自动化仪表与控制系统

《仪器科学与技术学科发展综合报告（2008）》 自动化仪表与控制系统 摘要 本部分首先介绍了自动化仪表与控制系统当前的基本现状，指出信息安全、安全、过程自动化、环境和质量控制、无线与网络通信、企业集成六方面是本领域的主要关注；相对于国内自动化仪表市场销售额的高速增长而言，自动化仪表新产品的推出显得稍慢；困扰发展的主要技术问题有：仪表、系统和通信的信息保密和安全，微程序和软件的可靠性，可互操作问题，及智能仪表信息的利用问题。 然后本部分介绍了国内外的发展趋势，说明在控制系统在企业信息化及围绕工程项目的全局和全生命周期信息集成方面的进展，功能安全、无线通信和控制网络当前的发展动向，以及在新技术快速发展的条件下国际标准化成为各国和各跨国公司技术竞争的前沿，集中展示了各项对未来会产生重大影响的成熟和不完全成熟的新技术。 本部分第三章是有关国内本领域近两年的进展的，分别介绍温度、流量等测量仪表及阀门和执行机构产品的进展。同时介绍了国内系统产品的发展以及在各项重大工程中成功应用的情况。 最后本部分就国内自动化仪表与控制系统的未来发展提出了建议。 Abstract At first, the current situation about process automation instruments and control systems is introduced in this part. And security, safety, process automation, environment and quality control, wireless and network communication, and enterprise integration are six focuses indicated in this area. Process automation instruments’ market is expended quickly in China, while the development of new products is a little slowly, for which, security and safety about instruments, system and communication, reliability about microprogram and software, interoperability, and how to use the information in intelligent instruments are the main technical reasons. Then the development trend in China and oversea on enterprise information model and integration, engineering system projects global scope and whole lifetime information integration, function safety, wireless communication and control network are introduced. Because of high-tech fast development, international standardization become front area of technological competition both for nations and multinational corporations, Besides the influence of new techniques for future, mature or not, is fully expressed. Domestic development state in recent two year is contained in the third chapter of this part. Products situation on temperature, flow and other measurement instruments, valves and actuators, control system development and successful applied in some important projects are introduced. At last several suggestions to future development of process automation instruments and control systems are given. 目 录 TOC \o "1-5" \h \z \u 自动化仪表与控制系统 1 一、 自动化仪表与控制系统的基本现状 1 二、 自动化仪表与控制系统的发展趋势 3 （一） 自动化仪表与企业的信息化 3 （二） 自动化仪表工程项目全局信息和全生命周期信息的整合 5 （三） 功能安全 7 （四） 无线通信 10 （五） 控制网络 12 （六） 国际标准化 13 （七） 产业竞争 14 三、 自动化仪表与控制系统的国内最新进展 15 （一） 温度仪表 15 （二） 流量仪表 16 （三） 其它测量仪表 18 （四） 控制阀及其执行机构 18 （五） 国产PLC产品开始复苏 19 （六） 国产DCS产品进入大型重点工程项目控制系统 19 1. 国产DCS系统进入大型超临界火电机组控制系统 19 2. 国产DCS系统成批进入大型石化工程项目 20 3. 