近10年溫濕度儀表技術發展前景

一、溫濕度儀表與控制系統的(de)發展現狀 進入21世紀，我國制造業的(de)高(gāo)速發展，拉動了(le)對(duì)溫濕度儀表與控制系統的(de)需求，我國新上的(de)大(dà)型項目所用(yòng)溫濕度儀表和(hé)控制系統的(de)先進程度已經處于世界領先水(shuǐ)平。當前傳統制造業在發達國家已經過了(le)輝煌期，與之配套的(de)溫濕度儀表自然就增長(cháng)緩慢(màn)。溫濕度儀表發展的(de)熱(rè)點在新興市場(chǎng)的(de)價格問題從兩個(gè)方面夾擊儀表制造商，一是新興市場(chǎng)的(de)用(yòng)戶對(duì)産品價格敏感度很高(gāo)；二是在那裏往往可(kě)以找非常便宜的(de)替代品，這(zhè)樣就難以激發跨國企業花大(dà)成本研制新型儀表。 近10年溫濕度儀表技術發展的(de)重要領域——現場(chǎng)總線技術的(de)發展雖然取得(de)了(le)顯著成就，但是在應用(yòng)方面大(dà)體上還(hái)處在替代模拟傳輸線的(de)階段。實際上現場(chǎng)總線不僅僅是信号制式的(de)改變，它是爲控制技術的(de)信息化(huà)提供基礎的(de)。用(yòng)戶對(duì)系統底層信息化(huà)（控制、診斷、管理(lǐ)）改造的(de)需求是現場(chǎng)總線技術推廣的(de)原始動力。近些年來(lái)現場(chǎng)總線在設備資産管理(lǐ)、預測診斷和(hé)平穩操作等方面的(de)潛力開始被挖掘出來(lái)，顯現了(le)極富發展前景的(de)勢頭。 但是基于現場(chǎng)總線技術的(de)網絡化(huà)控制和(hé)分(fēn)布式隻智能技術，到目前無論在理(lǐ)論上還(hái)是在實踐上都未出現顯著突破：而現場(chǎng)總線的(de)速度瓶頸是的(de)在複雜(zá)控制和(hé)快(kuài)速響應方面有時(shí)還(hái)不如傳統儀表：持續多(duō)年的(de)現場(chǎng)總線之争至今在制造商中沒有赢家，又使用(yòng)戶普通(tōng)感覺厭倦，極大(dà)地消耗了(le)各企業發展的(de)資源。 國際上反映溫濕度儀表産品動向的(de)幾個(gè)重要窗(chuāng)口：以ISAEXPO、Miconix等爲代表的(de)國際儀表展覽，以Readers’ChoiceAward（讀者選擇獎）爲代表的(de)獎項。從近3年的(de)讀者選擇獎看，獲獎産品變化(huà)不多(duō)。溫濕度儀表今年發展的(de)重點在儀表的(de)應用(yòng)方面。 這(zhè)種發展趨勢的(de)變化(huà)是很自然的(de)，數字化(huà)、智能化(huà)儀表和(hé)系統經過近10年的(de)告訴發展，在應用(yòng)方面積累了(le)一些問題，智能儀表設計的(de)許多(duō)創新功能也(yě)未得(de)到充分(fēn)的(de)應用(yòng)。主要問題有以下(xià)幾點。 　　（1）數字儀表和(hé)系統的(de)信息保密和(hé)安全問題。 　　（2）微程序和(hé)軟件的(de)可(kě)靠性問題。 　　（3）通(tōng)信的(de)保密、安全和(hé)可(kě)靠性問題。 　　（4）智能儀表在運行時(shí)是可(kě)以與控制系統互動的(de)以及如何進行互動。 　　（5）智能儀表提供了(le)遠(yuǎn)比模拟儀表多(duō)的(de)信息以及如何充分(fēn)利用(yòng)這(zhè)些信息。 　　（6）衆多(duō)智能儀表的(de)可(kě)互操作問題。 　　（7）儀表和(hé)系統的(de)故障診斷以及故障診斷信息的(de)可(kě)互操作問題等。 