《自動(dòng)化制造系統(tǒng)》課程結(jié)課論文

1、自動(dòng)化制造系統(tǒng)課程結(jié)課論文工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)姓名:考號(hào):班級(jí):學(xué)號(hào):摘要本文根據(jù)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展?fàn)顩r,前景,弊端。以及各大企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的使用情況進(jìn)行論述。關(guān)鍵詞工業(yè)自動(dòng)化,無(wú)線(xiàn)通信,控制網(wǎng)絡(luò)。一、引言2010年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,進(jìn)入了一個(gè)非常時(shí)期,全球經(jīng)濟(jì)不景氣帶來(lái)的影響正從縱深和更寬廣的層面上逐步體現(xiàn)。隨著一系列積極措施的陸續(xù)出臺(tái)以及制造業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐的加快,重化工制造企業(yè)用自動(dòng)化技術(shù)武裝“自己”的科技先行之路刻不容緩,節(jié)能環(huán)保相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)設(shè)備的市場(chǎng)需求也將大幅拉動(dòng)。經(jīng)國(guó)家科技部批準(zhǔn),由廣東省科技廳、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)及廣東會(huì)展推廣有限公司等單位共同舉辦的“第十三屆華南地區(qū)工業(yè)控制自動(dòng)化國(guó)際展覽會(huì)

2、暨華南水展”工業(yè)自動(dòng)化的開(kāi)發(fā)應(yīng)用對(duì)提高生產(chǎn)效益、降低能耗、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整十分重要;而水環(huán)境與人民群眾的生活密切相關(guān),關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,是近年和未來(lái)國(guó)家重點(diǎn)投入和強(qiáng)力推進(jìn)的領(lǐng)域。二、自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)的基本現(xiàn)狀進(jìn)入21世紀(jì),我國(guó)制造業(yè)的高速發(fā)展,拉動(dòng)了對(duì)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)的需求,我國(guó)新上的大型項(xiàng)目所用自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)的先進(jìn)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(dá)國(guó)家已經(jīng)過(guò)了輝煌期,與之配套的自動(dòng)化儀表自然就增長(zhǎng)緩慢。自動(dòng)化儀表發(fā)展的熱點(diǎn)在新興市場(chǎng)的價(jià)格問(wèn)題從兩個(gè)方面夾擊儀表制造商,一是新興市場(chǎng)的用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品價(jià)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

3、樣就難以激發(fā)跨國(guó)企業(yè)花大成本研制新型儀表。近10年自動(dòng)化儀表技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(xiàn)的階段。實(shí)際上現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)不僅僅是信號(hào)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(hù)對(duì)系統(tǒng)底層信息化(控制、診斷、管理改造的需求是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)推廣的原始動(dòng)力。近些年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在設(shè)備資產(chǎn)管理、預(yù)測(cè)診斷和平穩(wěn)操作等方面的潛力開(kāi)始被挖掘出來(lái),顯現(xiàn)了極富發(fā)展前景的勢(shì)頭。但是基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(wú)論在理論上還是在實(shí)踐上都未出現(xiàn)顯著突破:而現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的速度瓶頸是的在復(fù)雜控制和快速響應(yīng)方面有時(shí)還不如傳統(tǒng)儀表:持續(xù)多年的現(xiàn)場(chǎng)

4、總線(xiàn)之爭(zhēng)至今在制造商中沒(méi)有贏家,又使用戶(hù)普通感覺(jué)厭倦,極大地消耗了各企業(yè)發(fā)展的資源。國(guó)際上反映自動(dòng)化儀表產(chǎn)品動(dòng)向的幾個(gè)重要窗口:以ISA EXPO、Miconix等為代表的國(guó)際儀表展覽,以Readers Choice Award(讀者選擇獎(jiǎng)為代表的獎(jiǎng)項(xiàng)。從近3年的讀者選擇獎(jiǎng)看,獲獎(jiǎng)產(chǎn)品變化不多。自動(dòng)化儀表今年發(fā)展的重點(diǎn)在儀表的應(yīng)用方面。這種發(fā)展趨勢(shì)的變化是很自然的,數(shù)字化、智能化儀表和系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近10年的告訴發(fā)展,在應(yīng)用方面積累了一些問(wèn)題,智能儀表設(shè)計(jì)的許多創(chuàng)新功能也未得到充分的應(yīng)用。主要問(wèn)題有以下幾點(diǎn)。(1數(shù)字儀表和系統(tǒng)的信息保密和安全問(wèn)題(2微程序和軟件的可*性問(wèn)題。(3通信的保密、安全和可

