加密。研究表明，目前廣泛應(yīng)用的128位AES加密對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是可行的。
　　
　　②*機(jī)制：在建立連接之前必須進(jìn)行身份認(rèn)證，防止未*的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，動(dòng)態(tài)變化密鑰，以保證*機(jī)制在加密方面足夠安全。技術(shù)是采用帶寬外機(jī)制（如紅外傳輸），實(shí)現(xiàn)一次性密鑰分配。
　　
　　③信道容錯(cuò)性：核電廠(chǎng)復(fù)雜的電磁環(huán)境有可能干擾正常無(wú)線(xiàn)通信，因此，信道都是有損的。通信協(xié)議必須能探測(cè)并適應(yīng)丟包現(xiàn)象，并具備通信再同步能力。
　　
　　④移動(dòng)安全性：在移動(dòng)環(huán)境下保持無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的安全性，可采用主動(dòng)密鑰緩存機(jī)制保證移動(dòng)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)安全，此機(jī)制是IEEE802.111協(xié)議的擴(kuò)展，也是IEEE802.llr協(xié)議的基礎(chǔ)。
　　
　　⑤FIPS140-2符合性驗(yàn)證：美國(guó)國(guó)防部要求所有軍用無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)都要通過(guò)FIPS140-2符合性驗(yàn)證。針對(duì)核電廠(chǎng)開(kāi)展FIPS140-2符合性驗(yàn)證，這對(duì)保證無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的安全性具有重要意義。
　　
　　2.3.6可靠性和人因工程
　　
　　就當(dāng)前應(yīng)用水平而言，對(duì)可靠性和人因工程的考慮不甚緊迫，因無(wú)線(xiàn)技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)很難在安全有關(guān)系統(tǒng)中得到應(yīng)用；而從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展考慮，對(duì)可靠性和人因工程進(jìn)行探索研究則很有必要。
　　
　　經(jīng)濟(jì)性追求和過(guò)時(shí)設(shè)備淘汰等因素決定了*成熟的技術(shù)必然會(huì)取代落后的技術(shù)。我們有理由相信無(wú)線(xiàn)技術(shù)將在數(shù)字化儀控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
　　
　　無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上使得全面監(jiān)測(cè)電廠(chǎng)運(yùn)行工況成為可能。核電廠(chǎng)運(yùn)行工況信息的增加也帶來(lái)了新的問(wèn)題，如在何處（就地或主控室等）以何種方式顯示（屏幕顯示或聲音報(bào)警等）都將成為新的研究課題。針對(duì)這些問(wèn)題，應(yīng)從人因工程的角度出發(fā)，合理設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面和報(bào)警等系統(tǒng)，盡可能減少人因失誤，提高核電廠(chǎng)的可靠性。
　　
　　三、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　無(wú)線(xiàn)技術(shù)在核電站的應(yīng)用雖然尚處于起步探索階段，但其經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)引起了核電行業(yè)的密切關(guān)注，它有著廣闊的發(fā)展空間。無(wú)線(xiàn)技術(shù)在核電站的應(yīng)用能夠降低布線(xiàn)成本、簡(jiǎn)化工程設(shè)計(jì)、減少現(xiàn)場(chǎng)人員所受輻照，加強(qiáng)安保監(jiān)控、實(shí)施全面的電廠(chǎng)壽命管理，并為有線(xiàn)系統(tǒng)提供多樣化后備。出于安全考慮，核電行業(yè)一直對(duì)新興技術(shù)持保守態(tài)度。為推動(dòng)新興無(wú)線(xiàn)技術(shù)在核電站的深入應(yīng)用，從安全監(jiān)管、技術(shù)和實(shí)施等層次對(duì)制約無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究。
　　
　　國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃、“973國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃關(guān)于無(wú)線(xiàn)技術(shù)的研發(fā)投入和支持、TD-SCDMA和WIA-PA等一批我國(guó)擁有*自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科技成果，以及華為、中興等擁有雄厚技術(shù)實(shí)力的企業(yè)，為我國(guó)核電行業(yè)發(fā)展無(wú)線(xiàn)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。只要我們抓住機(jī)遇，加大研究力量投入，就一定能在核電站無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域取得重大突破。