智能化的自动化仪表和系统，是由智能制造装备制造出来的，所以自动化工厂、智能制造装备、柔性制造系统、MEMS、3D打印等的智能化与一般工业自动化仪表和系统的智能化是密不可分的，而且更重要。

    1　引言

   从我国十二五规划执行以来，作为七大战略性新兴产业之一的“高端”装备制造产业，受到极大重视，包括智能制造装备、高端智能装备、高端智能制造装备等等。虽然所指内容有些差异，但是“智能”一词成为关键词，本文只是从工业自动化仪表及系统的智能化角度，谈谈现状与发展趋势，文中结合了MICONEX2014第二十五届国际测量控制与仪表展览会及技术交流的新鲜内容。

    这些年来，工业自动化仪表及系统在数字化、网络化、集成化、智能化方面进展很快。数字化已相当全面，模拟仪表已经在新建项目中不作为主流产品，在技术改造中也尽量被数字化仪表和系统所取代；网络化方面最明显的是无线通信的仪表和系统已经过了试用阶段，目前已经成为以有线数据通信为主，无线通信融入其中，或成为远程通信和油气田等生产现场较分散的行业可选方案之一，特别是近来“移动互联”及4G商业移动数据通讯的逐步完善，正蕴蓄着工业自动化仪表和系统在人机界面（HMI）和系统架构方面的变化；集成化是在数字化网络化的基础上改变的，不止是硬件模块化，软件功能块化及组态化，而是工程设计、工程组织，并行工程方式上都在逐步改变；而智能化是贯彻在数字化、网络化、集成化的过程中的，数字化、网络化、集成化为智能化打下了基础，相反智能化因为反映了用户更高的需求，是自动化的核心，所以智能化又促进了数字化、网络化、集成化的进步。

    两化融合是近年来又一项促进智能化的大事，具体指信息化与工业化的融合，或者说信息化与自动化的融合。有一种说法是：信息化是指培养，发展以计算机为主以智能化工具为代表的新生产力；并把智能化工具相应的生产力转化成信息化生产力；信息资源是信息化的基础，开发利用信息资源是信息化的核心。

    现在出现的云计算、大数据等都与智能化颇有渊源。

    工业自动化仪表及系统的智能化， 目前正从灵巧化（Smart）的初级阶段走向高级智能的阶段，有必要了解一下用户的需求。目前最热门的话题是安全、高效、节能和环保。在此基础上，各大自动化仪表和系统的供应商的回应是提出了如下创新理念：电控仪控一体化，管控一体化、全生命周期管理、远程诊断、远程监控、远程仿真培训、设备管理、预测性维护、数字化工厂、提高质量、降低成本、高可靠性、可维护性、可用性、功能安全等等，这些都是要通过提高自动化仪表和系统的智能化水平才能实现。

    2　检测仪表和执行器的智能化

    当今检测仪表多含有嵌入式CPU微计算机系统，多可以完成现场数字显示，一般产品名称前标有“智能式XXX”的仪表，都可以完成数字滤波、非线性校正、自校零或自校准、自动量程切换、自动补偿（温度补偿等）、自诊断等功能，此外，各种仪表还可以完成各种专门功能。

    （1）压力差压变送器

    横河川仪EJA/EJX全数字智能变送器内CPU为16位1.2MHz；精度+/-4%（参数级精度+/-0.025%）；有复合传感特性，一机多用；应答速度90m/s；通过安全认证TUVSIL2，双重化形式时为SIL3；连续工作十年不需调校；重量仅2.7kg。另外有引压管的堵塞及蒸汽温度的诊断功能。EJX910A/930A多变量变送器，给出多变量质量流量的解决方案，达到1.0%的质量流量精度，流量范围大于10:1，同步输出4～20mA和脉冲信号；有多种功能块，可用5ALS、AR、IT、SC、IS和PID；循环显示最多10个变量，多功能LCD显示，大屏幕和英语显示；有先进的诊断功能，有高低报警输出等触点输出功能；支持各种符合国际标准的节流装置，包括孔板，文丘里管，流量喷嘴，皮托管等；质量流量计算给出了自动补偿模式，组态需用FSA120EJXMV TOOL软件，工程时应用Fieldmate通用设备管理工具，这种组态工具，配合个人电脑PC，完成包括设备的初始设置、日常维护、故障诊断和设备更换时的组态备份等任务，可完成多种通讯方式的选择，如FFHI、MART5、HART7、PROFIBUS PA及ISA100.11a无线通讯方式。近年来多家公司的压力差压变送器智能化水平均有提高，重庆川仪总厂与德国SIEMES公司联合生产的PDS智能化变送器，量程比可达100:1。

