自動化儀器儀表與控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

一、自動化儀表與控制系統(tǒng)的基本現(xiàn)狀

　　進入21世紀，我國制造業(yè)的高速發(fā)展，拉動了對自動化儀表與控制系統(tǒng)的需求，我國新上的大型項目所用自動化儀表和控制系統(tǒng)的先進程度已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。當(dāng)前傳統(tǒng)制造業(yè)在發(fā)達國家已經(jīng)過了輝煌期，與之配套的自動化儀表自然就增長緩慢。自動化儀表發(fā)展的熱點在新興市場的價格問題從兩個方面夾擊儀表制造商，一是新興市場的用戶對產(chǎn)品價格敏感度很高；二是在那里往往可以找非常便宜的替代品，這樣就難以激發(fā)跨國企業(yè)花大成本研制新型儀表。

　　近10年自動化儀表技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域——現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展雖然取得了顯著成就，但是在應(yīng)用方面大體上還處在替代模擬傳輸線的階段。實際上現(xiàn)場總線不僅僅是信號制式的改變，它是為控制技術(shù)的信息化提供基礎(chǔ)的。用戶對系統(tǒng)底層信息化（控制、診斷、管理）改造的需求是現(xiàn)場總線技術(shù)推廣的原始動力。近些年來現(xiàn)場總線在設(shè)備資產(chǎn)管理、預(yù)測診斷和平穩(wěn)操作等方面的潛力開始被挖掘出來，顯現(xiàn)了極富發(fā)展前景的勢頭。

　　但是基于現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化控制和分布式只智能技術(shù)，到目前無論在理論上還是在實踐上都未出現(xiàn)顯著突破：而現(xiàn)場總線的速度瓶頸是的在復(fù)雜控制和快速響應(yīng)方面有時還不如傳統(tǒng)儀表：持續(xù)多年的現(xiàn)場總線之爭至今在制造商中沒有贏家，又使用戶普通感覺厭倦，極大地消耗了各企業(yè)發(fā)展的資源。

　　國際上反映自動化儀表產(chǎn)品動向的幾個重要窗口：以ISA EXPO、Miconix等為代表的國際儀表展覽，以Readers’ Choice Award（讀者選擇獎）為代表的獎項。從近3年的讀者選擇獎看，獲獎產(chǎn)品變化不多。自動化儀表今年發(fā)展的重點在儀表的應(yīng)用方面。

　　這種發(fā)展趨勢的變化是很自然的，數(shù)字化、智能化儀表和系統(tǒng)經(jīng)過近10年的告訴發(fā)展，在應(yīng)用方面積累了一些問題，智能儀表設(shè)計的許多創(chuàng)新功能也未得到充分的應(yīng)用。主要問題有以下幾點。

（1）數(shù)字儀表和系統(tǒng)的信息保密和安全問題
（2）微程序和軟件的可*性問題。
（3）通信的保密、安全和可*性問題。
（4）智能儀表在運行時是可以與控制系統(tǒng)互動的以及如何進行互動。
（5）智能儀表提供了遠比模擬儀表多的信息以及如何充分利用這些信息。
（6）眾多智能儀表的可互操作問題。
（7）儀表和系統(tǒng)的故障診斷以及故障診斷信息的可互操作問題等。

　　上述問題都是由于數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化而產(chǎn)生的，并不是現(xiàn)有技術(shù)無法解決這些問題，只是可選的解決方案太多，而統(tǒng)一的解決方案才是最有效的。而如何統(tǒng)一是當(dāng)前正在研究的。

　　雖然自動化儀表新產(chǎn)品的推出速度減緩，但是自動化儀表的技術(shù)發(fā)展史持續(xù)不斷的，儀表制造商近兩年新技術(shù)發(fā)展積極性不高，但儀表用戶發(fā)展自動化技術(shù)的積極性越來越高。最近，在信息技術(shù)的融入、儀表安全技術(shù)、無線通信技術(shù)等各方面都有令人矚目的發(fā)展。另外國外新產(chǎn)品推出的減速，為我國儀表的發(fā)展帶來了機遇。國內(nèi)儀表近兩年繼續(xù)健康發(fā)展，行業(yè)的總體趨勢與《2006-2007儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科發(fā)展報告》的介紹未發(fā)生大的變化，因此也可以認為本報告是它的補充。

