康海明

摘要：信息技术的进步推动了工业自动化仪表与控制系统的向前发展，正在朝智能化、高精度化、无线化、

安全仪表系统（SIS）、科学仪器的在线化发展改进。

关键字：工业自动化仪表；发展；趋势

Abstract: The advances in information technology to promote industrial automation, instrumentation and control system to move forward, it is moving in the intelligent, high-precision, wireless, Safety Instrumented Systems (SIS), the improvement of scientific instruments online.Key words: Industrial Automation Instrumentation; development; trend

中图分类号：TH86 文献标识码：A文章编号：

工业自动化仪表是整个装备系统的运行中心以及神经中枢,是重大装备至关重要的构成元素, 对我国在装备工业上的发展具有深远的意义。通过一段时间的发展 ,我国自动化仪表行业已经种类较齐全,布局比较科学,同时还涌现了擁有一定生产规模以及相应的技术能力的工业体系。但是国产仪表产品与国外还存在着一定的差距, 产品的工程应用能力以及可靠度仍需改进,常规品种占大多数,在信息时代下,智能型产品仍需继续开发。

一、发展现状

随着信息时代的到来,工业自动化原有的内容发生了很大的变化。其内容涵盖了自动化感应部件 、变送器、大多数执行机构以及自动控制单元和装置控制系统等。同时,自动控制系统又细分为过程控制与运动控制系统。

我国在显示仪表、测温仪表、传统流量仪表以及测压仪表等常用仪表领域已经掌握了其 中的核心技术,能够自行开发新的产品,也有部分产品出口,然而其技术含量相对较低。 随着信息技术的发展,我国开发的无纸记录仪等高中档产品其性能以及市场占有率不断提升, 但是在高端技术方面还不够成熟 ,相应的产品生产主要依靠外资企业。

伴随信息时代的脚步 ,智能化仪表成为工业自动化中受到普遍关注与应用的热点。而我国在智能仪表方面用户还缺乏使用经验 ,现场总线与智能仪表之间相互配合应用还较少 , 总之,我国在智能仪表领域仍处于开发的初期。

二、发展中遇到的问题

我国自动化仪表起步较晚,基础较差,相比国外先进产品而言,还存在着很多的差距。并且

其发展也受到国内外市场的巨大压力,竞争日益激烈 ,其结构性矛盾亟待解决。

1、我国在工业自动化仪表发展过程中,缺少创新意识 ,大多数情况下,是先从国外引进

成套的设备 ,但是却不能够积极的消化 ,将其转化为自身的技术。同时,企业内部也缺少必 要的创新理念。但是总体来说 ,我国自动化产业以及相应的技术仍有较大发展 ,并且形成了工业信息系统行业。

2、一些外部因素对其发展有一定的制约作用。其一是政策上,虽然自动化仪表无疑会促进国民经济快速高效发展 ,但是国家对这样的特殊行业并未 给予相应的扶持政策。

3、一些大型企业由于不了解发展状况 ,不轻易用国产系统 ,并且很多企业已经形成只使用进口系统的习惯。

4、就行业自身来说,对新技术以及新产品的研发能力有限,使产品的可靠性不够好,产品的各种功能或 者性能较为落后,同时,也缺少针对某些具体行业的专用仪表。高端产品往往 被外国市场占领 ,很多大型精密仪器依赖进口。

三、工业自动化仪表与控制系统发展方向：

1、智能化

从工业自动化仪表的发展趋势看，智能化是其核心部分，所谓智能化表现在其具有多种新功能。例如过去当流量仪表需要进行温度、压力补偿时需要分别测量流量、温度和压力，并且需要运算器来计算，而现在一台智能化的流量变送器就可以包揽这一任务；又如一台智能化执行器 ，由于具有多种的自诊断功能，使维修预报成为可能。如当执行器调节阀的阀杆行程累计超过一定长度时，就会发出信号通知维修人员进行密封填料的更换；又当阀门的动作过于频繁时也可通知工作人员进行干预，以免发生事故；当用于具有腐蚀性介质时，如超过一定流量及工作时间时，也能发出信号，以便及时更换，因为绝不会发生腐蚀的材质是没有的。

在工控方面，过去控制的算法，只能由调节器或DCS来完成，如今一台智能化的变送器或者执行器，只要植入PID模块，就可以与有关的现场仪表在一起，在现场实现自主调节；从而实现控制的彻底分散，从而减轻了DCS主机的负担，使调节更加及时，并提高了整个系统的可靠性。

