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自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势

2023-06-07 10:276240工业品商城

进入21世纪,我国制造业的快速发展带动了对自动化仪表和控制系统的需求。 我国新建大型工程所采用的自动化仪表和控制系统的先进水平已处于国际领先水平。 目前,传统制造业在发达国家已经过了辉煌时期,与之配套的自动化仪表自然增长缓慢。 自动化仪表发展的热点是新兴市场的价格问题。 仪器制造商受到两个方面的压力。 第一,新兴市场用户对产品价格非常敏感; 其次,他们在那里往往能找到非常便宜的替代品,因此很难刺激跨国公司花大价钱开发新仪器。

近10年来,作为自动化仪表技术发展的重要领域,现场总线技术的发展取得了举世瞩目的成就,但在应用方面仍处于替代模拟传输线的阶段。 事实上,现场总线不仅仅是信号系统的改变,它为控制技术的信息化提供了基础。 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动力。 近年来,现场总线在设备资产管理、预测诊断和平稳运行方面的潜力开始被挖掘,呈现出良好的发展势头。

然而,基于现场总线技术的网络化控制和分布式智能技术至今在理论和实践上都没有取得重大突破:而且现场总线的速度瓶颈有时还不如复杂控制和快速响应。 传统仪表:持续多年的现场总线之争,在厂商之间没有分出胜负,让用户感到厌烦,也极大地消耗了各企业的开发资源。

反映世界自动化仪表产品趋势的重要窗口有几个:以ISA EXPO、Miconix等为代表的国际仪表展,以读者选择奖(Readers' Choice Award)为代表的奖项。 从近三年的读者选择奖来看,获奖产品变化不大。 今年自动化仪表发展的重点是仪表的应用。

这种发展趋势的转变是自然而然的。 经过近10年的高水平发展,数字化、智能化仪器和系统在应用中积累了一些问题,许多智能仪器设计的创新功能没有得到充分应用。

上述问题都是由数字化和网络化造成的。 并不是现有技术不能解决这些问题,而是可选的方案太多,统一的方案才是最有效的。 目前正在研究如何统一。 

虽然自动化仪表新产品的推出速度有所放缓,但自动化仪表的技术发展历史仍在继续。 近两年仪器制造商对新技术开发的热情不高,但仪器用户对开发自动化技术的热情却越来越高。 近年来,信息技术、仪器安全技术、无线通信技术的融合取得了显着发展。 此外,国外新品上市速度放缓,也为我国仪器仪表的发展带来机遇。 国产仪器近两年持续健康发展,从《2006-2007年仪器科学技术发展报告》出台以来,行业大势并未发生太大变化。 因此,本报告亦可作为其补充。

ISA EXPO2008的六大关注点是:信息安全、过程自动化、环境和质量控制、无线和网络通信、企业集成。 事实上,世界上各大仪器展的主题,包括我国的Miconix展,也都包含在近两年。 可以说,这六个方面反映了近两年来自动化仪表领域的主要发展趋势。 这六个方面中,信息安全、过程自动化和环境控制主要由自动化仪表领域以外的技术驱动,本报告后续部分不再重点介绍。

中国投资咨询网的《2009-2012年中国仪器仪表行业投资分析及前景预测报告》,在介绍中对国产仪器仪表的讨论也恰如其分地表达了国产自动化仪器仪表领域的发展不足。 论述如下:“我国仪器仪表行业虽然有了一定的发展,但还远远不能满足国民经济、科学研究、国防建设和社会生活日益增长和迫切的需要。我国仪器仪表产品绝大部分属于 技术水平处于中低档,可靠性、稳定性等关键指标尚未达到要求,因此我国需要作长远规划,把振兴测控与仪器仪表产业作为一项系统工程 ,从影响测量控制与仪器仪表行业的主要方面,包括政府、企业、社会环境、科研教育机构等方面,制定协调一致的战略措施,并认真贯彻落实。