国产仪表和系统进入核电站控制系统 20 （七） 国产MES软件的开发和应用取得进展 20 （八） 国内企业进入全球50强过程自动化公司榜 21 四、 针对自动化仪表与控制系统的对策和建议 21 自动化仪表与控制系统 1、​ 自动化仪表与控制系统的基本现状 进入21世纪，我国制造业的高速发展，拉动了对自动化仪表与控制系统的需求，我国新上的大型项目所用自动化仪表和控制系统的先进程度已经处于世界领先水平。当前传统制造业在发达国家已经过了辉煌期，与之配套的自动化仪表自然就增长缓慢。自动化仪表发展的热点在新兴市场国家，在那里自动化仪表的销售和应用持续以20%~30%的速度发展。但是新兴市场的价格问题[1] [2]从两个方面夹击仪表制造商，一是新兴市场的用户对产品价格敏感度很高，二是在那里往往可以找到非常便宜的替代品；这样就难以激发跨国企业花大成本研制新型仪表。 近十年自动化仪表技术发展的重要领域——现场总线技术的发展虽然取得了显著成就，但是在应用方面大体上还处在替代模拟传输线的阶段。实际上现场总线不仅仅是信号制式的改变，它是为控制技术的信息化提供基础的。用户对系统底层信息化（控制、诊断、管理）改造的需求是现场总线技术推广的原始动力。近些年来现场总线在设备资产管理、预测诊断和平稳操作等方面的潜力开始被挖掘出来，显现了极富发展前景的势头 但是基于现场总线技术的网络化控制和分布式智能技术，到目前无论在理论上还是在实践上都未出现显著突破；而现场总线的速度瓶颈使得在复杂控制和快速响应方面有时还不如传统仪表；持续多年的现场总线之争[3]至今在制造商中没有赢家，又使用户普遍感到厌倦，极大地消耗了各企业发展的资源。 国际上反映自动化仪表产品动向的几个重要窗口是：以ISA EXPO、Miconix等为代表的国际仪表展览，以Readers' Choice Award（读者选择奖）为代表的奖项。从近3年的读者选择奖看，获奖产品变化不多。自动化仪表近年发展的重点在仪表的应用方面。 这种发展趋势的变化是很自然的，数字化、智能化仪表和系统经过近十年的高速发展，在应用方面积累了一些问题，智能仪表设计的许多创新功能也未得到充分的应用。主要问题有： 1）​ 数字仪表和系统的信息保密和安全问题， 2）​ 微程序和软件的可靠性问题， 3）​ 通信的保密、安全和可靠性问题， 4）​ 智能仪表在运行时是可以与控制系统互动的，如何进行互动， 5）​ 智能仪表提供了远比模拟仪表多的信息，如何充分利用这些信息， 6）​ 众多智能仪表的可互操作问题， 7）​ 仪表和系统的故障诊断以及故障诊断信息的可互操作问题等。 上述问题都是由于数字化和网络化而产生的，并不是现有技术无法解决这些问题，是可选的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 太多，而统一的解决方案才是最有效的。而如何统一是当前正在研究的。 虽然自动化仪表新产品的推出速度减缓，但是自动化仪表的技术发展是持续不断的，仪表制造商近两年很受伤，但仪表用户发展自动化技术的积极性越来越高。最近，在信息技术的融入、仪表安全技术、无线通信技术等各方面都有令人瞩目的发展。另外国外新产品推出的减速，为我国仪表的发展带来了机遇。国内仪表近两年继续健康发展，行业的总体趋势与《2006—2007仪器科学与技术学科发展报告》[4]的介绍未发生大的变化，因此也可以认为本报告是它的补充。 ISA EXPO 2008的6大关注是：信息安全、安全、过程自动化、环境和质量控制、无线与网络通信、企业集成。实际上包括我国的Miconix展在内的全球各主要仪表展览，近两年的主题也在这之内。可以说这6个方面反映了近两年自动化仪表领域的主要发展动向。6方面中信息安全、过程自动化和环境控制主要是由自动化仪表领域外的技术推动的，本报告的以下部分不将其作为重点。 中国投资咨询网出品的《2009-2012年中国仪器仪表行业投资分析及前景预测报告》，在简介中对国内仪器仪表的论述也恰如其分地表达了国内自动化仪表领域发展的不足，其论述是这样的：“虽然中国仪器仪表工业有了一定的发展，但远远不能满足国民经济、科学研究、国防建设以及社会生活等各个方面日益增长的迫切需求。中国仪器仪表产品，绝大部分属于中低档技术水平，而且可靠性、稳定性等关键性指标尚未全部达到要求。……因此中国需做长期规划，将振兴测量控制与仪器仪表业作为一个系统工程，从影响测量控制与仪器仪表业的各主要方面，包括政府、企业、社会环境、科研和教育机构等方面制定协调一致的战略措施并认真贯彻执行”。 2、​ 自动化仪表与控制系统的发展趋势 （1）​ 自动化仪表与企业的信息化 信息技术的发展给自动化仪表带来两方面的影响：一方面信息技术与自动化仪表争夺人才，在IT发展的高潮，许多有经验的仪表工作者转向IT行业，这也是近年仪表产品推出减缓的原因之一。另一方面自动化仪表借用了IT行业一些成熟的技术和产品，加快了信息化的步伐。 信息化是当前时代发展的趋势，自动化仪表技术包括了信息采集、信息处理、以及信息的应用这样的过程，因此自动化仪表技术实际上是信息技术的一个重要分支。所谓“企业集成”实际上是企业的信息集成和整合，所谓“信息爆炸”实际上是获得的信息超过了处理和应用的能力。当前自动化工程中已经获得和比较容易获得的信息有许多未得到处理和应用，而未得到应用的一大障碍是信息表达的统一性不够。如何提高处理和应用信息的能力是当前的主题。 信息化需要将现实世界的实体事物（包括：原料、设备、产品、控制系统、仪表等），生产流程（包括：制造方法、工艺等），企业的管理（包括：采购、销售、物流等）用计算机能够识别和处理的“0”和“1”来描述，然后由计算机来进行运算和处理，最后将处理的结果再反作用到现实世界。 信息化的前提条件是将现实世界以及现实世界事物之间的关系“化”为“0”和“1”，不能做到这一步信息化是不可能实现的。做这一步就是对现实世界建立信息模型。 信息模型是用一组简化的信息，按一定规则对事物所做的抽象描述。 信息模型定义包括了“简化”、“规则”和“抽象”三要素，这三要素的多样性决定了可能的信息模型的多样性，建立信息模型的过程包括了克服多样性，实现统一性的任务。自动化仪表和系统信息模型的目标是：以毫不含糊的方式描述信息，以方便交换为基本定位，最终实现广泛的可互操作[5]。 