智能化的自動化儀表和系統(tǒng)，是由智能制造裝備制造出來的，所以自動化工廠、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

   從我國十二五規(guī)劃執(zhí)行以來，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，文中結(jié)合了MICONEX2014第二十五屆國際測量控制與儀表展覽會及技術(shù)交流的新鮮內(nèi)容。

    這些年來，工業(yè)自動化儀表及系統(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線通信的儀表和系統(tǒng)已經(jīng)過了試用階段，目前已經(jīng)成為以有線數(shù)據(jù)通信為主，無線通信融入其中，或成為遠(yuǎn)程通信和油氣田等生產(chǎn)現(xiàn)場較分散的行業(yè)可選方案之一，特別是近來“移動互聯(lián)”及4G商業(yè)移動數(shù)據(jù)通訊的逐步完善，正蘊(yùn)蓄著工業(yè)自動化儀表和系統(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、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)，相反智能化因為反映了用戶更高的需求，是自動化的核心，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。

    兩化融合是近年來又一項促進(jìn)智能化的大事，具體指信息化與工業(yè)化的融合，或者說信息化與自動化的融合。有一種說法是：信息化是指培養(yǎng)，發(fā)展以計算機(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)，開發(fā)利用信息資源是信息化的核心。

    現(xiàn)在出現(xiàn)的云計算、大數(shù)據(jù)等都與智能化頗有淵源。

    工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的智能化， 目前正從靈巧化（Smart）的初級階段走向高級智能的階段，有必要了解一下用戶的需求。目前最熱門的話題是安全、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，這些都是要通過提高自動化儀表和系統(tǒng)的智能化水平才能實現(xiàn)。

    2　檢測儀表和執(zhí)行器的智能化

    當(dāng)今檢測儀表多含有嵌入式CPU微計算機(jī)系統(tǒng)，多可以完成現(xiàn)場數(shù)字顯示，一般產(chǎn)品名稱前標(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)、自動量程切換、自動補(bǔ)償（溫度補(bǔ)償?shù)龋⒆栽\斷等功能，此外，各種儀表還可以完成各種專門功能。

    （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；通過安全認(rèn)證TUVSIL2，雙重化形式時為SIL3；連續(xù)工作十年不需調(diào)校；重量僅2.7kg。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；有多種功能塊，可用5ALS、AR、IT、SC、IS和PID；循環(huán)顯示最多10個變量，多功能LCD顯示，大屏幕和英語顯示；有先進(jìn)的診斷功能，有高低報警輸出等觸點輸出功能；支持各種符合國際標(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)量流量計算給出了自動補(bǔ)償模式，組態(tài)需用FSA120EJXMV TOOL軟件，工程時應(yīng)用Fieldmate通用設(shè)備管理工具，這種組態(tài)工具，配合個人電腦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無線通訊方式。近年來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內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化方面作出了貢獻(xiàn)，如BWQ型現(xiàn)場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均通過認(rèn)證測試。對于溫度變送器智能化來說，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ASIC專用集成電路。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。這些國內(nèi)均有應(yīng)用實例。

    多點輸入智能溫度變送器：國際國內(nèi)均有這方面的產(chǎn)品，應(yīng)用較廣的有艾默生公司的848T型八點輸入溫度變速器，可為熱電阻、熱電偶、MV信號、歐姆電阻信號各自選擇并獨(dú)立組態(tài)；輸出為FFHI信號，也可以通過3420現(xiàn)場總線接口模塊接入DCS系統(tǒng)；提供診斷和計算功能，可選擇最大值、最小值、中間點和多路傳感器的溫度平均值；有鏈路活動調(diào)度器（LAS）的備份功能，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)。由于可安裝在危險場所和工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場（環(huán)境溫度-40～+85℃），且通過本質(zhì)安全FISCO認(rèn)證，為多邊溫度檢測提供了低成本，高性能的解決方案，且平均每監(jiān)測點安裝費(fèi)用降低70%，所以被大型工程項目采用，如江西銅業(yè)公司貴溪冶煉廠大型閃速爐項目，已采用848T多臺運(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、物位計和執(zhí)行器，由于測量較復(fù)雜，計算和補(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）在多變量測量基礎(chǔ)上，由微計算機(jī)配合溫度傳感器和流量傳感器組合，將配對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，經(jīng)過計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）、重慶偉岸公司UH系列超聲波熱量計、唐山會中儀表公司CRL-H（L）用戶超聲熱（冷熱）量表等。大連海峰儀表公司的超聲波流量計可做到3路輸入壓力、液位、溫度等信號，2路輸入三線制PT100鉑電阻；信號輸出：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)存儲選配內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲器（SD卡）可存儲時間、瞬時流量、累積流量、信號狀態(tài)，經(jīng)軟件配合，便于統(tǒng)計和管理。

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

    執(zhí)行器中電氣閥門定位智能化的提高，解決了生產(chǎn)中的問題。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題。