信息技术的发展对自动化仪表有两方面的影响:一方面,信息技术与自动化仪表争夺人才。 在IT发展的高潮期,很多有经验的仪器从业者转向IT行业,这也是近年来仪器产品推出速度放缓的原因。 一; 另一方面,自动化仪器借鉴了TI行业的一些成熟技术和产品,加快了信息化的步伐。

信息化是当今时代的发展趋势。 自动化仪器仪表技术包括信息采集、信息处理和信息应用等过程。 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”,其实就是企业的信息整合与融合,而所谓“信息爆炸”,其实就是当所获得的信息超出了处理和应用的能力,成为获取信息的一大障碍。 应用缺乏信息表达的统一性。 如何提高处理和应用信息的能力是当前的课题。

信息化要求现实世界中的实物(包括原材料、设备、产品、控制系统、仪器仪表等)和生产过程(包括制造方法、工艺等)的融合。 企业管理(包括采购、销售、物流等)由能够识别和处理0和1的计算机来描述,然后由计算机进行计算和处理,最后将处理结果反应到现实世界中。

信息化的前提是将现实世界和现实世界中事物之间的关系转化为0和1,没有这一步就不可能实现信息化。 这样做就是建立一个现实世界的信息模型。

信息模型的定义包括简化、规则和抽象三个要素。 这三个要素的多样性决定了可能的信息模型的多样化。 建立信息模型的过程包括克服多样性和实现统一性的任务。 自动化仪器和系统信息模型的目标是以明确的方式描述信息,促进交换,并最终实现广泛的互操作性。

2006年9月,在德国柏林IEC成立100周年自动化论坛上,IFAC专家Diedrich教授作了题为《自动化工厂的信息模型》的报告,介绍了不同生产阶段的不同控制级别和不同信息类型,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性工作,也是统一信息表达的有效手段。 主要内容包括: 1.建立描述事物的规则;  2.描述大量按规则设计的食物,建立模型库。

建立描述事物的规则是一项复杂的研究工作,因为不同的文化背景、不同的宗教信仰、不同的描述事物的侧重点、不同的细节层次,有很多描述方案。 我们需要的是当前一个与信息处理能力兼容并能被大众广泛接受的程序。 该方案往往最终以国际标准的形式出现。 在过去两年中,此类国际标准的制定取得了重大进展。
描述事物的规则可以根据对象的属性简化为三类:
(1)描述事物的信息模型。 如描述生产原材料、部件、控制系统、生产设备、设备、生产过程状态、中间产品和最终产品内容的信息模型,这类模型应该描述对象的基本属性,典型代表是IEC361987工业 process测控过程设备目录中的数据结构和元素系列标准和IEC61360电子元器件分类方案相关的标准数据元素类型系列标准。
(2)描述事物之间关系(尤其是数量关系)的模型。 信息化的重要作用是优化事物,而优化的条件是了解事物之间的(定量)关系。 此类模型往往以数学模型的形式出现。 此类模型往往具有很强的针对性,难以建立统一、广泛适用的模型,因此很少以国际标准的形式出现。
(3)描述对象过程信息模型。 比如生产流程和管理流程,典型代表就是IEC62264企业系统集成系列标准。

长期以来,我国高校和科研院所就自动化仪器及应用信息模型的建立进行了研究。 但这项工作还没有被定位为以信息化带动工业化的重要基础,缺乏国家或行业层面的全面系统规划和大手笔工作。

我国TC19全国工业自动化系统与集成标准化技术委员会和TC124全国工业过程测量与控制标准化技术委员会在跟踪和采用国际标准方面做了大量工作。 除派专家加入国际标准工作组直接参与国际标准制定外,重要信息模型标准及时转化为国家标准。 有了这些建立信息模型的方法和标准,工作室以后要做的就是:宣传、实施、学习这些方法,用这些方法建立公认的互操作信息库,用这些信息库服务于企业的自动化。

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