上述問題都是由于數字化(huà)和(hé)網絡化(huà)而産生的(de)，并不是現有技術無法解決這(zhè)些問題，隻是可(kě)選的(de)解決方案太多(duō)，而統一的(de)解決方案才是最有效的(de)。而如何統一是當前正在研究的(de)。 雖然溫濕度儀表新産品的(de)推出速度減緩，但是溫濕度儀表的(de)技術發展史持續不斷的(de)，儀表制造商近兩年新技術發展積極性不高(gāo)，但儀表用(yòng)戶發展自動化(huà)技術的(de)積極性越來(lái)越高(gāo)。最近，在信息技術的(de)融入、儀表安全技術、無線通(tōng)信技術等各方面都有令人(rén)矚目的(de)發展。另外國外新産品推出的(de)減速，爲我國儀表的(de)發展帶來(lái)了(le)機遇。國内儀表近兩年繼續健康發展，行業的(de)總體趨勢與《2006-2007儀器科學與技術學科發展報告》的(de)介紹未發生大(dà)的(de)變化(huà)，因此也(yě)可(kě)以認爲本報告是它的(de)補充。 ISAEXPO2008的(de)6大(dà)關注點是：信息安全、過程自動化(huà)、環境和(hé)質量控制、無線與網絡通(tōng)信、企業集成。實際上包括我國的(de)Miconix展在内的(de)全球各主要儀表展覽，近兩年的(de)主題也(yě)在這(zhè)之内。可(kě)以說這(zhè)個(gè)六個(gè)方面反映了(le)近兩年溫濕度儀表領域的(de)主要發展動向。六個(gè)方面中信息安全、過程自動化(huà)和(hé)環境控制主要是由溫濕度儀表領域外的(de)技術推動的(de)，本報告的(de)一下(xià)部分(fēn)不将其作爲重點。 中國投資咨詢網的(de)《2009-2012年中國儀器儀表行業投資分(fēn)析及前景預測報告》，在簡介中對(duì)國内儀器儀表的(de)論述也(yě)恰如其分(fēn)地表達了(le)國内溫濕度儀表領域發展的(de)不足，其論述是這(zhè)樣的(de)：“雖然中國儀器儀表工業有了(le)一定的(de)發展，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經濟、科學研究、國防建設以及社會生活等各個(gè)方面日益增長(cháng)的(de)迫切需求。中國儀器儀表産品，絕大(dà)部分(fēn)屬于中低檔技術水(shuǐ)平，而且可(kě)靠性、穩定性等關鍵性指标尚未全部達到要求。因此中國需做(zuò)長(cháng)期規劃，将振興測量控制與儀器儀表行業作爲一個(gè)系統工程，從影(yǐng)響測量控制與儀器儀表業的(de)各主要方面，包括政府、企業、社會環境、科研和(hé)教育機構等方面制定協調一緻的(de)戰略措施并認真貫徹執行。” 二、溫濕度儀表與控制系統的(de)發展趨勢 （一）溫濕度儀表與企業的(de)信息化(huà) 信息技術的(de)發展給溫濕度儀表帶來(lái)兩方面的(de)影(yǐng)響：一方面信息技術與溫濕度儀表争奪人(rén)才，在IT發展的(de)高(gāo)潮，許多(duō)有經驗的(de)儀表工作者轉向IT行業，這(zhè)也(yě)是近年儀表産品推出減緩的(de)原因之一；另一方面溫濕度儀表借用(yòng)了(le)TI行業一些成熟的(de)技術和(hé)産品，加快(kuài)了(le)信息的(de)步伐。 信息化(huà)是當前時(shí)代發展的(de)趨勢，溫濕度儀表技術包括了(le)信息采集、信息處理(lǐ)以及信息的(de)應用(yòng)這(zhè)樣的(de)過程，因此溫濕度儀表技術實際上時(shí)信息技術的(de)一個(gè)重要分(fēn)支。所謂“企業集成”實際上是企業的(de)信息集成和(hé)整合，所謂“信息爆炸”實際上時(shí)獲得(de)信息超過了(le)處理(lǐ)和(hé)應用(yòng)的(de)能力，而爲得(de)到的(de)應用(yòng)的(de)一大(dà)障礙是信息表達的(de)統一性不夠。