    （2）温度变送器

    上海自动化仪表股份有限公司在仪表和执行器智能化方面及支持国内标准化方面作出了贡献，如BWQ型现场总线智能温度变送器，能够全套使用多种温度传感器（热电偶B、E、J、K、N、R、S、T型）热电阻pt100、pt1000型，量程范围宽，参数设置功能有：零位、量程、写保护、工程单位、上下限等，自诊断功能有：传感器、A/D转接、存贮器、电源自诊断等，总体精度为+/-0.2%（FS），环境温度影响≤0.1%/FS/10℃，而且HART、FFHI、PROFIBUS PA、EPA均通过认证测试。对于温度变送器智能化来说，硬件也很重要，如A/D变换芯片及片内总线等，片间总线等集成电路的硬件技术，或称ASIC专用集成电路。片间总线具体有SPI总线（Motorola公司）、I2C总线（Philips公司）、MICROWIRE通信接口（NS公司），另有SCI总线、1-WireBus总线等。这些国内均有应用实例。

    多点输入智能温度变送器：国际国内均有这方面的产品，应用较广的有艾默生公司的848T型八点输入温度变速器，可为热电阻、热电偶、MV信号、欧姆电阻信号各自选择并独立组态；输出为FFHI信号，也可以通过3420现场总线接口模块接入DCS系统；提供诊断和计算功能，可选择最大值、最小值、中间点和多路传感器的温度平均值；有链路活动调度器（LAS）的备份功能，网络功能强。由于可安装在危险场所和工业生产现场（环境温度-40～+85℃），且通过本质安全FISCO认证，为多边温度检测提供了低成本，高性能的解决方案，且平均每监测点安装费用降低70%，所以被大型工程项目采用，如江西铜业公司贵溪冶炼厂大型闪速炉项目，已采用848T多台运行将近10年，效果良好。

    （3）其他仪表和执行器

    其它各种流量计、物位计和执行器，由于测量较复杂，计算和补偿等需求较多，所以智能化进展也很快。如热量表（北方冬季采暖用）在多变量测量基础上，由微计算机配合温度传感器和流量传感器组合，将配对温度传感器分别安装在入口、出口管上，流量传感器发出流量信号，经过计算显示出载热液体从入口至出口所释放出的热量值，具体产品如北京远东仪表公司FELR1000系列热量表（一种电磁流量计）、重庆伟岸公司UH系列超声波热量计、唐山会中仪表公司CRL-H（L）用户超声热（冷热）量表等。大连海峰仪表公司的超声波流量计可做到3路输入压力、液位、温度等信号，2路输入三线制PT100铂电阻；信号输出：1路隔离RS485输出、1路4～20mA或0～20mA输出、1路隔离OCT（脉冲宽度6～1000ms之间可编程，默认200ms）1路继电器输出（脉冲宽度200ms）；数据存储选配内置数据存储器（SD卡）可存储时间、瞬时流量、累积流量、信号状态，经软件配合，便于统计和管理。

    北京金德创业测控公司把以色列APM公司3D物位扫描仪，俄罗斯利马克公司9GHz超高频雷达物位计技术及产品引入中国，解决了高粉尘工况、高温工况、蒸汽工况等物位测量难题，智能水平达到了一定高度。

    执行器中电气阀门定位智能化的提高，解决了生产中的问题。另外就是用于机械设备的多变量健康状况仪表的出现，引发了对于多种温、压、物、流常用的参数以外迫切需要传感器智能化的问题。

    （4）发展趋势

    作为以安装在现场为主的检测仪表和执行器，是智能化的主战场，现在的智能化成果虽大，但是发展空间很小，由smart向高级智能化过渡，目前关键还不是软件，更重要的是第一步的感知，即多利用新型传感器技术，测出诸如引压管堵塞的故障信号，测出旋转机械的润滑油成分变化和温度升高的健康信号，测出设备周围环境中震动或腐蚀性气体变化信息等与安全、节能环保维护可靠运行相关的信息，然后才有可能，进行分析、推理、决策和控制。这就是面大量广的检测仪表和执行器智能化的当务之急。

    3　在线分析仪表智能化

    PAT过程分析技术被列为新世纪的关键技术以来，在线分析仪表智能化受到了极大重视。

    作为物性在线分析仪，pH酸碱度传感器用途很广，很长时间内由于其可用性受到质疑而不易推广，但近年在电极本身及采样系统中有多项专利出现，运行、推广水平得到提高，又可做到在实验室进行标定，之后运行时通过感应线圈确定pH传感器与传送器之间通信顺畅，标定值存储在传感器中，具体如E+H公司的Memosons智能pH测量系统，已得到广泛的应用。

    重庆川仪分析仪器公司PA200-DH智能微量氧分析仪，采用了线性好、灵敏度高的固体电化学传感器，并采用单片微处理器完成数据处理显示，自检故障，标准信号隔离输出及通信接口等，做到可靠性高，维护量小，使用方便，广泛用于空分、冶金及化工流程中微量氧的测量。PA200系列智能化气体分析仪表，可选择红外、热导、磁机械、磁压力式、电化学式分析原理，测量组分：CO2、CO、CH4、SO2、NO、H2O、NH3、H2、O2、Ar等，大屏幕液晶显示，独特菜单操作，标准信号隔离输出。此外还有Liqour7000-TB智能浊度分析仪。