　　ISA EXPO2008的6大關(guān)注點是：信息安全、過程自動化、環(huán)境和質(zhì)量控制、無線與網(wǎng)絡(luò)通信、企業(yè)集成。實際上包括我國的Miconix展在內(nèi)的全球各主要儀表展覽，近兩年的主題也在這之內(nèi)?？梢哉f這個六個方面反映了近兩年自動化儀表領(lǐng)域的主要發(fā)展動向。六個方面中信息安全、過程自動化和環(huán)境控制主要是由自動化儀表領(lǐng)域外的技術(shù)推動的，本報告的一下部分不將其作為重點。

　　中國投資咨詢網(wǎng)的《2009-2012年中國儀器儀表行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報告》，在簡介中對國內(nèi)儀器儀表的論述也恰如其分地表達了國內(nèi)自動化儀表領(lǐng)域發(fā)展的不足，其論述是這樣的：“雖然中國儀器儀表工業(yè)有了一定的發(fā)展，但遠遠不能滿足國民經(jīng)濟、科學(xué)研究、國防建設(shè)以及社會生活等各個方面日益增長的迫切需求。中國儀器儀表產(chǎn)品，絕大部分屬于中低檔技術(shù)水平，而且可*性、穩(wěn)定性等關(guān)鍵性指標(biāo)尚未全部達到要求。因此中國需做長期規(guī)劃，將振興測量控制與儀器儀表行業(yè)作為一個系統(tǒng)工程，從影響測量控制與儀器儀表業(yè)的各主要方面，包括政府、企業(yè)、社會環(huán)境、科研和教育機構(gòu)等方面制定協(xié)調(diào)一致的戰(zhàn)略措施并認真貫徹執(zhí)行。”

　　二、自動化儀表與控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

　　（一）自動化儀表與企業(yè)的信息化

　　信息技術(shù)的發(fā)展給自動化儀表帶來兩方面的影響：一方面信息技術(shù)與自動化儀表爭奪人才，在IT發(fā)展的高潮，許多有經(jīng)驗的儀表工作者轉(zhuǎn)向IT行業(yè)，這也是近年儀表產(chǎn)品推出減緩的原因之一；另一方面自動化儀表借用了TI行業(yè)一些成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，加快了信息的步伐。

　　信息化是當(dāng)前時代發(fā)展的趨勢，自動化儀表技術(shù)包括了信息采集、信息處理以及信息的應(yīng)用這樣的過程，因此自動化儀表技術(shù)實際上時信息技術(shù)的一個重要分支。所謂“企業(yè)集成”實際上是企業(yè)的信息集成和整合，所謂“信息爆炸”實際上時獲得信息超過了處理和應(yīng)用的能力，而為得到的應(yīng)用的一大障礙是信息表達的統(tǒng)一性不夠。如何提高處理和應(yīng)用信息的能力是當(dāng)前的主題。

　　信息化需要將現(xiàn)實世界的實體事物（包括原料、設(shè)備、產(chǎn)品、控制系統(tǒng)、儀表等），生產(chǎn)流程（包括制造方法、工藝等）。企業(yè)的管理（包括采購、銷售、物流等）用計算機能夠識別和處理0和1來描述，然后由計算機進行運算和處理，最后將處理的結(jié)果再反作用到現(xiàn)實世界。

　　信息化的前提是將現(xiàn)實世界以及現(xiàn)實世界事物之間的關(guān)系轉(zhuǎn)化為0和1，不能做到這一步信息化是不可能實現(xiàn)的。做到這一步就是對現(xiàn)實世界建立信息模型。

　　信息模型是用一組簡化的信息。按一定規(guī)則對事物所做的抽象描述。

　　信息模型定義包括了簡化、規(guī)則和抽象三要素，這三要素的多樣性決定了可能的信息模型的多樣化，建立信息模型的過程包括了克服多樣性，實現(xiàn)統(tǒng)一性的任務(wù)。自動化儀表和系統(tǒng)信息模型的目標(biāo)是：以毫不含糊的方式描述信息，以方便交換為基本定位，最終實現(xiàn)廣泛的可互操作性。

　　2006年9月，在德國柏林的IEC100周年慶活動的自動化論壇上，IFAC專家Diedrich教授作了題為《自動化工廠的信息模型》的報告，介紹不同的控制層次，不同的生產(chǎn)階段的不同信息類型、不同信息處理技術(shù)和工具。