5、*性問(wèn)題。(4智能儀表在運(yùn)行時(shí)是可以與控制系統(tǒng)互動(dòng)的以及如何進(jìn)行互動(dòng)。(5智能儀表提供了遠(yuǎn)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(wèn)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(wèn)題等。上述問(wèn)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(wú)法解決這些問(wèn)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(dòng)化儀表新產(chǎn)品的推出速度減緩,但是自動(dòng)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(hù)發(fā)展自動(dòng)化技術(shù)的積極性越來(lái)越高。最近,在信息技術(shù)的融入、儀表安全技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)等各方面都有令人矚

6、目的發(fā)展。另外國(guó)外新產(chǎn)品推出的減速,為我國(guó)儀表的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。國(guó)內(nèi)儀表近兩年繼續(xù)健康發(fā)展,行業(yè)的總體趨勢(shì)與2006-2007儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科發(fā)展報(bào)告的介紹未發(fā)生大的變化,因此也可以認(rèn)為本報(bào)告是它的補(bǔ)充。ISA EXPO2008的6大關(guān)注點(diǎn)是:信息安全、過(guò)程自動(dòng)化、環(huán)境和質(zhì)量控制、無(wú)線(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)通信、企業(yè)集成。實(shí)際上包括我國(guó)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)。可以說(shuō)這個(gè)六個(gè)方面反映了近兩年自動(dòng)化儀表領(lǐng)域的主要發(fā)展動(dòng)向。六個(gè)方面中信息安全、過(guò)程自動(dòng)化和環(huán)境控制主要是由自動(dòng)化儀表領(lǐng)域外的技術(shù)推動(dòng)的,本報(bào)告的一下部分不將其作為重點(diǎn)。中國(guó)投資咨詢(xún)網(wǎng)的2009-2012年中

7、國(guó)儀器儀表行業(yè)投資分析及前景預(yù)測(cè)報(bào)告,在簡(jiǎn)介中對(duì)國(guó)內(nèi)儀器儀表的論述也恰如其分地表達(dá)了國(guó)內(nèi)自動(dòng)化儀表領(lǐng)域發(fā)展的不足,其論述是這樣的:“雖然中國(guó)儀器儀表工業(yè)有了一定的發(fā)展,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究、國(guó)防建設(shè)以及社會(huì)生活等各個(gè)方面日益增長(zhǎng)的迫切需求。中國(guó)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(dá)到要求。因此中國(guó)需做長(zhǎng)期規(guī)劃,將振興測(cè)量控制與儀器儀表行業(yè)作為一個(gè)系統(tǒng)工程,從影響測(cè)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(huì)環(huán)境、科研和教育機(jī)構(gòu)等方面制定協(xié)調(diào)一致的戰(zhàn)略措施并認(rèn)真貫徹執(zhí)行。”三、自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)3.1自動(dòng)化儀表與企業(yè)的信

8、息化信息技術(shù)的發(fā)展給自動(dòng)化儀表帶來(lái)兩方面的影響:一方面信息技術(shù)與自動(dòng)化儀表爭(zhēng)奪人才,在IT發(fā)展的高潮,許多有經(jīng)驗(yàn)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(dòng)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(shí)代發(fā)展的趨勢(shì),自動(dòng)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(guò)程,因此自動(dòng)化儀表技術(shù)實(shí)際上時(shí)信息技術(shù)的一個(gè)重要分支。所謂“企業(yè)集成”實(shí)際上是企業(yè)的信息集成和整合,所謂“信息爆炸”實(shí)際上時(shí)獲得信息超過(guò)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(dá)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(shí)世

9、界的實(shí)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(gòu)、銷(xiāo)售、物流等用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和處理0和1來(lái)描述,然后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和處理,最后將處理的結(jié)果再反作用到現(xiàn)實(shí)世界。信息化的前提是將現(xiàn)實(shí)世界以及現(xiàn)實(shí)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(shí)現(xiàn)的。做到這一步就是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界建立信息模型。信息模型是用一組簡(jiǎn)化的信息。按一定規(guī)則對(duì)事物所做的抽象描述。信息模型定義包括了簡(jiǎn)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(guò)程包括了克服多樣性,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一性的任務(wù)。自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)信息模型的目標(biāo)是:以毫不