2006年9月，在德国柏林的IEC100周年庆活动，自动化论坛上，IFAC专家Diedrich教授做了题为《自动化工厂的信息模型》[5]的报告，介绍不同的控制层次、不同的生产阶段的不同信息类型、不同信息处理技术和工具。 建立信息模型的工作是自动化仪表领域的一项基础工作，也是统一信息表达的重要手段；主要内容包括：1. 建立描述事物的规则，2. 按照规则对所涉及大量事物进行描述，建立模型库。 建立描述事物的规则是一项繁杂的研究工作，因为随着文化背景的不同、宗教信仰的不同、描述事物侧重的不同，详细程度的不同，描述的方案有很多种，我们需要的是与当前信息处理能力相适应的、能被公众广泛接受的方案，这种方案最终往往以国际标准的形式出现。近两年在制定这类国际标准方面取得明显的进展。 描述事物的规则按对象的属性可简化分为三类： 描述事物的信息模型。如描述生产原料、元件、控制系统仪表、生产用装置、设备、生产过程的状态、中间和最终产品等内容的信息模型，这种类型的模型要把对象的基本属性描述出来，典型代表是IEC 61987 工业过程测量与控制 过程设备目录中的数据结构和元素 系列标准和IEC 61360 与电子元件分类方案相关的标准数据元素类型 系列标准。 描述事物之间关系（尤其是定量关系）的模型。信息化的重要作用是对事物进行优化，优化的先决条件是了解事物之间的（定量）关系。这种模型常常以数学模型的形式出现。这类模型往往针对性很强，难以建立统一的广泛应用的模型，因此较少以国际标准的形式出现。 描述对象过程信息模型。如生产过程、管理过程等，典型代表是IEC 62264 企业系统集成 系列标准。 在建立自动化仪表及其应用的信息模型方面，我国高校和研究机构早有研究。但并没有将这项工作定为信息化促进工业化的重要基础，一直缺乏国家或行业层面，全面系统规划和大规模的工作。 我国TC159 全国工业自动化系统与集成标准化技术委员会和TC124 全国工业过程测量和控制标准化技术委员会在跟踪和采用国际标准方面做了不少工作，除派出专家加入国际标准的工作组直接参加国际标准的制定外，还及时地将重要的信息模型标准转化为国家标准。有了这些建立信息模型的方法标准，后面需要做的工作是：宣贯和学习这些方法，用这些方法建立各方认可的具有可互操作性的信息库，应用这些信息库服务于企业的自动化。 由于信息模型对于国内企业和工程师还是新事物，上述这些工作在初期还相当复杂，最重要的是我国制造企业较少主动提出信息化的需求，因此我国这方面相对较落后，迫切需要引起重视。 （2）​ 自动化仪表工程项目全局信息和全生命周期信息的整合 全局和全生命周期的信息化整合实际上是自动化仪表系统的全面可互操作。可互操作性是分层次的，最基本的是过程控制级的互操作，即控制系统与现场仪表层面的可互操作；向上一层是控制系统维护与生产设备诊断信息的可互操作；再高一层是企业管理信息的可互操作。全局信息化整合至少要实现全局信息的可互操作。 不同层级实现可互操作的技术和方法是不完全一样的。在控制系统与现场仪表层主要技术是：功能块、EDDL（电子设备描述语言）、FDT/DTM（现场设备工具/设备类型管理器）、OPC UA（原Ole for Process Control，过程控制用对象链接和嵌入；现Openness，Productivity & Collaboration，开放、生产率和协作；Unified Architecture，统一架构）等。控制系统维护与生产设备诊断层的情况后面谈，企业管理层则部分借助于MES（制造执行系统）技术。全局信息整合至少要使企业各层及各层之间的信息交换无障碍。 自动化系统工程项目从论证一直到建成投产运行、日后大修维护，整个过程的每个阶段会产生许多技术文件，各阶段的文件又有很强的关联，而且现在这些文档现在都以二进制型式存在计算机里。如果各阶段采用统一的信息模型，那么下阶段的文件相对上阶段就可以有很好的继承性。例如：在项目的工程设计阶段就会编制控制逻辑配置图，如果使用了统一的信息模型，那么到开车调试阶段就可以直接用这个图对系统进行组态。全生命周期信息整合就是要实现系统各生命阶段之间可互操作。 这样的信息化整合方案是由仪表的用户方提出的。仪表的用户企业由于贴近生产过程，贴近应用，一些用户组织对自动化仪表的应用提出许多要求，制定了一些团体标准。现在他们逐步地将这些团体标准转为国家标准、欧洲标准或国际标准，如：IEC 62424 过程控制工程的表示方法——对P&I图和P&ID工具与PCE-CAE工具之间数据交换的要求 和IEC 61987的若干部分。（P&I，管线工程与仪表装置；P&ID，管线工程和仪表装置系统图；PCE，过程控制工程；CAE，计算机辅助工程）。 自动化仪表工程项目全局、全生命周期的信息化整合是一个漫长的过程，近两年IEC 62424标准的出版、InTools工具软件功能的扩充以及控制系统与现场仪表层各项可互操作标准的推出是发展中的一个重要标志点。 我国一直有研究机构在跟踪全局、全生命周期的信息化整合技术的发展动向，当有关标准文件由技术团体提交给国际标准化组织，TC 124会很快安排专家加入起草工作组，这种跟踪已经持续多年了。同时TC 124还及时将出版的国际标准转化为国家标准。 全生命周期的信息化整合的概念对我国工程师还比较新，虽然一些工程项目中用了可以进行全生命周期的信息化整合的工具软件InTools，但人们还只是将它在某个生命阶段。 我国对自动化仪表在系统运行过程中的信息整合做得很不够，即使用了现场总线智能仪表，数据通信也仅仅起替代模拟信息传递的功能。产生这种情况的原因，一方面是我国用户对企业信息化的需求并不迫切，另一方面我们缺乏符合我国各行业实际情况的，有效的信息化整合软件。自动化仪表工作者对信息化可以做什么了解不够，用户对有什么好处不清楚，对怎么做提不出要求。这些因素影响了信息化整合技术的发展。 