自动化仪器仪表与控制系统现状及发展趋势

　　不同层级实现可互操作的技术和方法是不完全一样的。在控制系统与现场仪表层主要技术史：功夫块、EDDL(电子设备描述语言)、FDT/DTM(现场设备工具/设备类型管理器)、OPC UA(原 Ole for Process Control，过程控制控制用对象链接和嵌入：现Openness，Productivity&Collaboration,开放、生产率和协作;企业管理层则部分借助于MES(制造执行系统)技术。全局信息整合至少要使企业各层之间的信息交换无障碍。

　　自动化系统工程师项目从论证一直到建成投产运行、目后大修维护，整个过程的每个阶段会产生许多技术文件，各阶段的文件又有很强的关联，而且这些文档现在都以二进制形式存在计算机里。涂过各阶段采用统一的信息模型，那么下阶段的文件相对上阶段就可以有很好的继承性。例如，在项目的工程设计阶段就会编制控制逻辑配置图，如果使用了统一的信息模型，那么到开车调试阶段就可以直接用这个图对系统进行组态。全生命周期信息整合就是要实现系统各生面阶段之间可互操作，这样的信息化整合方案是由仪表的用户提供的。仪表的用户企业由于贴近生产过程，贴近应用，一些用户组织对自动化仪表的应用提出许多要求，制订了一些团体标准。现在他们逐步地将这些团体标准转化为国家标、欧洲标准或国际标准，如IEC61242过程控制工程的表示方法——对P&I图和P&ID工具与PCE-CAE工具之间数据交换的要求和IEC61987的若干部分(P&I，管线工程与仪表装置;P&ID，管线工程和仪表装置系统图;PCE，过程控制工程;CAE，计算机辅助工程)。

　　自动化仪表工程项目全局、全生命周期的信息化整合式一个漫长的过程，近两年IEC62424标准的推出是发展中的一个重要标志。

　　我国一直有研究机构在跟踪全局、全生命周期的信息化整合技术的发展方向，当有关标准文件由技术团体提交国际标准化组织，TC124会很快安排专家加入起草工作组，这种跟踪已经持续多年了。同时TC124还及时将出版的国际标准转化为国家标准。

　　全生命周期的信息化整合的概念对我国工程师还比较新，虽然一些工程项目中用了可以进行全生命周期的信息化整合的工具软件InTools，但人们还只是将它置于某个生命阶段。

　　我国对自动化仪表在系统运行过程中的信息整合做的很不够，及时用了现场总线智能仪表，数据通信业仅仅起替代传递的功能。产生这种情况的原因，一方面是我国用户对企业信息化的需求并不迫切;另一方面我们缺乏符合我国各行业实际情况的、有效的信息化整合软件。自动化仪表工作者对信息化可以做什么了解不够，而用户对信息化有什么好处不清楚，对怎么做更提不出要求。这些因素影响了信息化整合技术的发展.

　　有人认为以数字化、网络化为代表的智能仪表发展有三个阶段：第一阶段是数字化现场总线智能仪表替代模拟仪表，重点是发挥节省安装费用、提高仪表性能的作用;第二阶段是工程和仪表的全局信息和全生生命周期信息的整合，实现信息化，重点是提高项目工程的管理水平和运行效益;第三阶段是以无线通信仪表为重要特征，实现所谓“无所不在的测量、无所不在的网络、无所不在的计算”，实现真正的网络化控制，重点是全面提高企业的效益。三阶段的目标相当远大，可以说是整个21世纪自动化仪表的目标。目前我国第一阶段的工作已经全面展开，第二阶段的工作开始启动，第三阶段的工作正在探索。

　　(三)功能安全

　　安全是一个非常广泛的主题，在自动化仪表领域今年主要关注功能安全方面。IEC61508电气/电子/科编程电子安全相关系统的功能安全系列国际标准早在1998年就开始陆续出版，2003年又出版了IEC61511过程仪表安全系统的功能安全系列国际标准。我国近两年出版了等同采用这些国际标准的系列国家标准GB/T20438电气/电子/科编程电子安全相关系统的功能安全和GB/T21109过程仪表安全系统的功能安全。

　　近两年功能安全的重要发展是：将大量经过功能安全认证的仪表推向市场。这对仪表的市场有很大影响，因此功能安全仪表并不只是用在有安全要求的系统中，功能安全认证还起到对仪表可靠性一定的定量确认的作用，为了争取竞争中的有利地位，实际上几乎所有仪表制造商都会开展功能安全研究。

　　自20世纪开展仪表的可靠性工程研究以来，仪表制造的质量大幅提高。但是由于可靠性数据都是由制造企业自己取得的，对用户的公信力较低，因此只有很少企业将可靠性的定量数据公布出来。所以可靠性对用户来说是经验性的、模糊地，人们更愿意相信品牌。

　　20世纪的可靠性工程研究使仪表的光学、机械、电子部件的可靠性设计和处理有了获得公认的成熟框架。但是当前的仪表几乎都带微处理器，而嵌入式程序和计算机软件的可靠性却还没有公认的、得到定量数据的方法。这里最容易使人困惑的是：我们都知道Windows操作系统的错误很多，而我们的大部分自动化仪表系统软件是运行在Windows环境下邪恶，这样我们怎能相信自动化系统会有比Windows更好的可靠性呢?当前的功能安全研究和软件可靠性研究已经提供了一些诸如添加底层程序、冗余、容错等处理方法，使我们能够在不可靠的Windows上获得可靠的自动化系统。

　　在IEC61508和IEC61511里，对嵌入式程序和计算机软件的可靠性和安全性的评估提供了一些方法，流派较多。但是这些内容多半比较原则，实施时严重依赖评估者的经验和水平设计和评估是远远不够的，这些方面的需求促使各方面加大了嵌入式程序和计算机软件的可靠性的研究。从编程语言的角度看，IEC 61508-3电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全第3部分：软件要求对全可变语言(FVL，如C、C++、汇编语言)在安全应用程序层次和嵌入式软件、固件、操作系统层次做了原则性的规范;而对有限可变语言(LVL，如IEC61131-3的PLCopen组织安全扩展)在安全应用软件层次的规范，则在IEC标准和ISA的对应标准ISA84过程仪表安全系统的功能安全及相关技术报告中对此部分做了细化和补充，虽然离公认，统一解决方案尚有距离，但已足以使各企业可以开展功能安全的开发和设计了。