10、含糊的方式描述信息,以方便交換為基本定位,最終實(shí)現(xiàn)廣泛的可互操作性。2006年9月,在德國(guó)柏林的IEC100周年慶活動(dòng)的自動(dòng)化論壇上,IFAC專(zhuān)家Diedrich教授作了題為自動(dòng)化工廠(chǎng)的信息模型的報(bào)告,介紹不同的控制層次,不同的生產(chǎn)階段的不同信息類(lèi)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(dòng)化儀表領(lǐng)域的一項(xiàng)基本工作,也是統(tǒng)一信息表達(dá)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(duì)所設(shè)計(jì)大量食物進(jìn)行描述,建立模型庫(kù)。建立描述事物的規(guī)則是一項(xiàng)繁雜的研究工作,因?yàn)殡S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(xì)程度的不同,描述的方案有很多種,我們需要的是在當(dāng)前

11、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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的形式出現(xiàn)。近兩年在制定這類(lèi)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方面取得明顯的進(jìn)展。描述事物的規(guī)則按對(duì)象的屬性可簡(jiǎn)化分為3類(lèi):(1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(guò)程的狀態(tài)、中間和最終產(chǎn)品內(nèi)容的信息模型,這種類(lèi)型的模型要把對(duì)象的基本屬性描述出來(lái),典型代表是IEC361987工業(yè)過(guò)程測(cè)量與控制過(guò)程設(shè)備目錄中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和元素系列標(biāo)準(zhǔn)和IEC61360與電子元件分類(lèi)方案相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)元素類(lèi)型系列標(biāo)準(zhǔn)。(2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(duì)事物進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化的條件是了解事物之間的(定量關(guān)系。

12、這種模型常常以數(shù)學(xué)模型的形式出現(xiàn)。這類(lèi)模型往往針對(duì)性很強(qiáng),難以建立統(tǒng)一的廣泛應(yīng)用的模型,因此較少以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的形式出現(xiàn)。(3描述對(duì)象過(guò)程信息模型。如生產(chǎn)過(guò)程、管理過(guò)程,典型代表是IEC62264企業(yè)系統(tǒng)集成系列標(biāo)準(zhǔn)。在建立自動(dòng)化儀表及應(yīng)用的信息模型方面,我國(guó)高校和研究機(jī)構(gòu)早有研究。但并沒(méi)有將這項(xiàng)工作定位信息化促進(jìn)工業(yè)化的重要基礎(chǔ),一直缺乏國(guó)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(guó)TC159全國(guó)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)和TC124全國(guó)工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)在跟蹤和采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方面做了不少工作,除派出專(zhuān)家加入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工作組直接參加國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的指定外,還及時(shí)地將重要信息模

13、型標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。有了這些建立信息模型的方法標(biāo)準(zhǔn),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(rèn)可的具有可互操作性的信息庫(kù),應(yīng)用這些信息庫(kù)服務(wù)于企業(yè)的自動(dòng)化。由于信息模型對(duì)于國(guó)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(guó)制造企業(yè)較少主動(dòng)提出信息化的需求,因此我國(guó)在這方面相對(duì)較落后,迫切需要引起重視。3.2自動(dòng)化儀表工程項(xiàng)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(shí)際上是自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的全面可互操作性?？苫ゲ僮餍允欠謱哟蔚?最基本的是過(guò)程控制機(jī)的互操作,即控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表表層免的可互操作,向上一層是控制系統(tǒng)維護(hù)與生產(chǎn)設(shè)備診斷信息

14、的可互操作,在高一層是企業(yè)管理信息的客戶(hù)操作。全局信息化整合至少要實(shí)現(xiàn)全局信息的可互操作。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(yǔ)言、FDT/DTM(現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工具/設(shè)備類(lèi)型管理器、OPC UA(原 Ole for Process Control,過(guò)程控制控制用對(duì)象鏈接和嵌入:現(xiàn)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(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(wú)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

15、大修維護(hù),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(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(guò)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(kāi)車(chē)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(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(yīng)用,一些用戶(hù)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(guó)家標(biāo)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),如IEC

16、61242過(guò)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(xiàn)工程與儀表裝置; P&ID,管線(xiàn)工程和儀表裝置系統(tǒng)圖;PCE,過(guò)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(guò)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(guó)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(xù)多年了。同時(shí)TC124還及時(shí)將出版的國(guó)際標(biāo)