有人认为以数字化、网络化为代表的智能仪表发展有三个阶段：第1阶段是数字化现场总线智能仪表替代模拟仪表，重点是发挥节省安装费用、提高仪表性能的作用；第2阶段是工程和仪表的全局信息和全生命周期信息的整合，实现信息化，重点是提高项目工程的管理水平和运行效益；第3阶段是以无线通信仪表为重要特征的，实现所谓“无所不在的测量、无所不在的网络、无所不在的计算”，实现真正的网络化控制，重点是全面提高企业的效益。三阶段的目标相当远大，可以说是整个21世纪自动化仪表的目标。目前我国第1阶段的工作已经全面展开，第2阶段的工作开始启动，第3阶段的工作正在探索。 （3）​ 功能安全 安全是一个非常广泛的主题，在自动化仪表领域近年主要关注功能安全方面。IEC 61508 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全系列国际标准早在1998年就开始陆续出版，2003年又出版了IEC 61511 过程仪表安全系统的功能安全系列国际标准。我国近两年出版了等同采用这些国际标准的系列国家标准GB/T 20438 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全和GB/T 21109 过程仪表安全系统的功能安全。 近两年功能安全的重要发展是：大量经过功能安全认证的仪表推向市场。这对仪表的市场有很大影响，因为功能安全仪表并不只是用在有安全要求的系统中，功能安全认证还起到仪表的可靠性半定量确认的作用，为了争取竞争中的有利地位，实际上几乎所有仪表制造商都会开展功能安全研究。 自上世纪开展仪表的可靠性工程研究以来，仪表制造的质量大幅提高；但是由于可靠性数据都是由制造企业自己取得的，对用户的公信力较低，因此只有很少企业将可靠性的定量数据公布出来。所以可靠性对用户来说是经验性的、模糊的，人们更愿意相信品牌。 上世纪的可靠性工程研究使仪表的光学、机械、电子部件的可靠性设计和处理有了获得公认的成熟框架。但是当前的仪表几乎都带微处理器，而嵌入式程序和计算机软件的可靠性却还没有公认的、得到定量数据的方法。这里最容易使人困惑的是：我们都知道Windows操作系统的错误很多，而我们的大部分自动化仪表系统软件是运行在Windows环境下的，这样我们怎能相信自动化系统会有比Windows更好的可靠性呢？当前的功能安全研究和软件可靠性研究已经提供了一些诸如：添加底层程序、冗余、容错等处理方法，使我们能够在不可靠的Windows上获得可靠的自动化系统。 在IEC 61508和IEC 61511里，对嵌入式程序和计算机软件的可靠性和安全性的评估提供了一些方法，流派较多。但是这些内容多半比较原则，实施时严重依赖评估者的经验和水平；另外，按不同方法评估的结果是否具有可比性也存在疑问。这对于广泛开展功能安全设计和评估是远远不够的，这方面的需求促使各方加大了嵌入式程序和计算机软件的可靠性的研究。从编程语言的角度看，IEC 61508-3电气／电子／可编程电子安全相关系统的功能安全 第3部分：软件要求 对全可变语言（FVL，如C、C++、汇编语言等）在安全应用程序层次和嵌入式软件、固件、操作系统层次做了原则性的规范；而对有限可变语言（LVL，如IEC 61131-3的PLCopen组织安全扩展）在安全应用软件层次的规范，则在IEC 62061机械的安全 安全相关系统电气／电子／可编程电子控制系统的功能安全 中描述。在这些IEC标准和ISA的对应标准ISA 84 过程仪表安全系统的功能安全 及相关技术报告中对此部分做了细化和补充；虽然离公认、统一解决方案尚有距离，但已足以使各企业可以开展功能安全的开发和设计了。 功能安全标准虽然已经出版，功能安全研究的范围还在深入和扩大。一方面是现场通信的功能安全问题研究，这些研究成果已经部分反映在一些现场总线系列的标准中。另一方面是电磁环境对功能安全的影响，这些研究成果开始在修订的过程控制仪表的电磁兼容性标准中体现。 我国许多研究机构近年开展了功能安全的研究工作，主要包括： 对安全要求高的用户机构，如石油、化工、制药类机构，开展了如何提出和确定功能安全要求的研究。他们采用风险评估技术、可信性管理方法、HAZOP（Hazard and Operability Study，危险与可操作性研究）分析等方法，确定目标对象对功能安全的定量要求。 制定了等同采用IEC标准的系列国家标准GB/T 20438 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全和GB/T 21109 过程仪表安全系统的功能安全。 展开宣贯两个国家标准，培训功能安全工程师的工作。同时一些机构开展了工程项目和仪表产品的功能安全评定工作。 一些仪表制造厂开始研制高可靠性的功能安全仪表产品。个别企业为了使用户对产品的认证有更好的认同，他们将产品向国际权威机构申请认证。 总体上，虽然我国创新的功能安全研究成果还少，但功能安全的活动已经在国内启动，正逐步深入地展开。 （四）系统维护与仪表诊断 基于企业对安全和质量的要求，系统维护与仪表诊断受到用户、制造商和研究者各方的关注。系统维护与仪表诊断分为四个层次：生产流程的诊断、生产装备的诊断、自动化控制系统的诊断、现场仪表的诊断。 生产流程的诊断原则上不属于自动化仪表范畴，但是诊断信息的交换涉及自动化仪表系统。国外仪表用户成立了一个用户组织，MIMOSA（an Operations and Maintenance Information Open Systems Alliance，运行和维护信息开放系统联盟），该组织的使命是开发和鼓励企业在O&M（Operations and Maintenance，运行和维护）中和CALM（Collaborative Asset Lifecycle Management，资产生命周期管理协作）中采用开放信息标准。它提供一系列相关信息标准。