如何提高(gāo)處理(lǐ)和(hé)應用(yòng)信息的(de)能力是當前的(de)主題。 信息化(huà)需要将現實世界的(de)實體事物(wù)（包括原料、設備、産品、控制系統、儀表等），生産流程（包括制造方法、工藝等）。企業的(de)管理(lǐ)（包括采購(gòu)、銷售、物(wù)流等）用(yòng)計算(suàn)機能夠識别和(hé)處理(lǐ)0和(hé)1來(lái)描述，然後由計算(suàn)機進行運算(suàn)和(hé)處理(lǐ)，最後将處理(lǐ)的(de)結果再反作用(yòng)到現實世界。 信息化(huà)的(de)前提是将現實世界以及現實世界事物(wù)之間的(de)關系轉化(huà)爲0和(hé)1，不能做(zuò)到這(zhè)一步信息化(huà)是不可(kě)能實現的(de)。做(zuò)到這(zhè)一步就是對(duì)現實世界建立信息模型。 信息模型是用(yòng)一組簡化(huà)的(de)信息。按一定規則對(duì)事物(wù)所做(zuò)的(de)抽象描述。 信息模型定義包括了(le)簡化(huà)、規則和(hé)抽象三要素，這(zhè)三要素的(de)多(duō)樣性決定了(le)可(kě)能的(de)信息模型的(de)多(duō)樣化(huà)，建立信息模型的(de)過程包括了(le)克服多(duō)樣性，實現統一性的(de)任務。溫濕度儀表和(hé)系統信息模型的(de)目标是：以毫不含糊的(de)方式描述信息，以方便交換爲基本定位，最終實現廣泛的(de)可(kě)互操作性。 2006年9月(yuè)，在德國柏林(lín)的(de)IEC100周年慶活動的(de)自動化(huà)論壇上，IFAC專家Diedrich教授作了(le)題爲《自動化(huà)工廠的(de)信息模型》的(de)報告，介紹不同的(de)控制層次，不同的(de)生産階段的(de)不同信息類型、不同信息處理(lǐ)技術和(hé)工具。 建立信息模型的(de)工作是溫濕度儀表領域的(de)一項基本工作，也(yě)是統一信息表達的(de)隻能給藥手段，主要内容包括：1.建立描述事物(wù)的(de)規則；2.按照(zhào)規則對(duì)所設計大(dà)量食物(wù)進行描述，建立模型庫。 建立描述事物(wù)的(de)規則是一項繁雜(zá)的(de)研究工作，因爲随著(zhe)文化(huà)背景的(de)不同、宗教信仰的(de)不同、描述事物(wù)側重的(de)不同、詳細程度的(de)不同，描述的(de)方案有很多(duō)種，我們需要的(de)是在當前信息處理(lǐ)能力相适應的(de)、能被公衆廣泛接受的(de)方案，這(zhè)種方案最終往往以國際标準的(de)形式出現。近兩年在制定這(zhè)類國際标準方面取得(de)明(míng)顯的(de)進展。 描述事物(wù)的(de)規則按對(duì)象的(de)屬性可(kě)簡化(huà)分(fēn)爲3類： 　　（1）描述事物(wù)的(de)信息模型。如描述生産原料、元件、控制系統儀生産用(yòng)裝置、設備、生産過程的(de)狀态、中間和(hé)最終産品内容的(de)信息模型，這(zhè)種類型的(de)模型要把對(duì)象的(de)基本屬性描述出來(lái)，典型代表是IEC361987工業過程測量與控制過程設備目錄中的(de)數據結構和(hé)元素系列标準和(hé)IEC61360與電子元件分(fēn)類方案相關的(de)标準數據元素類型系列标準。 　　（2）描述事物(wù)之間關系（尤其是定量關系）的(de)模型。信息化(huà)的(de)重要作用(yòng)是對(duì)事物(wù)進行優化(huà)，優化(huà)的(de)條件是了(le)解事物(wù)之間的(de)（定量）關系。這(zhè)種模型常常以數學模型的(de)形式出現。