北京市自動(dòng)化系統(tǒng)成套工程公司 卞正崗

智能化的自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)，是由智能制造裝備制造出來(lái)的，所以自動(dòng)化工廠、智能制造裝備、柔性制造系統(tǒng)、MEMS、3D打印等的智能化與一般工業(yè)自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)的智能化是密不可分的，而且更重要。

1 引言

從我國(guó)十二五規(guī)劃執(zhí)行以來(lái)，作為七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一的“高端”裝備制造產(chǎn)業(yè)，受到極大重視，包括智能制造裝備、高端智能裝備、高端智能制造裝備等等。雖然所指內(nèi)容有些差異，但是“智能”一詞成為關(guān)鍵詞，本文只是從工業(yè)自動(dòng)化儀表及系統(tǒng)的智能化角度，談?wù)劕F(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，文中結(jié)合了MICONEX2014第二十五屆國(guó)際測(cè)量控制與儀表展覽會(huì)及技術(shù)交流的新鮮內(nèi)容。

這些年來(lái)，工業(yè)自動(dòng)化儀表及系統(tǒng)在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化方面進(jìn)展很快。數(shù)字化已相當(dāng)全面，模擬儀表已經(jīng)在新建項(xiàng)目中不作為主流產(chǎn)品，在技術(shù)改造中也盡量被數(shù)字化儀表和系統(tǒng)所取代；網(wǎng)絡(luò)化方面最明顯的是無(wú)線通信的儀表和系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)了試用階段，目前已經(jīng)成為以有線數(shù)據(jù)通信為主，無(wú)線通信融入其中，或成為遠(yuǎn)程通信和油氣田等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)較分散的行業(yè)可選方案之一，特別是近來(lái)“移動(dòng)互聯(lián)”及4G商業(yè)移動(dòng)數(shù)據(jù)通訊的逐步完善，正蘊(yùn)蓄著工業(yè)自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)在人機(jī)界面（HMI）和系統(tǒng)架構(gòu)方面的變化；集成化是在數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上改變的，不止是硬件模塊化，軟件功能塊化及組態(tài)化，而是工程設(shè)計(jì)、工程組織，并行工程方式上都在逐步改變；而智能化是貫徹在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的過(guò)程中的，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化為智能化打下了基礎(chǔ)，相反智能化因?yàn)榉从沉擞脩?hù)更高的需求，是自動(dòng)化的核心，所以智能化又促進(jìn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的進(jìn)步。

兩化融合是近年來(lái)又一項(xiàng)促進(jìn)智能化的大事，具體指信息化與工業(yè)化的融合，或者說(shuō)信息化與自動(dòng)化的融合。有一種說(shuō)法是：信息化是指培養(yǎng)，發(fā)展以計(jì)算機(jī)為主以智能化工具為代表的新生產(chǎn)力；并把智能化工具相應(yīng)的生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化成信息化生產(chǎn)力；信息資源是信息化的基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)利用信息資源是信息化的核心?，F(xiàn)在出現(xiàn)的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等都與智能化頗有淵源。

工業(yè)自動(dòng)化儀表及系統(tǒng)的智能化，目前正從靈巧化（Smart）的初級(jí)階段走向高級(jí)智能的階段，有必要了解一下用戶(hù)的需求。目前最熱門(mén)的話題是安全、高效、節(jié)能和環(huán)保。在此基礎(chǔ)上，各大自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)的供應(yīng)商的回應(yīng)是提出了如下創(chuàng)新理念：電控儀控一體化，管控一體化、全生命周期管理、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)、設(shè)備管理、預(yù)測(cè)性維護(hù)、數(shù)字化工廠、提高質(zhì)量、降低成本、高可靠性、可維護(hù)性、可用性、功能安全等等，這些都是要通過(guò)提高自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)的智能化水平才能實(shí)現(xiàn)。

2 檢測(cè)儀表和執(zhí)行器的智能化

當(dāng)今檢測(cè)儀表多含有嵌入式CPU微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，多可以完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字顯示，一般產(chǎn)品名稱(chēng)前標(biāo)有“智能式XXX”的儀表，都可以完成數(shù)字濾波、非線性校正、自校零或自校準(zhǔn)、自動(dòng)量程切換、自動(dòng)補(bǔ)償（溫度補(bǔ)償?shù)龋?、自診斷等功能，此外，各種儀表還可以完成各種專(zhuān)門(mén)功能。