CCOM（Common Conceptual Object Model，通用总体对象模型）是所有MIMOSA标准的基础，而CRIS（Common Relational Information Schema，通用相关信息模式）则提供了储存企业运行管理信息的手段。它还提供元数据参考库和采用XML和SQL的系列信息交换标准。该组织还与OPC合作，成立了Open O&M（Open Operations and Maintenance，开放运行与维护）组织。它们制定的基础信息标准用于多种行业，MIMOSA提供资产管理相关信息标准，OPC提供数据获得和传输标准。 针对生产装备的监控、诊断仪表系统是近两年推向市场的新产品。主要用于对某些典型生产装备（如：旋转机械、流体管线等）的监控和诊断。这些系统使用的检测手段包括：振动测量、激光测量、红外热像、超声扫描，以及普通的温度压力测量；将监测的信息通过统计分析、频谱分析、模式识别、数据挖掘等专家系统的分析，得出对设备的诊断。典型产品有Emerson公司的CSI机械设备状态管理系列。 自动化控制系统的诊断通常是控制系统中设备管理软件的一个模块或一种功能，负责控制系统自身以及现场仪表的实时诊断和预测性维护。现在各家自动化仪表跨国公司几乎都有自己的产品，例如Emerson公司AMS（资产管理系统），Siemens公司的PDM（过程设备管理）等，不一一列举。自动化控制系统诊断产品的发展很快，功能和性能不断增强；现在生产装备的监控与自动化控制系统自身的诊断往往是在同一个平台上进行。为了改善这一层面的可互操作性，近年Emerson公司、Siemens公司及OPC等几家承诺相互合作推进互操作技术的统一。 现场仪表的诊断与上述几层的维护、诊断在方法上有很大区别。首先，上述方法都是通过传感器采集信息，通过各种手段的分析实现诊断。现场仪表本身体积较小、功耗低，可用于诊断的信息资源很少；其次，现场仪表的诊断结果显示往往借助控制系统软件或手持操作器，因此其诊断过程中常常有现场仪表与另一端的互动，以补充自身资源的不足。 现场仪表的诊断难度较大，HART基金会的《HART诊断指南（草案）》将维护分为3级：要求维护（已经发生故障）、需要维护（仪表已超过维护周期）、建议维护（仪表到了维护周期）。而维护周期由智能仪表根据仪表的损耗情况或固定的时间确定。 我国大型设备方面的维护和诊断研究已经有多年的历史，在旋转机械等典型装备方面有不错的成果和成功的应用，有两个学会组织聚集了我国这方面的力量，中国振动工程学会故障诊断专业委员会和中国自动化学会技术过程故障诊断与安全性技术委员会。在自动化控制系统自身的诊断方面虽然也有一些研究，但应用较少，在检测仪表和执行器的诊断方面更加薄弱，无论在维护和诊断理论研究还是开发实践方面都与国际水平有较大差距。国产的大部分仪表在故障诊断和预测性维护方面存在空白。 国外近年在维护和诊断方面发表的论文和专利很多，反映该项内容在国外也正是热点，我国企业现在急起直追为时不晚。 （4）​ 无线通信 工业无线通信技术的快速发展是近两年自动化仪表领域显著的亮点，主要表现在： 技术方案多样化。有基于WPAN（无线个域网）的多种方案，有基于WLAN（无线局域网）的方案，也有基于无线公网（如GPRS、CDMA等）的方案，还有各种专用方案。各种方案针对一定的对象和应用，在某些局部具有优势。 参与者迅速增加。有学校，研究机构、自动化仪表企业，还有一些半导体器件制造企业和具有专项技术的小型高技术企业。 成立了专业组织。有新成立的专项组织，如WINA（The Wireless Industrial Networking Alliance，无线工业网络联盟），也有许多老牌组织新成立无线通信工作组，如：IEEE的多个工作组，欧盟的R-Fieldbus项目（无线现场总线项目）、ISA的SP100工作组，HART的无线HART工作组，以及各现场总线的无线工作组等。 推出多种无线演示系统、测量仪表样机，成为近年全球各主要自动化仪表展的热点。如：Honeywell公司符合ISA 100.11a的OneWireless[6]系列，Emerson公司符合WirelessHART的Smart Wireless等。这些产品虽已在一些场合投入应用，但总体来讲一则数量有限，二则系统规模较小，不过数十个节点。各种供自动化仪表企业开发无线产品的各种无线模块更是不计其数，而提供这些模块的企业往往才是无线技术的真正持有者。 无线通信标准之争已经开始[7]。2007年HART基金会发布WirelessHART标准时Honeywell过程系统公司总裁Jack Bolick发表了一封公开信[8]，使Honeywell与Emerson在无线通信标准方面的分歧公开化。此后，各种无线通信标准的方案纷纷正式向标准化组织提出。除了前两种针对过程控制目标的标准外，还有类似ZigBee Pro这种并不主要针对过程控制，但一直想向过程控制领域渗透的标准。ZigBee标准自2003年公布以来，频繁的更新；2006年公布了新一版，2007年又公布了ZigBee 2007，包含两个特征集——ZigBee和ZigBee Pro。业内人士出于对前10多年现场总线之争的厌倦，大公司们挑起了争端但没有捞到明显的好处，反而给了中小仪表公司机会。人们都希望能避免再次出现无线通信标准之争。三种技术合作的技术基础原本是存在的，因为ISA 100.11a、WirelessHART和ZigBee的底层 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 都是IEEE 802.15.4，而且提供芯片和通信协议栈的企业往往同时提供这三种技术的部件；因此三种技术相互渗透是不可避免的。但是市场竞争是不以人们意志转移的，我们可能不得不面对又一场旷日持久的标准之争。 我国进入工业无线通信领域并不晚。HART基金会是2004年11月才成立无线工作组的，而我国许多单位在这之前就开始研究了。在十一五期间，国家科技部的863项目给予工业无线通信项目有力的支持，这之前，科技和教育部门的各种基金、地方科技部门等也对该领域多方面的支持。 