　　建立信息模型的工作是自動化儀表領(lǐng)域的一項基本工作，也是統(tǒng)一信息表達的只能給藥手段，主要內(nèi)容包括：1.建立描述事物的規(guī)則；2.按照規(guī)則對所設(shè)計大量食物進行描述，建立模型庫。

　　建立描述事物的規(guī)則是一項繁雜的研究工作，因為隨著文化背景的不同、宗教信仰的不同、描述事物側(cè)重的不同、詳細程度的不同，描述的方案有很多種，我們需要的是在當(dāng)前信息處理能力相適應(yīng)的、能被公眾廣泛接受的方案，這種方案最終往往以國際標(biāo)準的形式出現(xiàn)。近兩年在制定這類國際標(biāo)準方面取得明顯的進展。

　　描述事物的規(guī)則按對象的屬性可簡化分為3類：

　?。?）描述事物的信息模型。如描述生產(chǎn)原料、元件、控制系統(tǒng)儀生產(chǎn)用裝置、設(shè)備、生產(chǎn)過程的狀態(tài)、中間和最終產(chǎn)品內(nèi)容的信息模型，這種類型的模型要把對象的基本屬性描述出來，典型代表是IEC361987工業(yè)過程測量與控制過程設(shè)備目錄中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和元素系列標(biāo)準和IEC61360與電子元件分類方案相關(guān)的標(biāo)準數(shù)據(jù)元素類型系列標(biāo)準。

　?。?）描述事物之間關(guān)系（尤其是定量關(guān)系）的模型。信息化的重要作用是對事物進行優(yōu)化，優(yōu)化的條件是了解事物之間的（定量）關(guān)系。這種模型常常以數(shù)學(xué)模型的形式出現(xiàn)。這類模型往往針對性很強，難以建立統(tǒng)一的廣泛應(yīng)用的模型，因此較少以國際標(biāo)準的形式出現(xiàn)。

　?。?）描述對象過程信息模型。如生產(chǎn)過程、管理過程，典型代表是IEC62264企業(yè)系統(tǒng)集成系列標(biāo)準。

　　在建立自動化儀表及應(yīng)用的信息模型方面，我國高校和研究機構(gòu)早有研究。但并沒有將這項工作定位信息化促進工業(yè)化的重要基礎(chǔ)，一直缺乏國家或行業(yè)層面，全面系統(tǒng)規(guī)劃和大規(guī)模的工作。

　　我國TC159全國工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成標(biāo)準化技術(shù)委員會和TC124全國工業(yè)過程測量和控制標(biāo)準化技術(shù)委員會在跟蹤和采用國際標(biāo)準方面做了不少工作，除派出專家加入國際標(biāo)準的工作組直接參加國際標(biāo)準的指定外，還及時地將重要信息模型標(biāo)準轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準。有了這些建立信息模型的方法標(biāo)準，后面需要做的工作室：宣傳、貫徹、學(xué)習(xí)這些手法，用這些方法建立各認可的具有可互操作性的信息庫，應(yīng)用這些信息庫服務(wù)于企業(yè)的自動化。

　　由于信息模型對于國內(nèi)企業(yè)和工程師還是新事物，上述這些工作在初期還相當(dāng)復(fù)雜，最重要的是我國制造企業(yè)較少主動提出信息化的需求，因此我國在這方面相對較落后，迫切需要引起重視。

　?。ǘ┳詣踊瘍x表工程項目全局信息和全生命周期信息的整合

　　全局和全生命周期的信息化整合實際上是自動化儀表系統(tǒng)的全面可互操作性?？苫ゲ僮餍允欠謱哟蔚模罨镜氖沁^程控制機的互操作，即控制系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表表層免的可互操作，向上一層是控制系統(tǒng)維護與生產(chǎn)設(shè)備診斷信息的可互操作，在高一層是企業(yè)管理信息的客戶操作。全局信息化整合至少要實現(xiàn)全局信息的可互操作。

　　不同層級實現(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。

　　自動化系統(tǒng)工程師項目從論證一直到建成投產(chǎn)運行、目后大修維護，整個過程的每個階段會產(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(xiàn)在都以二進制形式存在計算機里。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上階段就可以有很好的繼承性。例如，在項目的工程設(shè)計階段就會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圖對系統(tǒng)進行組態(tài)。全生命周期信息整合就是要實現(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，一些用戶組織對自動化儀表的應(yīng)用提出許多要求，制訂了一些團體標(biāo)準?，F(xiàn)在他們逐步地將這些團體標(biāo)準轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)、歐洲標(biāo)準或國際標(biāo)準，如IEC61242過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(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，計算機輔助工程）。