（1）壓力差壓變送器

橫河川儀EJA/EJX全數(shù)字智能變送器內(nèi)CPU為16位1.2MHz；精度+/-4%（參數(shù)級(jí)精度+/-0.025%）；有復(fù)合傳感特性，一機(jī)多用；應(yīng)答速度90m/s；通過(guò)安全認(rèn)證TUVSIL2，雙重化形式時(shí)為SIL3；連續(xù)工作十年不需調(diào)校；重量?jī)H2.7kg。另外有引壓管的堵塞及蒸汽溫度的診斷功能。EJX910A/930A多變量變送器，給出多變量質(zhì)量流量的解決方案，達(dá)到1.0%的質(zhì)量流量精度，流量范圍大于10:1，同步輸出4～20mA和脈沖信號(hào)；有多種功能塊，可用5ALS、AR、IT、SC、IS和PID；循環(huán)顯示最多10個(gè)變量，多功能LCD顯示，大屏幕和英語(yǔ)顯示；有先進(jìn)的診斷功能，有高低報(bào)警輸出等觸點(diǎn)輸出功能；支持各種符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流裝置，包括孔板，文丘里管，流量噴嘴，皮托管等；質(zhì)量流量計(jì)算給出了自動(dòng)補(bǔ)償模式，組態(tài)需用FSA120EJXMV TOOL軟件，工程時(shí)應(yīng)用Fieldmate通用設(shè)備管理工具，這種組態(tài)工具，配合個(gè)人電腦PC，完成包括設(shè)備的初始設(shè)置、日常維護(hù)、故障診斷和設(shè)備更換時(shí)的組態(tài)備份等任務(wù)，可完成多種通訊方式的選擇，如FFHI、MART5、HART7、PROFIBUS PA及ISA100.11a無(wú)線通訊方式。近年來(lái)多家公司的壓力差壓變送器智能化水平均有提高，重慶川儀總廠與德國(guó)SIEMES公司聯(lián)合生產(chǎn)的PDS智能化變送器，量程比可達(dá)100:1。

（2）溫度變送器

上海自動(dòng)化儀表股份有限公司在儀表和執(zhí)行器智能化方面及支持國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化方面作出了貢獻(xiàn)，如BWQ型現(xiàn)場(chǎng)總線智能溫度變送器，能夠全套使用多種溫度傳感器（熱電偶B、E、J、K、N、R、S、T型）熱電阻pt100、pt1000型，量程范圍寬，參數(shù)設(shè)置功能有：零位、量程、寫(xiě)保護(hù)、工程單位、上下限等，自診斷功能有：傳感器、A/D轉(zhuǎn)接、存貯器、電源自診斷等，總體精度為+/-0.2%（FS），環(huán)境溫度影響≤0.1%/FS/10℃，而且HART、FFHI、PROFIBUS PA、EPA均通過(guò)認(rèn)證測(cè)試。對(duì)于溫度變送器智能化來(lái)說(shuō)，硬件也很重要，如A/D變換芯片及片內(nèi)總線等，片間總線等集成電路的硬件技術(shù)，或稱(chēng)ASIC專(zhuān)用集成電路。片間總線具體有SPI總線（Motorola公司）、I2C總線（Philips公司）、MICROWIRE通信接口（NS公司），另有SCI總線、1-WireBus總線等。這些國(guó)內(nèi)均有應(yīng)用實(shí)例。