我国以ZigBee为基础进行研究的单位很多，因为比较容易采购到元器件获得技术支持。有若干单位加入了ISA 100工作组，从事相关的研究；其中重庆邮电大学向工作组递交了多项建议，“有27条被ISA 100.11a委员会完全接受并采纳”[9]。我国真正独立从事WirelessHART开发的单位比较少，因为WirelessHART自己也还在继续开发中，现在对外提供的技术支持相当少。 从2008年Miconex展览看，我国目前研究的规模和水平也不输国外的平均水平，展出了几多种演示系统和产品。我国在工业无线通信领域研究最显著的成绩是，以中国科学院沈阳自动化研究所为首的研究团队研究开发的工业过程自动化用无线网络WIA-PA成为了IEC可公开提供的技术规范（IEC/PAS 62601:2008 工业通信网络-现场总线规范-WIA-PA通信网络和通信行规）。与WirelessHART同时成为国际标准。 （5）​ 控制网络 以现场总线为代表的控制网络技术在我国已经逐步得到推广，自上海赛科项目大规模采用现场总线以来，各种工程项目采用现场总线的心理障碍已经基本消除。人们已经越来越少问“是否能用”，而越来越多问“如何用好”。由于近年我国上的大型工程项目多，我国无论在采用现场总线仪表的项目规模还是在采用的数量方面都处于国际领先位置。不过一些项目虽然采用了先进的现场总线智能仪表，但应用的水平却不高，主要是未充分应用智能仪表可以提供的信息和信息服务。 在控制网络的研究开发方面，我国基本上全面跟踪着国际动向。在IEC涉及工业通信网络的几乎每个工作组里都有中国专家，而且针对大部分国际热点议题我国都提出了自己的标准建议。国家标准GB/T 20171—2006 用于工业测量与控制系统的EPA系统结构与通信规范 获得2008年中国标准创新贡献奖。EPA系列标准已经进入IEC的多个标准。EPA系列产品在多个示范点长期运行。 我国在控制网络领域与国外的主要差距在于产品，无论是在现场总线智能化现场仪表方面，还是在系统产品和软件方面都有差距。 国际方面在控制网络的发展上也进入了水平不高的平稳期，未达到人们预期的高度。这里有两个技术问题和一个非技术问题： 1. 控制网络的传输速度虽然可以满足许多一般应用的需要，但是对于动态测量控制要求高的应用无法满足。“响应频率宽度”、“响应时间”等时间相关技术指标是控制网络系统和仪表的软肋，大部分系统回避这些指标。由于网络瓶颈，一些较复杂的数据交换量大的控制回路不得不减少网段内仪表数量，这样又增加了跨网段的信息交换量。人们逐步感到，在控制网络的速度大幅度提高之前，复杂控制系统中采用传统模拟技术传输还不可避免；模拟与数字兼容的HART技术将会过渡相当长时间。实际上HART传输的响应频率也仅达到10Hz，要求更宽的响应时还需要采用纯模拟仪表。虽然现代视频音频传输技术完全可以满足控制网络的速度要求，但是在过程控制中还要综合考虑输电、防爆、环境适应性、时间确定性、成本等多种因素；因此到现在传输瓶颈还在。 2. 目前的“控制网络”仅仅起替代模拟信号传输信息的作用，还没有发挥利用网络收集更广泛的信息优化控制，即“网络控制”的作用。“网络控制”要实现的是：分布式智能，人工智能和传统控制无法实现的复杂控制。从“控制网络”到“网络控制”，需要：1）自动化理论工作者为仪表提供与当前仪表的资源和能力相适应的技术和方法，2）仪表的开发者较大幅度地提高现场仪表的性能和信息处理能力，3）仪表的用户提出明确的应用需求。 3. 持续多年的现场总线之争是一场既无赢者又都输不起的竞争。除了现场总线本身之争，还要争的有关于可互操作的EDDL、FDT和OPC UA之争、功能安全之争、无线网络之争等。这场旷日持久的竞争对发展的促进作用少，限制作用大。在这种情况下，近两年各家打起了合作牌。我们看见了EDDL、FDT和OPC UA的合作报道，也看见了Siemens与Emerson公司合作的报道，但是还不清楚到底如何进行技术上的整合。 未来几年网络控制和网络仪表依然会是自动化仪表发展的重心，重点会是：大幅提高速度、简化安装和调试的复杂性、扩展无线功能、发展网络控制技术。 （6）​ 国际标准化 标准化在自动化仪表的发展历史上对推动仪表水平的普遍提高起过重要作用。环境条件标准和外壳防护标准的提出，提高了仪表的环境适应能力；电磁兼容标准的提出，提高了产品对电磁环境的适应能力。功能安全标准的提出已经对部分国外产品可靠性安全性的提高发挥了作用，未来还会对我国仪表产品追赶世界水平发挥重大作用。 传统的标准化总是在产品出来以后采取的加快生产提高效益的措施，主要是针对制造的。后来随着国际贸易的发展，标准对贸易的作用得到重视。在新经济时代，有大量信息接口标准的需求，这对信息产品的竞争是十分重要的。接口标准作为标准化中最大的门类之一有一个共同的特点，就是在相同的技术水平上可以有很多种标准化方案。 传统国际标准化原则是标准之间不冲突，即对一种对象不应有两个标准。但是对高技术信息产品，因为可能的标准化方案很多，如果等到各家产品出来形成事实上的许多系统后，再标准化将会非常困难。因此现在对高技术新产品可以在产品还没有出来时先制定标准，为了加快标准的出台，也允许以PAS（可公开提供的技术规范）形式存在多个标准。这样就完全改变了标准化的理念。 现在各企业有了新的概念后，产品还没有完成开发就先制定标准。以这种方式来抢得竞争先机。因此国际标准了成为新技术的“课本”。对于我国企业，参加国际标准化活动可以帮助我们更快地接触先进技术，同时选择接口标准，可以让我们在技术没有明显优势的情况下制定国际标准。 近两年是我国标准化的春天，标准化得到各级政府大力支持，企业参与标准化活动的积极性大大增加。在这种背景下，自动化仪表领域的标准化取得丰硕成果。 （7）​ 产业竞争 启动了大批国家标准制定项目，两年内要求完成新制定国家标准的总数超过现存国家标准数。 许多专家参加了国际标准的工作组，直接参与国际标准的制定工作。一些专家还承担了项目负责人的角色。