自動(dòng)化儀器儀表與控制系統現狀及發(fā)展趨勢

　　不同層級實(shí)現可互操作的技術(shù)和方法是不完全一樣的。在控制系統與現場(chǎng)儀表層主要技術(shù)史：功夫塊、EDDL(電子設備描述語(yǔ)言)、FDT/DTM(現場(chǎng)設備工具/設備類(lèi)型管理器)、OPC UA(原 Ole for Process Control，過(guò)程控制控制用對象鏈接和嵌入：現Openness，Productivity&Collaboration,開(kāi)放、生產(chǎn)率和協(xié)作;企業(yè)管理層則部分借助于MES(制造執行系統)技術(shù)。全局信息整合至少要使企業(yè)各層之間的信息交換無(wú)障礙。

　　自動(dòng)化系統工程師項目從論證一直到建成投產(chǎn)運行、目后大修維護，整個(gè)過(guò)程的每個(gè)階段會(huì )產(chǎn)生許多技術(shù)文件，各階段的文件又有很強的關(guān)聯(lián)，而且這些文檔現在都以二進(jìn)制形式存在計算機里。涂過(guò)各階段采用統一的信息模型，那么下階段的文件相對上階段就可以有很好的繼承性。例如，在項目的工程設計階段就會(huì )編制控制邏輯配置圖，如果使用了統一的信息模型，那么到開(kāi)車(chē)調試階段就可以直接用這個(gè)圖對系統進(jìn)行組態(tài)。全生命周期信息整合就是要實(shí)現系統各生面階段之間可互操作，這樣的信息化整合方案是由儀表的用戶(hù)提供的。儀表的用戶(hù)企業(yè)由于貼近生產(chǎn)過(guò)程，貼近應用，一些用戶(hù)組織對自動(dòng)化儀表的應用提出許多要求，制訂了一些團體標準?，F在他們逐步地將這些團體標準轉化為國家標、歐洲標準或國際標準，如IEC61242過(guò)程控制工程的表示方法——對P&I圖和P&ID工具與PCE-CAE工具之間數據交換的要求和IEC61987的若干部分(P&I，管線(xiàn)工程與儀表裝置;P&ID，管線(xiàn)工程和儀表裝置系統圖;PCE，過(guò)程控制工程;CAE，計算機輔助工程)。

　　自動(dòng)化儀表工程項目全局、全生命周期的信息化整合式一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程，近兩年IEC62424標準的推出是發(fā)展中的一個(gè)重要標志。

　　我國一直有研究機構在跟蹤全局、全生命周期的信息化整合技術(shù)的發(fā)展方向，當有關(guān)標準文件由技術(shù)團體提交國際標準化組織，TC124會(huì )很快安排專(zhuān)家加入起草工作組，這種跟蹤已經(jīng)持續多年了。同時(shí)TC124還及時(shí)將出版的國際標準轉化為國家標準。

　　全生命周期的信息化整合的概念對我國工程師還比較新，雖然一些工程項目中用了可以進(jìn)行全生命周期的信息化整合的工具軟件InTools，但人們還只是將它置于某個(gè)生命階段。

　　我國對自動(dòng)化儀表在系統運行過(guò)程中的信息整合做的很不夠，及時(shí)用了現場(chǎng)總線(xiàn)智能儀表，數據通信業(yè)僅僅起替代傳遞的功能。產(chǎn)生這種情況的原因，一方面是我國用戶(hù)對企業(yè)信息化的需求并不迫切;另一方面我們缺乏符合我國各行業(yè)實(shí)際情況的、有效的信息化整合軟件。自動(dòng)化儀表工作者對信息化可以做什么了解不夠，而用戶(hù)對信息化有什么好處不清楚，對怎么做更提不出要求。這些因素影響了信息化整合技術(shù)的發(fā)展.