17、準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。全生命周期的信息化整合的概念對(duì)我國(guó)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(guó)對(duì)自動(dòng)化儀表在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的信息整合做的很不夠,及時(shí)用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(guó)用戶(hù)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?guó)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(duì)信息化可以做什么了解不夠,而用戶(hù)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

18、三個(gè)階段:第一階段是數(shù)字化現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信儀表為重要特征,實(shí)現(xiàn)所謂“無(wú)所不在的測(cè)量、無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)、無(wú)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(shuō)是整個(gè)21世紀(jì)自動(dòng)化儀表的目標(biāo)。目前我國(guó)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。3.3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/

19、電子/科編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)早在1998年就開(kāi)始陸續(xù)出版,2003年又出版了IEC61511過(guò)程儀表安全系統(tǒng)的功能安全系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)近兩年出版了等同采用這些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的系列國(guó)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(guò)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(guò)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*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(kāi)展功能安全研究。自20世紀(jì)開(kāi)展儀表的可

20、*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*性數(shù)據(jù)都是由制造企業(yè)自己取得的,對(duì)用戶(hù)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(lái)。所以可*性對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)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*性工程研究使儀表的光學(xué)、機(jī)械、電子部件的可*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*性卻還沒(méi)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*性呢?

21、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(cuò)等處理方法,使我們能夠在不可*的Windows 上獲得可*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*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(lài)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*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(tǒng)的功能安全第 3 部分：軟件要求對(duì) 全可變語(yǔ)言（FVL，如 C、C 、匯編語(yǔ)言）在安全應(yīng)用程序?qū)哟魏颓度胧杰浖?/p>

22、 固件、 操作系統(tǒng)層次做了原則性的規(guī)范； 而對(duì)有限可變語(yǔ)言 （LVL， IEC61131-3 如 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(guò)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(kāi) 展功能安全的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)了。 功能安全標(biāo)準(zhǔn)雖然已經(jīng)出版，功能安全研究的范圍還在深入和擴(kuò)大。一方面 是現(xiàn)場(chǎng)通信的功能安全問(wèn)題研究， 這些研究成果已經(jīng)部分反映在一些現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系 列的標(biāo)準(zhǔn)中；另一方面是電磁環(huán)境對(duì)功能安全的影響，這些研究成果開(kāi)始在修訂 的過(guò)程控制儀表的電磁

23、兼容性標(biāo)準(zhǔn)中體現(xiàn)。 我國(guó)許多研究機(jī)構(gòu)今年開(kāi)展了功能安全的研究工作，主要包括：對(duì)安全要求 高的用戶(hù)機(jī)構(gòu)，如石油、化工、制藥類(lèi)機(jī)構(gòu)，開(kāi)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(xiǎn)評(píng)估技術(shù)、可信性管理方法、HAZOP（Hazard /and/ Operability Study,危險(xiǎn)與可*性研究）分析等方法，確定目標(biāo)對(duì)象對(duì)功能安全 的定量要求。 制定了宣傳貫徹兩個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，培訓(xùn)功能安全工程師的工作。同時(shí)一些機(jī)構(gòu) 開(kāi)展了工程項(xiàng)目和儀表產(chǎn)品的功能安全評(píng)定工作。 一些儀表制造廠(chǎng)開(kāi)始研制高可*性的功能安全儀表產(chǎn)品。個(gè)別企業(yè)為了使用 戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)證有更好的認(rèn)同，他們將產(chǎn)品向國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)申請(qǐng)認(rèn)證。 總體

24、上，雖然我國(guó)創(chuàng)新的功能安全研究成果還少，但功能安全的活動(dòng)已經(jīng)在 國(guó)內(nèi)啟動(dòng)，正逐步深入地展開(kāi)。 針對(duì)生產(chǎn)裝備的監(jiān)控、診斷儀表系統(tǒng)是近兩年推向市場(chǎng)的新產(chǎn)品。主要 用于對(duì)某些典型生產(chǎn)裝備（如旋轉(zhuǎn)機(jī)械、流體管線(xiàn)）的監(jiān)控和診斷。這些系統(tǒng)使 用的檢測(cè)手段包括振動(dòng)測(cè)量、激光測(cè)量、紅外熱像、超聲掃描以及普通的溫度壓 力測(cè)量，將監(jiān)測(cè)的信息通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析、頻譜分析、模式識(shí)別、數(shù)據(jù)挖掘等專(zhuān)家系 統(tǒng)的分析，得出對(duì)設(shè)備的診斷。典型產(chǎn)品有 Emerson 公司的 CSI 機(jī)械設(shè)備狀態(tài)管 理系統(tǒng)。 自動(dòng)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(gè)模塊或一種 功能，負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)自身以及現(xiàn)場(chǎng)以表達(dá)的實(shí)時(shí)診斷和預(yù)測(cè)維護(hù)。現(xiàn)在