　　自動化儀表工程項目全局、全生命周期的信息化整合式一個漫長的過程，近兩年IEC62424標(biāo)準的推出是發(fā)展中的一個重要標(biāo)志。

　　我國一直有研究機構(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)準文件由技術(shù)團體提交國際標(biāo)準化組織，TC124會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TC124還及時將出版的國際標(biāo)準轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)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生命階段。

　　我國對自動化儀表在系統(tǒng)運行過程中的信息整合做的很不夠，及時用了現(xiàn)場總線智能儀表，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)實際情況的、有效的信息化整合軟件。自動化儀表工作者對信息化可以做什么了解不夠，而用戶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(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為代表的智能儀表發(fā)展有三個階段：第一階段是數(shù)字化現(xiàn)場總線智能儀表替代模擬儀表，重點是發(fā)揮節(jié)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，實現(xiàn)信息化，重點是提高項目工程的管理水平和運行效益；第三階段是以無線通信儀表為重要特征，實現(xiàn)所謂“無所不在的測量、無所不在的網(wǎng)絡(luò)、無所不在的計算”，實現(xiàn)真正的網(wǎng)絡(luò)化控制，重點是全面提高企業(yè)的效益。三階段的目標(biāo)相當(dāng)遠大，可以說是整個21世紀自動化儀表的目標(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，第三階段的工作正在探索。

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　　安全是一個非常廣泛的主題，在自動化儀表領(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。我國近兩年出版了等同采用這些國際標(biāo)準的系列國家標(biāo)準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)過功能安全認證的儀表推向市場。這對儀表的市場有很大影響，因此功能安全儀表并不只是用在有安全要求的系統(tǒng)中，功能安全認證還起到對儀表可*性一定的定量確認的作用，為了爭取競爭中的有利地位，實際上幾乎所有儀表制造商都會開展功能安全研究。

　　自20世紀開展儀表的可*性工程研究以來，儀表制造的質(zhì)量大幅提高。但是由于可*性數(shù)據(jù)都是由制造企業(yè)自己取得的，對用戶的公信力較低，因此只有很少企業(yè)將可*性的定量數(shù)據(jù)公布出來。所以可*性對用戶來說是經(jīng)驗性的、模糊地，人們更愿意相信品牌。
　　
　　20世紀的可*性工程研究使儀表的光學(xué)、機械、電子部件的可*性設(shè)計和處理有了獲得公認的成熟框架。但是當(dāng)前的儀表幾乎都帶微處理器，而嵌入式程序和計算機軟件的可*性卻還沒有公認的、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)的錯誤很多，而我們的大部分自動化儀表系統(tǒng)軟件是運行在Windows環(huán)境下邪惡，這樣我們怎能相信自動化系統(tǒng)會有比Windows更好的可*性呢？當(dāng)前的功能安全研究和軟件可*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*的Windows上獲得可*的自動化系統(tǒng)。

　　在IEC61508和IEC61511里，對嵌入式程序和計算機軟件的可*性和安全性的評估提供了一些方法，流派較多。但是這些內(nèi)容多半比較原則，實施時嚴重依賴評估者的經(jīng)驗和水平設(shè)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*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；而對有限可變語言（LVL，如IEC61131-3的PLCopen組織安全擴展）在安全應(yīng)用軟件層次的規(guī)范，則在IEC標(biāo)準和ISA的對應(yīng)標(biāo)準ISA84過程儀表安全系統(tǒng)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(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)計了。

　　功能安全標(biāo)準雖然已經(jīng)出版，功能安全研究的范圍還在深入和擴大。一方面是現(xiàn)場通信的功能安全問題研究，這些研究成果已經(jīng)部分反映在一些現(xiàn)場總線系列的標(biāo)準中；另一方面是電磁環(huán)境對功能安全的影響，這些研究成果開始在修訂的過程控制儀表的電磁兼容性標(biāo)準中體現(xiàn)。

　　我國許多研究機構(gòu)今年開展了功能安全的研究工作，主要包括：對安全要求高的用戶機構(gòu)，如石油、化工、制藥類機構(gòu)，開展了如何提出和確定功能安全要求的研究。他們采用風(fēng)險評估技術(shù)、可信性管理方法、HAZOP（Hazard /and/ Operability Study,危險與可*性研究）分析等方法，確定目標(biāo)對象對功能安全的定量要求。