2、高精度化

由于工业生产对成品质量的要求日益提高，国家的政策和法令对节能减排也有具体的要求和规定，因此提高测量仪表与控制系统的精度就被提上了议事日程。例如变送器的精度，普遍从百分之零点七五提高到百分之零点零四。用于贸易交换计量的科氏质量流量计，精度已达到百分之零点零五，部分气体超声波流量计的准确度已达到百分之零点五，同时新一代的DCS也以此作为一个重要的指标。

当前一些新建的大型项目，在招标时，对有关产品的精度已提出明确的要求。这既是一个门槛，也是一种对制造厂商的资源要求。

3、无线化

现场总线本来是一种非常有前途的技术，理应得到迅速的发展和推广，但由于国际标准的过多，影响了推广，例如第一代现场总线的国际标准已达到10多种，加上第二代的实时工业以太网，其国际标准可能会有20多种，而第三代的总线通信方案又在兴起，而且各大跨国公司和有关组织都在制定各自的标准，便如目前知道的就有HART无线，ISA的SP100，IEC，还有艾默生，西门子等一些大公司都在制定各自的无线标准。标准过多，对用户来讲，实在不是一个好兆头，用户希望能够通过努力，制订出单一的国际的标准。

工业生产要求高产，稳定，优质，低耗，安全，环保。随着生产规模越来越大，如火电机组已有100万KW的超临界机组；炼油企业达到了1000万吨级，乙烯装置也达到了100万吨的规模，测量和控制的点数不断增加，一般已达万点以上。如果现场仪表能够实现通信无线化，电缆和维护的工人量都会大大减少，施工设计部门和最终用户都是会欢迎的，因此研发近距离，低功耗可靠的无线通信是当前的一个亮点。

4、安全仪表系统（SIS）

随着生产规模的日益扩大，一旦发生事故，不但在经济上会造成巨大的损失，而且人员伤亡和对环境的影响均非同小可，因此生产的安全问题日益受重视。

目前，一些化工或石化企业的安全系统，如ESD紧急停车是由专门的PLC如TRICONES来负责管理，这样企业的控制系统就由两大部分组成，即DCS与专门的PLC。

由于新型DCS的功能不断扩大，已经有了安全仪表系统（SIS），因此也可以用一套具有SIS功能的DCS来统一管理，这样业主当然欢迎。但保险公司需要第三方的认证，而认证就要有量化的概念，因此IEC 制定了标准，将安全等级分为四级。所谓SIL全名为安全完整性等级。根据目前的制造水平，变送器的安全等级仅为SIL2，若要满足SIL3的要求，可采取冗余措施，至于DCS，目前一些大的DCS制造商都已通过了TUV认证，达到了SIL3。按照目前的社会的生产水平，只要符合SIL3的标准就可以满足化工及重石化行业的安全要求了。

因此越来越多的仪表制造厂商使其产品具有SIS的功能，这是当前的一个热点。

5、科学仪器的在线化

随着科技的进步，科学仪器的结构日益简化、体积缩小、重量减轻、操作也更方便、价格也逐步降低，而且能在工业条件下操作。因此在过去只能在实验室内进行离线操作的科学仪器，现在可以在生产现场进行在线运行了。例如质谱仪在武钢的高炉上试用，用来分析炉顶煤气的成分。从应用的角度来看，这种仪器也可看成工业自动化仪表中的一员了。今后这种趋势还会加速发展。

新型仪表不断出现在过去认为不能检测的禁区，现在有了突破。如二相流的测量已有产品处于试用阶段，如德国SWR公司的微波气，固二相流量计，英国SOLARTRON公司的DUALSTR-EAMMKI气液二相流量计，美国MALFIAID公司的LP多相流量计等。而SWR公司的气、固二相流量计已在武钢高炉喷煤粉系统上试用。

6、软测量技术正在发展

由于生产工艺的复杂性：工业环境的恶劣性，使得有些重要的或者关键性的参数不能进行直接测量，只能借助计算机技术，依靠其他相关能测得的参数进行推导。用这样间接测量的方法，有人称之为虚拟仪表。

实现软测量技术的关键在于研发人员首先要了解工艺生产，熟悉工艺操作，同时还要掌握测量和计算机的技术，才能取得事半功倍的功效。

参考文献：

[1]李运胜, 对现阶段我国工业自动化仪器仪表行业的展望，中国高新技术企 业,2008,(02).

[2]廖红华、黄鹏、胡筱婧,智能化仪器仪表技术发展综述.电工技术,2007,(01).

[3]赵阳华 , 我国仪器仪表产业发展现状、问题及政策研究.中国仪器仪表,2009,(03).