多點(diǎn)輸入智能溫度變送器：國(guó)際國(guó)內(nèi)均有這方面的產(chǎn)品，應(yīng)用較廣的有艾默生公司的848T型八點(diǎn)輸入溫度變速器，可為熱電阻、熱電偶、MV信號(hào)、歐姆電阻信號(hào)各自選擇并獨(dú)立組態(tài)；輸出為FFHI信號(hào)，也可以通過(guò)3420現(xiàn)場(chǎng)總線接口模塊接入DCS系統(tǒng)；提供診斷和計(jì)算功能，可選擇最大值、最小值、中間點(diǎn)和多路傳感器的溫度平均值；有鏈路活動(dòng)調(diào)度器（LAS）的備份功能，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)。由于可安裝在危險(xiǎn)場(chǎng)所和工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)（環(huán)境溫度-40～+85℃），且通過(guò)本質(zhì)安全FISCO認(rèn)證，為多邊溫度檢測(cè)提供了低成本，高性能的解決方案，且平均每監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝費(fèi)用降低70%，所以被大型工程項(xiàng)目采用，如江西銅業(yè)公司貴溪冶煉廠大型閃速爐項(xiàng)目，已采用848T多臺(tái)運(yùn)行將近10年，效果良好。

（3）其他儀表和執(zhí)行器

其它各種流量計(jì)、物位計(jì)和執(zhí)行器，由于測(cè)量較復(fù)雜，計(jì)算和補(bǔ)償?shù)刃枨筝^多，所以智能化進(jìn)展也很快。如熱量表（北方冬季采暖用）在多變量測(cè)量基礎(chǔ)上，由微計(jì)算機(jī)配合溫度傳感器和流量傳感器組合，將配對(duì)溫度傳感器分別安裝在入口、出口管上，流量傳感器發(fā)出流量信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算顯示出載熱液體從入口至出口所釋放出的熱量值，具體產(chǎn)品如北京遠(yuǎn)東儀表公司FELR1000系列熱量表（一種電磁流量計(jì)）、重慶偉岸公司UH系列超聲波熱量計(jì)、唐山會(huì)中儀表公司CRL-H（L）用戶(hù)超聲熱（冷熱）量表等。大連海峰儀表公司的超聲波流量計(jì)可做到3路輸入壓力、液位、溫度等信號(hào)，2路輸入三線制PT100鉑電阻；信號(hào)輸出：1路隔離RS485輸出、1路4～20mA或0～20mA輸出、1路隔離OCT（脈沖寬度6～1000ms之間可編程，默認(rèn)200ms）1路繼電器輸出（脈沖寬度200ms）；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)選配內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SD卡）可存儲(chǔ)時(shí)間、瞬時(shí)流量、累積流量、信號(hào)狀態(tài)，經(jīng)軟件配合，便于統(tǒng)計(jì)和管理。

北京金德創(chuàng)業(yè)測(cè)控公司把以色列APM公司3D物位掃描儀，俄羅斯利馬克公司9GHz超高頻雷達(dá)物位計(jì)技術(shù)及產(chǎn)品引入中國(guó)，解決了高粉塵工況、高溫工況、蒸汽工況等物位測(cè)量難題，智能水平達(dá)到了一定高度。

執(zhí)行器中電氣閥門(mén)定位智能化的提高，解決了生產(chǎn)中的問(wèn)題。另外就是用于機(jī)械設(shè)備的多變量健康狀況儀表的出現(xiàn)，引發(fā)了對(duì)于多種溫、壓、物、流常用的參數(shù)以外迫切需要傳感器智能化的問(wèn)題。

（4）發(fā)展趨勢(shì)

作為以安裝在現(xiàn)場(chǎng)為主的檢測(cè)儀表和執(zhí)行器，是智能化的主戰(zhàn)場(chǎng)，現(xiàn)在的智能化成果雖大，但是發(fā)展空間很小，由smart向高級(jí)智能化過(guò)渡，目前關(guān)鍵還不是軟件，更重要的是第一步的感知，即多利用新型傳感器技術(shù)，測(cè)出諸如引壓管堵塞的故障信號(hào)，測(cè)出旋轉(zhuǎn)機(jī)械的潤(rùn)滑油成分變化和溫度升高的健康信號(hào)，測(cè)出設(shè)備周?chē)h(huán)境中震動(dòng)或腐蝕性氣體變化信息等與安全、節(jié)能環(huán)保維護(hù)可靠運(yùn)行相關(guān)的信息，然后才有可能，進(jìn)行分析、推理、決策和控制。這就是面大量廣的檢測(cè)儀表和執(zhí)行器智能化的當(dāng)務(wù)之急。