　　制定了宣傳貫徹兩個國家標(biāo)準，培訓(xùn)功能安全工程師的工作。同時一些機構(gòu)開展了工程項目和儀表產(chǎn)品的功能安全評定工作。

　　一些儀表制造廠開始研制高可*性的功能安全儀表產(chǎn)品。個別企業(yè)為了使用戶對產(chǎn)品的認證有更好的認同，他們將產(chǎn)品向國際權(quán)威機構(gòu)申請認證。

　　總體上，雖然我國創(chuàng)新的功能安全研究成果還少，但功能安全的活動已經(jīng)在國內(nèi)啟動，正逐步深入地展開。

　　（四）系統(tǒng)維護與儀表診斷

　　基于企業(yè)對安全和質(zhì)量的要求，系統(tǒng)維護與儀表診斷受到用戶、制造商和研究者各方面的關(guān)注。系統(tǒng)維護與儀表診斷分為4個層次:生產(chǎn)流程的診斷、生產(chǎn)裝備的診斷、自動化控制系統(tǒng)的診斷、現(xiàn)場儀表的診斷。

　　生產(chǎn)流程的診斷原則上不屬于自動化儀表范疇，但是診斷信息的交換涉及自動化儀表系統(tǒng)。國外儀表用戶成立了一個用戶組織——MIMOSA（an Operations /and/ Maintenance Information Open Systems Alliance,運行和維護信息開放系統(tǒng)聯(lián)盟）。該組織的使命是開發(fā)和鼓勵企業(yè)在O&M（Operations /and/ Maintenance,運行和維護）中和CALM（Collaborative Asset Lifecycle Management，資產(chǎn)生命周期管理協(xié)作）中采用開放信息標(biāo)準。它提供一系列相關(guān)信息標(biāo)準。CCOM（Common Conceptual Object Model，通用總體對象模型）是所有MIMOSA標(biāo)準的基礎(chǔ),而CRIS（Common Relational Information Schema,通用相關(guān)信息模式）則提供了儲存企業(yè)運行管理信息的手段。它還提供元數(shù)據(jù)參考庫和采用XML和SQL的系列信息交換標(biāo)準。該組織還與OPC合作，成立了Open P&M（Open Operations /and/ Maintenance，開放運行于維護）組織。他們制定的基礎(chǔ)信息標(biāo)準用語多種行業(yè)，MIMOSA提供資產(chǎn)管理相關(guān)信息標(biāo)準，OPC提供數(shù)據(jù)獲得喝傳輸標(biāo)準。

　　針對生產(chǎn)裝備的監(jiān)控、診斷儀表系統(tǒng)是近兩年推向市場的新產(chǎn)品。主要用于對某些典型生產(chǎn)裝備（如旋轉(zhuǎn)機械、流體管線）的監(jiān)控和診斷。這些系統(tǒng)使用的檢測手段包括振動測量、激光測量、紅外熱像、超聲掃描以及普通的溫度壓力測量，將監(jiān)測的信息通過統(tǒng)計分析、頻譜分析、模式識別、數(shù)據(jù)挖掘等專家系統(tǒng)的分析，得出對設(shè)備的診斷。典型產(chǎn)品有Emerson公司的CSI機械設(shè)備狀態(tài)管理系統(tǒng)。

　　自動化控制系統(tǒng)的診斷通常是控制系統(tǒng)中設(shè)備管理軟件的一個模塊或一種功能，負責(zé)控制系統(tǒng)自身以及現(xiàn)場以表達的實時診斷和預(yù)測維護。現(xiàn)在各家自動化儀表跨國公司幾乎都有自己的產(chǎn)品，例如Emerson公司的AMS（資產(chǎn)管理系統(tǒng)），Siemens公司的PDM（過程設(shè)備管理），在此不一一列舉。自動化控制系統(tǒng)診斷產(chǎn)品看的發(fā)展很快，功能和性能不斷增強；現(xiàn)在生產(chǎn)裝備的監(jiān)控與自動化控制系統(tǒng)自身的診斷往往是在同一個平臺上進行。為了改善這一層面的可互操作性，近年Emerson 公司、Siemens 公司及OPC等幾家承諾相互合作推進互操作技術(shù)的統(tǒng)一。