    （4）發(fā)展趨勢

    作為以安裝在現(xiàn)場為主的檢測儀表和執(zhí)行器，是智能化的主戰(zhàn)場，現(xiàn)在的智能化成果雖大，但是發(fā)展空間很小，由smart向高級智能化過渡，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)，測出諸如引壓管堵塞的故障信號，測出旋轉(zhuǎn)機(jī)械的潤滑油成分變化和溫度升高的健康信號，測出設(shè)備周圍環(huán)境中震動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過程分析技術(shù)被列為新世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)以來，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，很長時間內(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)中有多項專利出現(xiàn)，運(yùn)行、推廣水平得到提高，又可做到在實驗室進(jìn)行標(biāo)定，之后運(yùn)行時通過感應(yīng)線圈確定pH傳感器與傳送器之間通信順暢，標(biāo)定值存儲在傳感器中，具體如E+H公司的Memosons智能pH測量系統(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)信號隔離輸出。此外還有Liqour7000-TB智能濁度分析儀。

    英國城市技術(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為多種關(guān)鍵氣體傳感器提供標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)出，縮短OEM廠商的開發(fā)時間，減少新產(chǎn)品設(shè)計的成本和風(fēng)險，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)以供客戶審查和分析。

    目前國內(nèi)分析儀表、工業(yè)色譜、質(zhì)譜智能化方面也已由連續(xù)自動測量、指示、記錄流程中相關(guān)參數(shù)，及以菜單形式操作，實現(xiàn)多種自動功能，向進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)（模塊化）及現(xiàn)場安裝，適應(yīng)于防爆和其它惡劣環(huán)境方向發(fā)展，而且在過程分析系統(tǒng)方面，也逐步形成了煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）、水質(zhì)分析成套系統(tǒng)、移動式車載測試監(jiān)測系統(tǒng)、空分過程分析系統(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

    （1）數(shù)字顯示控制儀表屬于自動化儀表行業(yè)基礎(chǔ)性二次儀表，其它還有無紙記錄儀等多種產(chǎn)品，在智能化方面進(jìn)展很快。潤儀器公司的PID模糊調(diào)節(jié)器，宇電自動化公司的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，無超調(diào)及無欠調(diào)的優(yōu)良控制特性，具備上電免除報警功能（避免上電報警誤動作）；采用可編程萬能輸入技術(shù)及非線性輸入自定義多點校正功能；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，能廣泛滿足各種應(yīng)用場合的需要。

    DCS及各種專用的控制系統(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)控制在實際運(yùn)行中應(yīng)用還不普及，這將是智能化的一項義不容辭的任務(wù)。

    真正實行“e網(wǎng)到底”,實現(xiàn)協(xié)同自動化，保證開放性、安全性，做到無需停機(jī)即可實施運(yùn)行中的應(yīng)用更新，通過以太網(wǎng)訪問動態(tài)信息，做到在控制層面、營運(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過程自動化，而自動化的另一半即FA工廠自動化范疇內(nèi)，就不是這樣了。

    （2）工廠自動化中，智能化的課題是很多的，為了實現(xiàn)工廠自動化，首先是要對開關(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)動控制本身也有不少智能化的問題值得關(guān)注。

    如何實現(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，可以在自動化技術(shù)中應(yīng)用反饋控制理論來解決；而機(jī)器人外傳感器及相關(guān)的視覺、觸覺、力覺、嗅覺、味覺、滑覺的感知、分析、推理、決策和控制，則是一片正在開墾的處女地，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。

    最后要說明的是：智能化的自動化儀表和系統(tǒng)是由智能制造裝備制造出來的，所以自動化工廠、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，我國的儀表和系統(tǒng)的智能化才更有希望。

    5　結(jié)語

    上面提到的虹潤儀器公司，宇電自動化公司均出自福建，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》來作為結(jié)束語。

    該省提出，在2015年，實現(xiàn)一批機(jī)器人、高精度傳感器、智能化儀表、光學(xué)儀器的自主開發(fā)，培育一批年產(chǎn)值超億元企業(yè)，創(chuàng)建2個技術(shù)創(chuàng)新公共服務(wù)平臺和2個產(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個創(chuàng)新的公共服務(wù)平臺和5個產(chǎn)業(yè)化示范基地。該省同時制定了一系列政策舉措。

    真抓實干，我國儀器儀表智能化前途會更好。

    作者簡介

    卞正崗（1936-），男，教授級高級工程師，1961 年畢業(yè)于清華大學(xué)電機(jī)系，早年從事電機(jī)及微型電機(jī)研究，后多年從事工業(yè)自動化儀表、集散系統(tǒng)和現(xiàn)場總線的研制和自動化系統(tǒng)集成的工程實踐，享受政府特殊津貼，中國自動化學(xué)會科普工作委員會委員，曾獲得有色總公司科技進(jìn)步一等獎和國家機(jī)械總局科技進(jìn)步三等獎。

    摘自《自動化博覽》11月刊