　　有人認為以數字化、網(wǎng)絡(luò )化為代表的智能儀表發(fā)展有三個(gè)階段：第一階段是數字化現場(chǎng)總線(xiàn)智能儀表替代模擬儀表，重點(diǎn)是發(fā)揮節省安裝費用、提高儀表性能的作用;第二階段是工程和儀表的全局信息和全生生命周期信息的整合，實(shí)現信息化，重點(diǎn)是提高項目工程的管理水平和運行效益;第三階段是以無(wú)線(xiàn)通信儀表為重要特征，實(shí)現所謂“無(wú)所不在的測量、無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )、無(wú)所不在的計算”，實(shí)現真正的網(wǎng)絡(luò )化控制，重點(diǎn)是全面提高企業(yè)的效益。三階段的目標相當遠大，可以說(shuō)是整個(gè)21世紀自動(dòng)化儀表的目標。目前我國第一階段的工作已經(jīng)全面展開(kāi)，第二階段的工作開(kāi)始啟動(dòng)，第三階段的工作正在探索。

　　(三)功能安全

　　安全是一個(gè)非常廣泛的主題，在自動(dòng)化儀表領(lǐng)域今年主要關(guān)注功能安全方面。IEC61508電氣/電子/科編程電子安全相關(guān)系統的功能安全系列國際標準早在1998年就開(kāi)始陸續出版，2003年又出版了IEC61511過(guò)程儀表安全系統的功能安全系列國際標準。我國近兩年出版了等同采用這些國際標準的系列國家標準GB/T20438電氣/電子/科編程電子安全相關(guān)系統的功能安全和GB/T21109過(guò)程儀表安全系統的功能安全。

　　近兩年功能安全的重要發(fā)展是：將大量經(jīng)過(guò)功能安全認證的儀表推向市場(chǎng)。這對儀表的市場(chǎng)有很大影響，因此功能安全儀表并不只是用在有安全要求的系統中，功能安全認證還起到對儀表可靠性一定的定量確認的作用，為了爭取競爭中的有利地位，實(shí)際上幾乎所有儀表制造商都會(huì )開(kāi)展功能安全研究。

　　自20世紀開(kāi)展儀表的可靠性工程研究以來(lái)，儀表制造的質(zhì)量大幅提高。但是由于可靠性數據都是由制造企業(yè)自己取得的，對用戶(hù)的公信力較低，因此只有很少企業(yè)將可靠性的定量數據公布出來(lái)。所以可靠性對用戶(hù)來(lái)說(shuō)是經(jīng)驗性的、模糊地，人們更愿意相信品牌。

　　20世紀的可靠性工程研究使儀表的光學(xué)、機械、電子部件的可靠性設計和處理有了獲得公認的成熟框架。但是當前的儀表幾乎都帶微處理器，而嵌入式程序和計算機軟件的可靠性卻還沒(méi)有公認的、得到定量數據的方法。這里最容易使人困惑的是：我們都知道Windows操作系統的錯誤很多，而我們的大部分自動(dòng)化儀表系統軟件是運行在Windows環(huán)境下邪惡，這樣我們怎能相信自動(dòng)化系統會(huì )有比Windows更好的可靠性呢?當前的功能安全研究和軟件可靠性研究已經(jīng)提供了一些諸如添加底層程序、冗余、容錯等處理方法，使我們能夠在不可靠的Windows上獲得可靠的自動(dòng)化系統。

　　在IEC61508和IEC61511里，對嵌入式程序和計算機軟件的可靠性和安全性的評估提供了一些方法，流派較多。但是這些內容多半比較原則，實(shí)施時(shí)嚴重依賴(lài)評估者的經(jīng)驗和水平設計和評估是遠遠不夠的，這些方面的需求促使各方面加大了嵌入式程序和計算機軟件的可靠性的研究。從編程語(yǔ)言的角度看，IEC 61508-3電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統的功能安全第3部分：軟件要求對全可變語(yǔ)言(FVL，如C、C++、匯編語(yǔ)言)在安全應用程序層次和嵌入式軟件、固件、操作系統層次做了原則性的規范;而對有限可變語(yǔ)言(LVL，如IEC61131-3的PLCopen組織安全擴展)在安全應用軟件層次的規范，則在IEC標準和ISA的對應標準ISA84過(guò)程儀表安全系統的功能安全及相關(guān)技術(shù)報告中對此部分做了細化和補充，雖然離公認，統一解決方案尚有距離，但已足以使各企業(yè)可以開(kāi)展功能安全的開(kāi)發(fā)和設計了。