　　現(xiàn)場儀表的診斷與上述幾層的維護、診斷在方法上有很大區(qū)別。首先，上述方法都是通過傳感器采集信息，通過各種手段的分析實現(xiàn)診斷?，F(xiàn)場儀表本身體積較小、功耗低，可用于診斷的信息資源很少；其次，現(xiàn)場儀表的診斷結(jié)果顯示往往借助控制系統(tǒng)軟件或手持操作器，因此其診斷過程中常常有現(xiàn)場儀表與另一端的互動，以補充自身資源的不足。
現(xiàn)場儀表的診斷難度較大，HART基金會的《HART 診斷指南（草案）》將維護分為三級：要求維護（已經(jīng)發(fā)生故障）、需要維護（儀表已超過維護周期）、建議維護（儀表到了維護周期）。而維護周期由智能儀表根據(jù)儀表的損耗情況或固定的時間確定。

　　我國大型設(shè)備方面的維護和診斷研究已有多年的歷史，在旋轉(zhuǎn)機械等典型裝備方面有不錯的成果和成功的應(yīng)用，有兩個學(xué)會組織聚集了我國這方面的力量：中國振動工程學(xué)會故障診斷專業(yè)委員會和中國自動化學(xué)會技術(shù)過程故障診斷與安全性技術(shù)委員會。在自動化控制系統(tǒng)自身的診斷方面雖然也有一些研究，但應(yīng)用較少，在檢測儀表和執(zhí)行器的診斷方面更加薄弱，無論在維護和診斷理論研究還是開發(fā)實踐方面都與國際水平有較大差距。國產(chǎn)的大部分儀表在故障診斷和預(yù)測性維護方面存在空白。

　　國外近年在維護和診斷方面發(fā)表的論文和專利很多，反映該項目內(nèi)容在國外也正是熱點，我國企業(yè)現(xiàn)在急起直追為時不晚。

　?。ㄎ澹o線通信

　　工業(yè)無線通信技術(shù)的快速發(fā)展是近兩年自動化儀表領(lǐng)域顯著的亮點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

　　（1）技術(shù)方案多樣化。有基于WPAN（無線個域網(wǎng)）的多種方案，有基于WLAN（無線局域網(wǎng)）的方案，也有基于無線公網(wǎng)（如GPRS、CDMA）的方案。各種方案針對一定的對象和應(yīng)用，在某些局部具有優(yōu)勢。

　　（2）參與者迅速增加。有學(xué)校、研究機構(gòu)、自動化儀表企業(yè)，還有一些半導(dǎo)體器件制造企業(yè)和具有專項技術(shù)的小型高技術(shù)企業(yè)。

　?。?）成立了專業(yè)組織。有新成立的專項組織，如WINA（The Wireless Industrial Networking Alliance，無線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟），也有許多老牌組織新成立無線通信工作組，如IEEE的多個工作組，歐盟的R-Fieldbus項目（無線現(xiàn)場總線項目）、ISA的SP100工作組、HART的無線HART工作組以及各現(xiàn)場總線的無線工作組等。

　?。?）推出多種無線演示系統(tǒng)、測量儀表樣機，成為今年全球各主要自動化儀表展的熱點。如Honeywell公司符合ISA100.11a的One Wireless系列，Emerson公司符合WirelessHART的Smart Wireless。這些產(chǎn)品雖已在一些場合投入應(yīng)用，但從總體來講，一則數(shù)量有限；二則系統(tǒng)規(guī)模較小，不過數(shù)十個節(jié)點。各種供自動化儀表企業(yè)開發(fā)無線產(chǎn)品各種無線模塊更是不計其數(shù)，而提供這些模塊的企業(yè)往往才是無線技術(shù)的真正持有者。