25、各家自動(dòng) 化儀表跨國(guó)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(guò)程設(shè)備管理） ，在此不一一列舉。自動(dòng)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(qiáng)；現(xiàn)在生產(chǎn)裝備的監(jiān)控與自動(dòng)化控制系統(tǒng) 自身的診斷往往是在同一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)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(jìn)互操作技術(shù)的統(tǒng) 一。 3.4 無(wú)線(xiàn)通信 工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速發(fā)展是近兩年自動(dòng)化儀表領(lǐng)域顯著的亮點(diǎn)， 主要表 現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 3.4.1 技術(shù)方案多樣化 技術(shù)方案多樣化。 有基于

26、WPAN（無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)）的多種方案，有基于 WLAN（無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）的方案， 也有基于無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)（如 GPRS、CDMA）的方案。各種方案針對(duì)一定的對(duì)象和應(yīng)用， 在某些局部具有優(yōu)勢(shì)。 3.4.2 參與者迅速增加。 參與者迅速增加。 有學(xué)校、研究機(jī)構(gòu)、自動(dòng)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(zhuān)項(xiàng)技術(shù)的小型高技術(shù)企業(yè)。 3.4.3 成立了專(zhuān)業(yè)組織。 成立了專(zhuān)業(yè)組織。 有 新 成 立 的 專(zhuān) 項(xiàng) 組 織 ， 如 WINA （ The Wireless Industrial Networking Alliance，無(wú)線(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟） ，也有許多老牌組織新成立無(wú)線(xiàn)通信工作組，如 IEEE 的多個(gè)工作

27、組， 歐盟的 R-Fieldbus 項(xiàng)目 （無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)項(xiàng)目） ISA 的 SP100 、 工作組、HART 的無(wú)線(xiàn) HART 工作組以及各現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)工作組等。 無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)已經(jīng)開(kāi)始。2007 年 HART 基金發(fā)布 WirelessHART 標(biāo)準(zhǔn) 時(shí) Honeywell 過(guò)程系統(tǒng)公司總裁 Jack Bolick 發(fā)表了一封公開(kāi)信，使 Honeywell 與 Emerson 在無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)方面的分歧公開(kāi)化。此后，各種無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)的方案 紛紛正式向標(biāo)準(zhǔn)化組織提出。除了前兩種針對(duì)過(guò)程控制目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)外，還有類(lèi)似 ZigBee Pro 這種并不主要針對(duì)過(guò)程控制，但一直想向過(guò)程控制領(lǐng)域滲透的標(biāo)準(zhǔn)

28、。 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)自 2003 年公布以來(lái)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(gè)特征集ZigBee Pro。業(yè)內(nèi)人士出于對(duì)前 10 多年現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之爭(zhēng)的厭倦，大公司們挑起了爭(zhēng)端但沒(méi)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(jī)會(huì)。 人們都希望能避免再次出現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信標(biāo) 準(zhǔn)之爭(zhēng)。 種技術(shù)合作的技術(shù)基礎(chǔ)原本是存在的， 3 因?yàn)椤?WirelessHART 和 ZigBee 的底層協(xié)議都是.4， 而且提供芯片和通信協(xié)議棧的企業(yè)往往同時(shí)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)是不以人們意志轉(zhuǎn)移的， 我們可能不得不面對(duì)又一場(chǎng)曠目持久的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)。 我國(guó)進(jìn)入工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域并不晚。HART 基金會(huì)是 2004 年 11 月才成立無(wú) 線(xiàn)工作組的，而我國(guó)許多單位在這之前就開(kāi)始研究了。在“十一五：器件，國(guó)家 科技部的“863”項(xiàng)目給予工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信項(xiàng)目有力的支持，這之前，科技和教育 部門(mén)的各種基金、地方科技部門(mén)等也對(duì)該領(lǐng)域多方面的支持。 我國(guó)以 ZigBee 為基礎(chǔ)進(jìn)行研究的單位很多，因此比較容易采購(gòu)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(xiàng)建議。有 27 條委員會(huì)完全接受并采納。我國(guó)真正 獨(dú)立從事