    英国城市技术（city）公司生产多种气体传感器，他们推出的智能输出板可通过为多种关键气体传感器提供标准化转出，缩短OEM厂商的开发时间，减少新产品设计的成本和风险，并提高仪表的可靠性，还可以记录传感器的关键数据以供客户审查和分析。

    目前国内分析仪表、工业色谱、质谱智能化方面也已由连续自动测量、指示、记录流程中相关参数，及以菜单形式操作，实现多种自动功能，向进一步改进结构（模块化）及现场安装，适应于防爆和其它恶劣环境方向发展，而且在过程分析系统方面，也逐步形成了烟气连续监测系统（CEMS）、水质分析成套系统、移动式车载测试监测系统、空分过程分析系统、焚烧炉、水泥窑、焦炉煤气及冶金、石化、医药、建材、过程分析系统，这些系统成套工程也有利于在线分析仪表智能化的发展。

    4　其他仪表和系统的智能化及发展趋势

    （1）数字显示控制仪表属于自动化仪表行业基础性二次仪表，其它还有无纸记录仪等多种产品，在智能化方面进展很快。润仪器公司的PID模糊调节器，宇电自动化公司的AI人工智能控制器等就是典型，AI-818高性能人工智能温度控制器/调节器，应用业绩颇多。它具备标准PID、AI人工智能调节APID或MPT等多种调节方式，具备自整定自学习功能，无超调及无欠调的优良控制特性，具备上电免除报警功能（避免上电报警误动作）；采用可编程万能输入技术及非线性输入自定义多点校正功能；允许自编程操作权限界面，并可自设定密码，形成“定制”自己的仪表；AI-808p具备程序控制，程序设定功能，采用具备曲线拟合功能的AI人工智能调节算法，能获得光滑平顺的曲线控制效果，采用先进的模块化结构，提供丰富的输出规格，能广泛满足各种应用场合的需要。

    DCS及各种专用的控制系统的智能化水平比数字显示控制仪表更高得多，如有些DCS公司提供的各种部件都已智能化，而且通过全数字信息进行协调控制，有些公司提出机组智能诊控一体化系统等，但智能算法、先进控制在实际运行中应用还不普及，这将是智能化的一项义不容辞的任务。

    真正实行“e网到底”,实现协同自动化，保证开放性、安全性，做到无需停机即可实施运行中的应用更新，通过以太网访问动态信息，做到在控制层面、营运层面、企业层面之间的互联互通，将是控制系统智能化未来的发展方向。

    这些主要是指流程工业的控制系统，即PA过程自动化，而自动化的另一半即FA工厂自动化范畴内，就不是这样了。

    （2）工厂自动化中，智能化的课题是很多的，为了实现工厂自动化，首先是要对开关量如接近传感器及位置传感器、速度传感器、加速度传感器的智能化进行关注，另外，运动控制本身也有不少智能化的问题值得关注。

    如何实现机器人内传感器和相关的交流伺服系统智能化，可以在自动化技术中应用反馈控制理论来解决；而机器人外传感器及相关的视觉、触觉、力觉、嗅觉、味觉、滑觉的感知、分析、推理、决策和控制，则是一片正在开垦的处女地，又比如数控机床在加工中心之外，新生的3D打印机和快速成型系统，也是智能化大有可为的新天地。

    最后要说明的是：智能化的自动化仪表和系统是由智能制造装备制造出来的，所以自动化工厂、智能制造装备、柔性制造系统、MEMS、3D打印等的智能化与一般工业自动化仪表和系统的智能化是密不可分的，而且更重要。注意了这一点，我国的仪表和系统的智能化才更有希望。

    5　结语

    上面提到的虹润仪器公司，宇电自动化公司均出自福建，现在就以2013年福建省政府同意多单位联合印发的《关于福建省机器人、传感器及智能化仪器仪表发展的若干意见》来作为结束语。

    该省提出，在2015年，实现一批机器人、高精度传感器、智能化仪表、光学仪器的自主开发，培育一批年产值超亿元企业，创建2个技术创新公共服务平台和2个产业化示范基地。到2020年，形成较完善的产业链和技术研发体系，培育一批年产值超10亿元企业，建成5个创新的公共服务平台和5个产业化示范基地。该省同时制定了一系列政策举措。

    真抓实干，我国仪器仪表智能化前途会更好。

    作者简介

    卞正岗（1936-），男，教授级高级工程师，1961 年毕业于清华大学电机系，早年从事电机及微型电机研究，后多年从事工业自动化仪表、集散系统和现场总线的研制和自动化系统集成的工程实践，享受政府特殊津贴，中国自动化学会科普工作委员会委员，曾获得有色总公司科技进步一等奖和国家机械总局科技进步三等奖。

    摘自《自动化博览》11月刊