3 在線分析儀表智能化

PAT過(guò)程分析技術(shù)被列為新世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)以來(lái)，在線分析儀表智能化受到了極大重視。

作為物性在線分析儀，pH酸堿度傳感器用途很廣，很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)由于其可用性受到質(zhì)疑而不易推廣，但近年在電極本身及采樣系統(tǒng)中有多項(xiàng)專(zhuān)利出現(xiàn)，運(yùn)行、推廣水平得到提高，又可做到在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行標(biāo)定，之后運(yùn)行時(shí)通過(guò)感應(yīng)線圈確定pH傳感器與傳送器之間通信順暢，標(biāo)定值存儲(chǔ)在傳感器中，具體如E+H公司的Memosons智能pH測(cè)量系統(tǒng)，已得到廣泛的應(yīng)用。

重慶川儀分析儀器公司PA200-DH智能微量氧分析儀，采用了線性好、靈敏度高的固體電化學(xué)傳感器，并采用單片微處理器完成數(shù)據(jù)處理顯示，自檢故障，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)隔離輸出及通信接口等，做到可靠性高，維護(hù)量小，使用方便，廣泛用于空分、冶金及化工流程中微量氧的測(cè)量。PA200系列智能化氣體分析儀表，可選擇紅外、熱導(dǎo)、磁機(jī)械、磁壓力式、電化學(xué)式分析原理，測(cè)量組分：CO2、CO、CH4、SO2、NO、H2O、NH3、H2、O2、Ar等，大屏幕液晶顯示，獨(dú)特菜單操作，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)隔離輸出。此外還有Liqour7000-TB智能濁度分析儀。

英國(guó)城市技術(shù)（city）公司生產(chǎn)多種氣體傳感器，他們推出的智能輸出板可通過(guò)為多種關(guān)鍵氣體傳感器提供標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)出，縮短O(píng)EM廠商的開(kāi)發(fā)時(shí)間，減少新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成本和風(fēng)險(xiǎn)，并提高儀表的可靠性，還可以記錄傳感器的關(guān)鍵數(shù)據(jù)以供客戶(hù)審查和分析。

目前國(guó)內(nèi)分析儀表、工業(yè)色譜、質(zhì)譜智能化方面也已由連續(xù)自動(dòng)測(cè)量、指示、記錄流程中相關(guān)參數(shù)，及以菜單形式操作，實(shí)現(xiàn)多種自動(dòng)功能，向進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)（模塊化）及現(xiàn)場(chǎng)安裝，適應(yīng)于防爆和其它惡劣環(huán)境方向發(fā)展，而且在過(guò)程分析系統(tǒng)方面，也逐步形成了煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）、水質(zhì)分析成套系統(tǒng)、移動(dòng)式車(chē)載測(cè)試監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、空分過(guò)程分析系統(tǒng)、焚燒爐、水泥窯、焦?fàn)t煤氣及冶金、石化、醫(yī)藥、建材、過(guò)程分析系統(tǒng)，這些系統(tǒng)成套工程也有利于在線分析儀表智能化的發(fā)展。

4 其他儀表和系統(tǒng)的智能化及發(fā)展趨勢(shì)

（1）數(shù)字顯示控制儀表屬于自動(dòng)化儀表行業(yè)基礎(chǔ)性二次儀表，其它還有無(wú)紙記錄儀等多種產(chǎn)品，在智能化方面進(jìn)展很快。虹潤(rùn)儀器公司的PID模糊調(diào)節(jié)器，宇電自動(dòng)化公司的AI人工智能控制器等就是典型，AI-818高性能人工智能溫度控制器/調(diào)節(jié)器，應(yīng)用業(yè)績(jī)頗多。它具備標(biāo)準(zhǔn)PID、AI人工智能調(diào)節(jié)APID或MPT等多種調(diào)節(jié)方式，具備自整定自學(xué)習(xí)功能，無(wú)超調(diào)及無(wú)欠調(diào)的優(yōu)良控制特性，具備上電免除報(bào)警功能（避免上電報(bào)警誤動(dòng)作）；采用可編程萬(wàn)能輸入技術(shù)及非線性輸入自定義多點(diǎn)校正功能；允許自編程操作權(quán)限界面，并可自設(shè)定密碼，形成“定制”自己的儀表；AI-808p具備程序控制，程序設(shè)定功能，采用具備曲線擬合功能的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，能獲得光滑平順的曲線控制效果，采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，提供豐富的輸出規(guī)格，能廣泛滿(mǎn)足各種應(yīng)用場(chǎng)合的需要。

