自动化仪表与控制系统发展趋势研究

【摘 要】自动化仪表和控制系统作为整个装备的神经中枢、运行中心和安全屏障，已经成为重大装备的重要组成部分，对我国装备工业的振兴和发展具有重要意义。国产仪器仪表产品在可靠性和工程应用能力等方面与国外产品尚有一定差距，产品精密度、数字化、智能化、集成化、自动化程度较低，一般常规品种居多，高档智能型产品较少，前沿技术和标准化技术的研究还很不足。基于此，本研究主要探讨自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势。

【关键词】自动化仪表;综述;现状;智能化;网络化

1.国内外仪器仪表行业发展现状

1.1行业技术发展现状

当前国际流程工业仪器仪表的技术发展如通过智能化和现场总线网络技术，使产品故障可以得到迅速判断，实施前瞻性维护。同时新原理、新技术、新材料的应用使现场仪表显著提高了对复杂工况条件和环境的适应性，耐高温、高压、高压差、强冲刷、强辐射、多相流、非接触检测、无损检测等产品的出现解决了绝大部分用户的现场检测“难题”。高量程比、模块化结构、红外技术、无线通讯、自校正、自适应、自诊断等技术的发展应用使得现场仪表操作应用便捷，劳动强度降低、备品备件减少。

1.2我国行业市场发展情况

工业自动化仪表的发展，不但取决于产品技术水平，而且涉及工程应用技术。近年来，不少测控设备生产企业以及火电、石化、冶金等应用部门的科技型企业和工程公司在应用软件和优化软件开发及系统集成技术等方面有了相当进展。通过承担国外系统的工程应用，掌握了一批大型工程和装置的自控应用技术。但随着现场总线、SOLUTION、MIV、EPC等技术和工程总成方式的发展，进一步加大了我国自控系统及现场仪表进入大型工程的困难，我国重大工程核心技术之一的自控技术及其主干装备被国外控制甚至垄断的风险正在上升。

2.产业发展国内外主要差距

2.1创新能力方面

（1）缺乏技术储备，原创性成果少。我国企业往往通过引进外国技术来实现一代产品的更新，但是又不能很好地消化吸收，形成了“引进一落后一再引进一再落后”的怪圈。我国大学和科研机构涉及自动化领域的科研成果不少，但实用性差，对相关的生产制造技术，特别是核心工艺技术研究深度和力度不够，二次开发的工作量很大，成果的转化率低。产品主要以中低档为主，缺乏中高档产品的研发能力，更缺乏前瞻性和原创性的创新能力。

（2）企业尚未形成良好的创新理念。研发投入严重不足，平均仅占销售收入的1%~3%，而国外企业平均达到占销售收入的5%～10%。缺少精密加工、特殊工艺、测试检验、模拟仿真等先进研发手段，生产制造技术的研发未列入应有的地位，特别是核心技术的研发力度很低；研发体系的建设也落后于企业的技术要求，国内没有一个企业有接近国外同类中型企业研发中心的水平。

2.2产品化方面

（1）可靠性较差。现有国内高档产品的可靠性指标（平均无故障运行时间）与国外产品相比，大致要相差1~2个数量级。

（2）性能、功能落后。现有国内产品在测量精度上要与外国产品相差1个数量级，智能化程度还较低。

3.发展趋势与对策

3.1自动化仪表的发展方向

（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。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。

（3）总线化。过程控制系统自动化中的现场设备通常称为现场仪表。现场总线技术的广泛应用，使组建集中和分布式测试系统变得更为容易。然而集中测控越来越不能满足复杂、远程及范围较大的测控任务的需求，必须组建一个可供各现场仪表数据共享的网络，现场总线控制系统（FCS）正是在这种情况下出现的。它是一种用于各种现场智能化仪表与中央控制之间的一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统。目前现场总线已成为全球自动化技术发展的重要表现形式，它为过程测控仪表的发展提供了千载难逢的发展机遇，并为实现进一步的高精度、高稳定、高可靠、高适应、低消耗等方面提供了巨大动力和发展空间。

（4）网络化。现场总线技术采用计算机数字化通信技术，使自动控制系统与现场设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，可使智能仪表的作用得以充分发挥。随着工业信息网络技术的发展，以网络结构体系为主要特征的新型自动化仪表，即IP智能现场仪表代表了新一代控制网络发展的必然趋势，基于嵌入式Internet的控制网络体系结构。

（5）开放性。现在的测控仪器越来越多采用以Windows/CE、Linux、VxWorks等嵌入式操作系统为系统软件核心和高性能微处理器为硬件系统核心的嵌入式系统技术，未来的仪器仪表和计算机的联系也将会日趋紧密，Agilent公司表示仪器仪表设备上应当具备计算机的所有接口，如USB接口、打印机接口、局域网网络接口等，测量的数据也应通过USB接口存储在可移动存储设备中，使用这样的仪器仪表设备和操作一台简易电脑简直是如出一辙。齐备的接口可连接多种现场测控仪表或执行器设备，在过程控制系统主机的支持下，通过网络形成具有特定功能的测控系统，实现了多种智能化现场测控设备的开放式互连系统。

3.2对今后发展的建议

（1）建立产业风险投资机制，鼓励对产业的风险投资。降低企业税赋，尤其是增值税，使企业能够积累较多的资金用于科技创新和扩大再生产。允许企业提取上年销售总额10%用于科技开发，计入当年成本，并能够滚动使用。

（2）抓住市场导向，拓宽领域。在优先发展国民经济支柱产业和重大技术装备急需的仪器仪表的同时，紧紧围绕市场需求，拓宽其服务领域，培养新市场，增强市场的快速反应能力。

（3）在产业技术政策方面，支持关键共性技术的开发；鼓励产品出口，尤其鼓励高技术含量、高附加值产品出口，与之相应制定鼓励出口的有关政策；明确制定有利于民族工业发展的采购政策。

（4）积极推进新一代基于现场总线技术的智能仪表的开发和产业化，积极发展特种工况要求的执行器与调节器等系列产品的研发，重视冶金、石化、建材、纺织、造纸、食品等行业所需的各种专用仪表的开发和生产。

4.结束语

从工业自动化仪表尤其是工业现场仪表的智能化、高精度化、总线化、网络化的发展进程，不难看出计算机技术对现代自动化仪表技术的发展起到了十分积极的促进作用，计算机网络与工业局域网的融合又大大丰富和发展了现代自动控制技术。因此，现代自动化仪表的智能化技术不但改善了仪表本身的性能，还影响到了控制网络的体系结构，它不再是功能单一的固定结构，其适应性越来越强，功能也越来越丰富。相信新一代的智能化仪器仪表将在计算机网络技术支持下，在各行各业得到越来越广泛的应用。

【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[J].中国高新技术企业，2008,(2)：85-86.

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