我国专家已经参加了IEC TC65的各分技术委员会的大部分工作组，并在其中成为积极的成员。 我国提出的EPA标准、WIA-PA标准已经成为IEC标准，我国提出的安全标准、热像仪标准已经被IEC接受，进入制定程序。 按照“标准”的定义，标准是协商一致的产物；制定标准的过程中，协商一致是重要原则。因此在标准起草工作组内，无论要让对方接受自己的意见还是要否定对方的意见，都必须说服对方。虽然争论是难免的，但是通过争论我们可以清楚地表达我们的理念，也可以了解国外专家的思路。这是我们国际接轨的一条捷径。 ISA将“Setting the Standard for Automation™”（为自动化设立标准）作为自己的商标，虽然这里“标准”并不限于“标准化文件”，可以更广义地理解；但是各自动化仪表社团普遍重视标准化是无庸置疑的。 世界上自动化仪表市场发展最快的是以中国、印度为代表的新兴市场国家。因此我们面临的是国内竞争国际化的局面。国内企业与跨国公司表现出相互侵入市场的趋势。 过去国际跨国公司根据“二八理论”，主要争夺前20%的高端市场，竞争也主要发生在跨国公司之间；因此国内企业还可以在细分的80%的市场上竞争。现在一些跨国公司根据“长尾理论”，开始关注其余的80%市场；由于在20%的高端市场，各跨国公司的市场份额已经趋于稳定，各公司要持续扩大销售只能进入新市场。 但是这80%的中低端市场需要的不是跨国公司现在生产的产品，因此一些跨国公司开始收购中国的中小企业，专门生产适合中低端市场的产品。可以预计未来市场上会出现一些高端品牌的中低档产品。跨国公司的这种竞争策略对国内中小企业提出了严峻的问题，它们的市场空间被进一步压缩了。 另一方面，一些发展比较好的国内企业，经过几年的积累，无论是产品、技术还是在规模、销售方面都已经具有与国外企业竞争的实力。如和利时公司、中控公司等。这些企业在竞争中正逐步向高端市场发展，在一些项目上直接与国外公司竞争。 3、​ 自动化仪表与控制系统的国内最新进展 （1）​ 温度仪表 国际温度测量领域近年的热点是即将改版的国际温标，这是平均约每20年一次的大事。预计本版新温标主要变化在960℃以上温区，变化幅度对大部分工业领域可以不必介意。国内从事温度计量的研究人员正在为此忙碌，但从事工业测量的人大部分没有感觉到。 国内在工业自动化领域的主要进展是红外热像仪的使用迅速扩大。我国红外热像仪在民用领域的大规模应用始于2003年抗御非典的事件，自那时起，我国不仅进口了大量红外热像仪，还产生了多家生产红外热像仪的企业、制定了两份红外热像仪国家标准，这些为我国在工业领域推广应用红外热像仪奠定了良好的基础。国外在建筑节能鉴定、输热管线漏热检测、工业无损检测和设备故障诊断等方面的广泛应用又促进了国内的发展。由于大部分产品采用了无运动部件、非制冷的焦平面扫描传感器或CCD器件，产品使用的方便性和可靠性大大提高，国产产品大量上市后，产品的价格大幅下降，使用这类产品的主要障碍基本消除。目前国产红外热像仪产量增长迅速，还有部分出口；进口和国产产品在国内的销售量估计每年近千台。 （2）​ 流量仪表 国内流量仪表的市场发展活跃，随着能源计量要求越来越高，计量的范围越来越宽，近年从普通液体、气体燃料到LPG（液化石油气）、LNG（液化天然气）的计量和热水、蒸汽的计量用流量计、热能表、流量计算装置都得到迅速发展；还掀起了建立相应的标定装置的小高潮；同时申请了多项流量计和标定方法的国家标准项目。流量计、对流体状态的补偿运算的精度普遍提高，流量计的量程范围也明显扩展。超声、涡轮、科氏力、差压类、涡街、电磁等各种国产流量计都得到健康发展。 近年国内流量领域一件重要的事是关于内锥流量计的争论。上世纪末国内就有专家研究V锥流量计，本世纪起有专家大力向国内推荐这种产品。持续的宣传和内锥流量计的明显优点，使这种产品在国内迅速升温。 推荐V锥流量计的专家[10]认为：“这种差压式流量计的主要特点有以下八条： 1.​ 具有相当强的流动调整能力；它要求的上、下游直管段都很短。无需安装流动调整器。例如，在开度为25%的闸阀下游，仅需10D的直管段，V锥流量计就能确保在现场具有±0.5%的系统准确度； 2.​ 具有相当强的自清扫能力；在V锥流量计上游无需安装过滤器； 3.​ 具有相当强的自保护能力；无转动部件，很结实，本质上免维护； 4.​ 具有相当强的自混合能力；可测量非均相介质； 5.​ 量程比较大，配单个差压变送器时，量程比可达10:1； 6.​ 永久压力损失较小；耗能费较少。根本原因是由于它的信号噪声小。孔板的信号噪声是V锥信号噪声的2.9倍。由于V锥流量计的最大β值为0.85，而孔板流量计的最大β值为0.75；又由于V锥流量计的流出系数约为0.82-0.85，而孔板流量计的流出系数约为0.6；这些都决定了在相同的工艺条件下，V锥流量计的差压值比孔板流量计的差压值小很多，由于差压值小，所以永久压力损失值必然较小。 7.​ 流量测量值的重复性优于0.1%； 8.​ 流量测量值的系统准确度优于±0.5%”。 我国目前有各种与V锥相关或相近的流量产品专利超过20项，其中至少6项是发明专利。我国已经超过美国，成为V锥流量计专利的高产国。在2006年Miconex展上，展出V锥流量计的国内厂商达30家。 随着使用量的增加，人们开始认识到V锥流量计除了我们已知的优点外，还有一些需要我们进一步深化认识的特点。有专家撰文反映[11]，V锥流量计虽确有众多优点，但是“内锥流量计的一些技术参数是相互关联、相互制约的，不可能同时都处于最佳状态，如：(1) 要求在直管段较短的情况下要取得较高准确度，就应选用较小的βv值(0．45—0．6)而在此下，永久压损即相当于孔板的88％一96％，失去了压损小的特性。(2)如βv取值为0.8以上，内锥的压损可下降为孔板的58.5％，约一半；而这样选用的结果是降低了整流效果，失去了在直管段不长情况下仍维持较高准确度的特点”。“将其用于测高压蒸汽，由于高压蒸汽的密度及流速较高，会在内锥后产生强烈的漩涡而引起振动，而内锥又是悬臂安装在仪表中，易造成安全隐患”。