　　無線通信標(biāo)準之爭已經(jīng)開始。2007年HART基金發(fā)布WirelessHART標(biāo)準時Honeywell過程系統(tǒng)公司總裁Jack Bolick發(fā)表了一封公開信，使Honeywell與Emerson在無線通信標(biāo)準方面的分歧公開化。此后，各種無線通信標(biāo)準的方案紛紛正式向標(biāo)準化組織提出。除了前兩種針對過程控制目標(biāo)的標(biāo)準外，還有類似ZigBee Pro 這種并不主要針對過程控制，但一直想向過程控制領(lǐng)域滲透的標(biāo)準。ZigBee 標(biāo)準自2003年公布以來頻繁的更新：2006年公布了新一版，2007年又公布了ZigBee2007,包含了兩個特征集——ZigBee Pro。業(yè)內(nèi)人士出于對前10多年現(xiàn)場總線之爭的厭倦，大公司們挑起了爭端但沒有撈到明顯的好處，反而給了中小儀表公司給了中小儀表公司機會。人們都希望能避免再次出現(xiàn)無線通信標(biāo)準之爭。3種技術(shù)合作的技術(shù)基礎(chǔ)原本是存在的，因為ISA100.11a、WirelessHART和ZigBee的底層協(xié)議都是IEEE802.15.4，而且提供芯片和通信協(xié)議棧的企業(yè)往往同時提供這三種技術(shù)的部件，因此三種技術(shù)相互滲透不可避免。但是市場競爭是不以人們意志轉(zhuǎn)移的，我們可能不得不面對又一場曠目持久的標(biāo)準之爭。

　　我國進入工業(yè)無線通信領(lǐng)域并不晚。HART基金會是2004年11月才成立無線工作組的，而我國許多單位在這之前就開始研究了。在“十一五：器件，國家科技部的“863”項目給予工業(yè)無線通信項目有力的支持，這之前，科技和教育部門的各種基金、地方科技部門等也對該領(lǐng)域多方面的支持。

　　我國以ZigBee為基礎(chǔ)進行研究的單位很多，因此比較容易采購到元器件獲得技術(shù)支持。有若干單位加入了ISA100工作組，從事相關(guān)的研究；其中重重慶郵電大學(xué)向工作組遞交了多項建議。有27條ISA100.11a委員會完全接受并采納。我國真正獨立從事WirelessHART開發(fā)的單位比較少，因為WirelessHART自己也還在繼續(xù)開發(fā)中，現(xiàn)在對外提供的技術(shù)支持相當(dāng)少。

　　從2008年Miconex展覽看，我國目前研究的規(guī)模和水平也不輸國外的平均水平，展出了多種演示系統(tǒng)和產(chǎn)品。我國在工業(yè)無線通信領(lǐng)域研究最顯著的成績是，以中國科學(xué)院沈陽自動化研究所為首的研究團體研究開發(fā)的工業(yè)過程自動化用無線網(wǎng)絡(luò)WIA-PA成為了IEC可公開提供的技術(shù)規(guī)范（IEC/PAS62601：2008工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)已現(xiàn)場總線規(guī)范-WIA-PA通信網(wǎng)絡(luò)和通信行規(guī)），與WirelessHART同時成為國際標(biāo)準。

　?。┛刂凭W(wǎng)絡(luò)

　　以現(xiàn)場為代表的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在我國已經(jīng)逐步得到推廣，自上海賽科項目大規(guī)模采用現(xiàn)場總線以來，各種工程項目采用現(xiàn)場總線的心理障礙已經(jīng)基本消除。人們已經(jīng)越來越少問“是否能用”，而越來越多問“如何好用”。由于近年我國上的大型工程項目多，我國無論在采用現(xiàn)場總線儀表的項目規(guī)模還是在采用的數(shù)量方面都處于國際領(lǐng)先位置。不過一些項目雖然采用了先進的現(xiàn)場總線智能儀表，但應(yīng)用的水平卻不高，主要是未充分應(yīng)用智能儀表可以提供的信息和信息服務(wù)。

在控制網(wǎng)絡(luò)的研究開發(fā)方面，我國基本上全面跟蹤著國際動向。在IEC涉及工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的幾乎每個工作組里都有中國專家，而且針對大部分國際熱點議題我國都提出了自己的標(biāo)準建議。國家標(biāo)準GB/T20171-2006用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信規(guī)范獲得2008年中國標(biāo)準創(chuàng)新貢獻獎。EPA系列標(biāo)準已經(jīng)進入IEC的多個標(biāo)準。EPA系列產(chǎn)品在多個示范點長期運行。

　　我國在控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域與國外的主要差距在于產(chǎn)品，無論是在現(xiàn)場總線智能化現(xiàn)場儀表方面，還是在系統(tǒng)產(chǎn)品和軟件方面都有差距。

　　國際方面在控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展上也進入了水平不高的平穩(wěn)期，為達到人們預(yù)期的高度。這里有兩個技術(shù)問題和一個非技術(shù)的問題。