自動(dòng)化儀器儀表與控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

　　不同層級(jí)實(shí)現(xiàn)可互操作的技術(shù)和方法是不完全一樣的。在控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表層主要技術(shù)史：功夫塊、EDDL(電子設(shè)備描述語言)、FDT/DTM(現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工具/設(shè)備類型管理器)、OPC UA(原 Ole for Process Control，過程控制控制用對(duì)象鏈接和嵌入：現(xiàn)Openness，Productivity&Collaboration,開放、生產(chǎn)率和協(xié)作;企業(yè)管理層則部分借助于MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))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障礙。

　　自動(dòng)化系統(tǒng)工程師項(xiàng)目從論證一直到建成投產(chǎn)運(yùn)行、目后大修維護(hù)，整個(gè)過程的每個(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(qiáng)的關(guān)聯(lián)，而且這些文檔現(xiàn)在都以二進(jìn)制形式存在計(jì)算機(jī)里。涂過各階段采用統(tǒng)一的信息模型，那么下階段的文件相對(duì)上階段就可以有很好的繼承性。例如，在項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)階段就會(huì)編制控制邏輯配置圖，如果使用了統(tǒng)一的信息模型，那么到開車調(diào)試階段就可以直接用這個(gè)圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。全生命周期信息整合就是要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)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提供的。儀表的用戶企業(yè)由于貼近生產(chǎn)過程，貼近應(yīng)用，一些用戶組織對(duì)自動(dòng)化儀表的應(yīng)用提出許多要求，制訂了一些團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在他們逐步地將這些團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)，如IEC61242過程控制工程的表示方法——對(duì)P&I圖和P&ID工具與PCE-CAE工具之間數(shù)據(jù)交換的要求和IEC61987的若干部分(P&I，管線工程與儀表裝置;P&ID，管線工程和儀表裝置系統(tǒng)圖;PCE，過程控制工程;CAE，計(jì)算機(jī)輔助工程)。

　　自動(dòng)化儀表工程項(xiàng)目全局、全生命周期的信息化整合式一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，近兩年IEC62424標(biāo)準(zhǔn)的推出是發(fā)展中的一個(gè)重要標(biāo)志。

　　我國一直有研究機(jī)構(gòu)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(dāng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件由技術(shù)團(tuán)體提交國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，TC124會(huì)很快安排專家加入起草工作組，這種跟蹤已經(jīng)持續(xù)多年了。同時(shí)TC124還及時(shí)將出版的國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)。

　　全生命周期的信息化整合的概念對(duì)我國工程師還比較新，雖然一些工程項(xiàng)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(duì)自動(dòng)化儀表在系統(tǒng)運(yùn)行過程中的信息整合做的很不夠，及時(shí)用了現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表，數(shù)據(jù)通信業(yè)僅僅起替代傳遞的功能。產(chǎn)生這種情況的原因，一方面是我國用戶對(duì)企業(yè)信息化的需求并不迫切;另一方面我們?nèi)狈Ψ衔覈餍袠I(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(duì)信息化可以做什么了解不夠，而用戶對(duì)信息化有什么好處不清楚，對(duì)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(rèn)為以數(shù)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(shù)字化現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表替代模擬儀表，重點(diǎn)是發(fā)揮節(jié)省安裝費(fèi)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(xiàn)信息化，重點(diǎn)是提高項(xiàng)目工程的管理水平和運(yùn)行效益;第三階段是以無線通信儀表為重要特征，實(shí)現(xiàn)所謂“無所不在的測(cè)量、無所不在的網(wǎng)絡(luò)、無所不在的計(jì)算”，實(shí)現(xiàn)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(biāo)相當(dāng)遠(yuǎn)大，可以說是整個(gè)21世紀(jì)自動(dòng)化儀表的目標(biāo)。目前我國第一階段的工作已經(jīng)全面展開，第二階段的工作開始啟動(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(tǒng)的功能安全系列國際標(biāo)準(zhǔn)早在1998年就開始陸續(xù)出版，2003年又出版了IEC61511過程儀表安全系統(tǒng)的功能安全系列國際標(biāo)準(zhǔn)。我國近兩年出版了等同采用這些國際標(biāo)準(zhǔn)的系列國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20438電氣/電子/科編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全和GB/T21109過程儀表安全系統(tǒng)的功能安全。

　　近兩年功能安全的重要發(fā)展是：將大量經(jīng)過功能安全認(rèn)證的儀表推向市場(chǎng)。這對(duì)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(tǒng)中，功能安全認(rèn)證還起到對(duì)儀表可靠性一定的定量確認(rèn)的作用，為了爭(zhēng)取競(jìng)爭(zhēng)中的有利地位，實(shí)際上幾乎所有儀表制造商都會(huì)開展功能安全研究。

　　自20世紀(jì)開展儀表的可靠性工程研究以來，儀表制造的質(zhì)量大幅提高。但是由于可靠性數(shù)據(jù)都是由制造企業(yè)自己取得的，對(duì)用戶的公信力較低，因此只有很少企業(yè)將可靠性的定量數(shù)據(jù)公布出來。所以可靠性對(duì)用戶來說是經(jīng)驗(yàn)性的、模糊地，人們更愿意相信品牌。

　　20世紀(jì)的可靠性工程研究使儀表的光學(xué)、機(jī)械、電子部件的可靠性設(shè)計(jì)和處理有了獲得公認(rèn)的成熟框架。但是當(dāng)前的儀表幾乎都帶微處理器，而嵌入式程序和計(jì)算機(jī)軟件的可靠性卻還沒有公認(rèn)的、得到定量數(shù)據(jù)的方法。這里最容易使人困惑的是：我們都知道Windows操作系統(tǒng)的錯(cuò)誤很多，而我們的大部分自動(dòng)化儀表系統(tǒng)軟件是運(yùn)行在Windows環(huán)境下邪惡，這樣我們?cè)跄芟嘈抛詣?dòng)化系統(tǒng)會(huì)有比Windows更好的可靠性呢?當(dāng)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(cuò)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(tǒng)。

　　在IEC61508和IEC61511里，對(duì)嵌入式程序和計(jì)算機(jī)軟件的可靠性和安全性的評(píng)估提供了一些方法，流派較多。但是這些內(nèi)容多半比較原則，實(shí)施時(shí)嚴(yán)重依賴評(píng)估者的經(jīng)驗(yàn)和水平設(shè)計(jì)和評(píng)估是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)軟件的可靠性的研究。從編程語言的角度看，IEC 61508-3電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全第3部分：軟件要求對(duì)全可變語言(FVL，如C、C++、匯編語言)在安全應(yīng)用程序?qū)哟魏颓度胧杰浖⒐碳?、操作系統(tǒng)層次做了原則性的規(guī)范;而對(duì)有限可變語言(LVL，如IEC61131-3的PLCopen組織安全擴(kuò)展)在安全應(yīng)用軟件層次的規(guī)范，則在IEC標(biāo)準(zhǔn)和ISA的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)ISA84過程儀表安全系統(tǒng)的功能安全及相關(guān)技術(shù)報(bào)告中對(duì)此部分做了細(xì)化和補(bǔ)充，雖然離公認(rèn)，統(tǒng)一解決方案尚有距離，但已足以使各企業(yè)可以開展功能安全的開發(fā)和設(shè)計(jì)了。