“由于内锥流量计的低压取于内锥后中央，用细管传至仪表外，在粉尘较多时常有堵塞现象”。此外还有企业通过试验发现，内锥流量计由于对中等加工比较困难，因此产品不易获得很好的一致性，需要逐台进行实流标定，而孔板则具有免实流标定的优越性。 目前关于内锥流量计的争论仍在继续，人们并不怀疑该种产品的生命力，但是为了保证“用对”，我们对于这种产品的认识还有待深化，还要继续开展深入的研究。 （3）​ 其它测量仪表 国产中低端压力变送器和带HART功能的压力变送器发展很快，品种多（包括：扩散硅压阻、陶瓷压阻、金属电容、陶瓷电容、硅电容等各种传感器）、规格全，可以满足一般使用需要，主要竞争力体现在价格低。但是高端产品（精度高、稳定性好、可靠性高的产品）和多参数压力变送器产品非常缺乏竞争力。 国产物位仪表发展情况与压力变送器类似，品种规格相当全，各种原理的产品都有，价格优势突出。比较重大的突破在精密雷达液位计方面，已经有企业填补了国内这方面的空白。主要问题也是在中高端市场缺乏亮眼的产品。 由于国内在测量仪表方面与国际先进水平相差还相当大，而国内本土企业大部分靠自身能力难以很快参与国际竞争。为此国家科技部近年安排了863项目“智能化通用仪器仪表的产业化开发”、“高精度压力/差压变送器”等，支持企业、高校和研究机构联合攻关，争取早日使我国测量仪表的水平提上去。 （4）​ 控制阀及其执行机构 我国控制阀行业近年进步是明显的，无论阀体各部分的材料还是加工机械方面都有较大进步，产品的跑冒滴漏现象得到很大改进，一些合资企业的基型产品质量达到国外主流产品水平。近年国产带HART的智能阀门定位器、采用变频调速和HART技术的智能电动执行机构投产。阀门和执行机构的国家标准全面采用等同采用IEC标准，国产阀门产品在技术要求方面已经不再落后于国际水平。近两年上海自动化仪表股份有限公司在核级调节阀制造方面取得突破，已经有800~900台核级调节阀产品供国内8家核电厂使用，其中2/3是近两年的业绩。 不过国产阀门和执行机构与国际先进水平的差距还是巨大的。上世纪80年代末国内通过引进、合资等方式，一度缩小了与国际水平的差距；但是国内企业的创新和开发能力不能完全满足发展的需要，进入本世纪，与国外差距有逐步拉大的迹象。国内执行器专业协会的报告显示[12]：“国内外差距，宏观地讲10~15年，智能型产品国外始于90年代初，国内2001年后逐步市场化”，且智能化程度与国外一线产品相差甚远。“创新能力、差距依然很大，至今没有新产品新技术是国内首创的”，“产品开发滞后”，“高温、高压的关键产品国内产品的用户认知度还不高，大型电站几乎全部依赖进口”，“开发力量薄弱，分散，无能力完成高难度的技术攻关和原创性的开发”，“设计技术落后，至今没能采用有限元强度设计理论，三维CAD低流阻设计技术等，导致阀门强度设计不合理，流路设计不科学，结构设计不优化等”，“行业测试手段薄弱，大部分企业没有流量试验装置，也没有考核高温高压产品的相应设备和研究阀门流路的流量测试装置”。 （5）​ 国产PLC产品开始复苏 从上世纪90年代后期起，国产的PLC产品全面萎缩，进口PLC一统国内市场。近两年，国产PLC开始复苏，一些企业推出了全新的PLC产品，参与市场竞争。 和利时公司针对国内的不同需求，推出了HOLLiAS LK系列大型PLC和HOLLiAS LM系列小型PLC两种系列的产品。产品已经在一些较大的工程项目中投运。 这一波PLC产品复苏势头强劲，还有许多企业生产经营PLC产品。如：安控科技、信捷科技、亚锐电子、三凌机电科技等。 （6）​ 国产DCS产品进入大型重点工程项目控制系统 1. 国产DCS系统进入大型超临界火电机组控制系统 2007年1月上海自动化仪表股份有限公司的DCS系统在襄樊电厂首台600MW超临界机组上投运成功移交生产。该公司与上海电气一起承担的国家发改委重大专项《大型电站综合自动化系统专项》取得重大进展；到2008年末连同河南新乡宝山电厂在内已有6套超临界机组的DCS运用业绩。该公司已全面提升控制系统的技术能级，具备了在超临界火电机组为用户提供系统总成的能力。 2008年三季度国电智深公司成功中标国华电力徐州发电厂2×1000MW超超临界和陈家港2×660MW超超临界火电机组自动化控制系统（DCS）项目。这之前2007年11月还签订江苏谏壁1000MW超超临界机组自动化控制系统项目。该公司承担了国家高技术研究发展计划（863）重点项目“火电行业重大工程自动化成套控制系统”。该项目的目标是解决百万千瓦级的大型火电工程的自动控制系统国产化问题。该公司自主研发的自动化系统EDPF-NT的600MW及以上机组的业绩已达32台套，其中超超临界机组6台（套）、超临界机组24台（套）。 2. 国产DCS系统成批进入大型石化工程项目 浙江中控技术股份有限公司近年自主开发的大规模联合控制系统WebField ECS－700。该公司2002年开始就陆续中标大型石化主装置项目，包括43套常减压、22套加氢、35套催化裂化、23套延迟焦化等装置，在单套石化主装置中已经取得了丰富的经验。今年又成功地将国产DCS系统用到特大型石化工程项目。 2008年10月中石化武汉分公司500万吨/年大型石油炼化项目实现全生产线一次开车成功。该项目包括常减压、硫磺回收、延迟焦化、加氢等装置，是我国首套采用国产自动控制系统的大型石化联合装置项目。 兖矿鲁南化肥厂年产30万吨合成氨、52万吨尿素大化肥工程采用了新型对置式多喷嘴水煤浆气化装置，是国内具备产业化能力和经验的国际先进水平的连续大规模煤气化装置，其单炉设计能力为1150吨/天投煤量，为目前最大，其自动化控制的国产化是大型煤基化工行业装备完全国产化的重要标志之一。2008年11月该项目成功通过国家级专家组验收。 3. 国产仪表和系统进入核电站控制系统 近年我国核电站的发展进入高速发展期，这一时期也恰好与世界许多核电站的更新期吻合，世界核电控制技术和控制系统的发展进入活跃期。