這(zhè)類模型往往針對(duì)性很強，難以建立統一的(de)廣泛應用(yòng)的(de)模型，因此較少以國際标準的(de)形式出現。 　　（3）描述對(duì)象過程信息模型。如生産過程、管理(lǐ)過程，典型代表是IEC62264企業系統集成系列标準。 在建立溫濕度儀表及應用(yòng)的(de)信息模型方面，我國高(gāo)校和(hé)研究機構早有研究。但并沒有将這(zhè)項工作定位信息化(huà)促進工業化(huà)的(de)重要基礎，一直缺乏國家或行業層面，全面系統規劃和(hé)大(dà)規模的(de)工作。 我國TC159全國工業自動化(huà)系統與集成标準化(huà)技術委員(yuán)會和(hé)TC124全國工業過程測量和(hé)控制标準化(huà)技術委員(yuán)會在跟蹤和(hé)采用(yòng)國際标準方面做(zuò)了(le)不少工作，除派出專家加入國際标準的(de)工作組直接參加國際标準的(de)指定外，還(hái)及時(shí)地将重要信息模型标準轉化(huà)爲國家标準。有了(le)這(zhè)些建立信息模型的(de)方法标準，後面需要做(zuò)的(de)工作室：宣傳、貫徹、學習(xí)這(zhè)些手法，用(yòng)這(zhè)些方法建立各認可(kě)的(de)具有可(kě)互操作性的(de)信息庫，應用(yòng)這(zhè)些信息庫服務于企業的(de)自動化(huà)。 由于信息模型對(duì)于國内企業和(hé)工程師還(hái)是新事物(wù)，上述這(zhè)些工作在初期還(hái)相當複雜(zá)，最重要的(de)是我國制造企業較少主動提出信息化(huà)的(de)需求，因此我國在這(zhè)方面相對(duì)較落後，迫切需要引起重視。 （二）溫濕度儀表工程項目全局信息和(hé)全生命周期信息的(de)整合 全局和(hé)全生命周期的(de)信息化(huà)整合實際上是溫濕度儀表系統的(de)全面可(kě)互操作性。可(kě)互操作性是分(fēn)層次的(de)，最基本的(de)是過程控制機的(de)互操作，即控制系統與現場(chǎng)儀表表層免的(de)可(kě)互操作，向上一層是控制系統維護與生産設備診斷信息的(de)可(kě)互操作，在高(gāo)一層是企業管理(lǐ)信息的(de)客戶操作。全局信息化(huà)整合至少要實現全局信息的(de)可(kě)互操作。 不同層級實現可(kě)互操作的(de)技術和(hé)方法是不完全一樣的(de)。在控制系統與現場(chǎng)儀表層主要技術史：功夫塊、EDDL（電子設備描述語言）、FDT/DTM（現場(chǎng)設備工具/設備類型管理(lǐ)器）、OPCUA（原OleforProcessControl，過程控制控制用(yòng)對(duì)象鏈接和(hé)嵌入：現Openness，Productivity&Collaboration, 開放、生産率和(hé)協作；企業管理(lǐ)層則部分(fēn)借助于MES（制造執行系統）技術。全局信息整合至少要使企業各層之間的(de)信息交換無障礙。 自動化(huà)系統工程師項目從論證一直到建成投産運行、目後大(dà)修維護，整個(gè)過程的(de)每個(gè)階段會産生許多(duō)技術文件，各階段的(de)文件又有很強的(de)關聯，而且這(zhè)些文檔現在都以二進制形式存在計算(suàn)機裏。塗過各階段采用(yòng)統一的(de)信息模型，那麽下(xià)階段的(de)文件相對(duì)上階段就可(kě)以有很好的(de)繼承性。例如，在項目的(de)工程設計階段就會編制控制邏輯配置圖，如果使用(yòng)了(le)統一的(de)信息模型，那麽到開車調試階段就可(kě)以直接用(yòng)這(zhè)個(gè)圖對(duì)系統進行組态。 全生命周期信息整合就是要實現系統各生面階段之間可(kě)互操作，這(zhè)樣的(de)信息化(huà)