DCS及各種專(zhuān)用的控制系統(tǒng)的智能化水平比數(shù)字顯示控制儀表更高得多，如有些DCS公司提供的各種部件都已智能化，而且通過(guò)全數(shù)字信息進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，有些公司提出機(jī)組智能診控一體化系統(tǒng)等，但智能算法、先進(jìn)控制在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)用還不普及，這將是智能化的一項(xiàng)義不容辭的任務(wù)。

真正實(shí)行“e網(wǎng)到底”,實(shí)現(xiàn)協(xié)同自動(dòng)化，保證開(kāi)放性、安全性，做到無(wú)需停機(jī)即可實(shí)施運(yùn)行中的應(yīng)用更新，通過(guò)以太網(wǎng)訪問(wèn)動(dòng)態(tài)信息，做到在控制層面、營(yíng)運(yùn)層面、企業(yè)層面之間的互聯(lián)互通，將是控制系統(tǒng)智能化未來(lái)的發(fā)展方向。

這些主要是指流程工業(yè)的控制系統(tǒng)，即PA過(guò)程自動(dòng)化，而自動(dòng)化的另一半即FA工廠自動(dòng)化范疇內(nèi)，就不是這樣了。

（2）工廠自動(dòng)化中，智能化的課題是很多的，為了實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化，首先是要對(duì)開(kāi)關(guān)量如接近傳感器及位置傳感器、速度傳感器、加速度傳感器的智能化進(jìn)行關(guān)注，另外，運(yùn)動(dòng)控制本身也有不少智能化的問(wèn)題值得關(guān)注。

如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人內(nèi)傳感器和相關(guān)的交流伺服系統(tǒng)智能化，可以在自動(dòng)化技術(shù)中應(yīng)用反饋控制理論來(lái)解決；而機(jī)器人外傳感器及相關(guān)的視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、滑覺(jué)的感知、分析、推理、決策和控制，則是一片正在開(kāi)墾的處女地，又比如數(shù)控機(jī)床在加工中心之外，新生的3D打印機(jī)和快速成型系統(tǒng)，也是智能化大有可為的新天地。

最后要說(shuō)明的是：智能化的自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)是由智能制造裝備制造出來(lái)的，所以自動(dòng)化工廠、智能制造裝備、柔性制造系統(tǒng)、MEMS、3D打印等的智能化與一般工業(yè)自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)的智能化是密不可分的，而且更重要。注意了這一點(diǎn)，我國(guó)的儀表和系統(tǒng)的智能化才更有希望。

5 結(jié)語(yǔ)

上面提到的虹潤(rùn)儀器公司，宇電自動(dòng)化公司均出自福建，現(xiàn)在就以2013年福建省政府同意多單位聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于福建省機(jī)器人、傳感器及智能化儀器儀表發(fā)展的若干意見(jiàn)》來(lái)作為結(jié)束語(yǔ)。

該省提出，在2015年，實(shí)現(xiàn)一批機(jī)器人、高精度傳感器、智能化儀表、光學(xué)儀器的自主開(kāi)發(fā)，培育一批年產(chǎn)值超億元企業(yè)，創(chuàng)建2個(gè)技術(shù)創(chuàng)新公共服務(wù)平臺(tái)和2個(gè)產(chǎn)業(yè)化示范基地。到2020年，形成較完善的產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)研發(fā)體系，培育一批年產(chǎn)值超10億元企業(yè)，建成5個(gè)創(chuàng)新的公共服務(wù)平臺(tái)和5個(gè)產(chǎn)業(yè)化示范基地。該省同時(shí)制定了一系列政策舉措。

真抓實(shí)干，我國(guó)儀器儀表智能化前途會(huì)更好。