我们知道，在当今诸如化工、冶金、能源、水处理等流程工业中，现场型和监控型的仪器仪表起着越来越重要的作用。也许正因如此，国民经济和社会发展第十个五年计划纲要首次将仪器仪表放到重要位置，可以说这在我国仪器仪表的发展历史上是前所未有的！国家计委亦把仪器仪表明确列为国民经济重要技术装备，另外，随着国家重点工程的实施，未来几年中国仪器仪表的应用范围主要在冶金、电力、煤炭、化工、油田、医药、轻工等产业部门。这些产业部门除了有上千项新建工程需要配置大量自动仪化仪表与控制系统外，还有上万个企业需要进行技术改造，必须替换旧型仪表或者零部件，需求量极其庞大，每年都以15% 的速度增长，仅上述行业，每年需要的仪器仪表备品备件就达20 亿元人民币。

为了开展教学和科研，高等院校每年都要从总收入中至少抽出5%用于购置仪器设备，因此全国高等院校需求仪器仪表的市场容量大约有100 亿元人民币。科学院系统历来是科学仪器仪表的重点用户，据了解未来的几年，其市场容量不低于15 亿美元。

未来几年，中国将兴建四大新世纪工程，仅以西气东输为例，从塔里木到上海将铺设长达4000公里的主线管道，总投资384亿元人民币，其中用于配套的仪器仪表约120亿元人民币，加上13 个出口的支线管道，仪器仪表总需求量将超过200 亿元人民币。

然而仪器仪表与现场总线的关系又是密不可分的，随着现代控制技术的逐步升级，基于现场的、用于监控的仪器仪表有了越来越广阔的发展空间。

基于此，本刊特别推出仪器仪表与现场总线的论坛，想请各位行家说一说个中玄妙，以飨广大的读者朋友们。

Process(1): 从控制装置及专用控制器角度来看，过程控制系统、压力/流量及物位调节器、分布式控制系统在流程工业中所起的作用如何？

钟霖田：现代流程工业中，由于大多均有公用工程（供气、汽）贯穿全流程；也由于环保要求等常有返料处理而使流程首尾勾连，这就增加了流程的复杂性和各装置的关连性，则要求流程整体能安全、平稳控制，其中常需解耦控制，（例如乙烯裂解炉各组炉管出口温度的n x n 解耦，以及烃类原料蒸汽转化炉的10 x 9 或11 x 10的均匀控制等，使控制装置成为生产运行中不可或缺的设备；而且，要求对流程进行总体控制，那种局部分割的控制不能满足要求。因此，逐个设置的压力、流量调节器及专用控制器、它一方面难以满足流程整体控制要求，另方面在性能/ 价格上也比不上DCS，何况用软件实施其功能远比硬件单独实施要简便、灵活许多。与DCS 几乎同时问世的单回路数学调节器早已被人们淡忘就是例证。

徐广新／武军：压力、流量、传感器系统是检测系统，控制器相当于人的大脑。压力、流量、温度等信息作为控制系统的输入信息，执行器、驱动器只是服从控制系统的命令。但是整个控制系统必须是相辅相成的，任何一个环节失灵，控制系统都不能正常工作。ABB做工业控制系统是最全面的，包括从测量、控制、执行、反馈的全部产品。这些性能出色的产品，都可以信息共享和网络连接。

Process(2): 对流程工业而言，连续过程自动化系统是一个不可回避的话题，在此想请教的是，目前它们的发展趋势和实用程度如何？

钟霖田：流程工业中连续生产流程是主体，其中由于工艺及设备原因也间杂有间歇处理装置，但为保障总体的连续生产，间歇处理装置往往有多个并联配置，使其按加工周期而轮流投运，例如制药工业中的发酵罐、乙烯裂解炉轮流清焦、变压吸附离线轮流再生等均是如此。生产流程的特性是如此，与之配套的自动化系统也需相应配置：既有连续自动化系统，也有间歇或批处理自动化系统或者连续中夹杂有间歇。对于后者，当间歇加工的生产装置在线/ 离线切换时如何保证生产过程安全、平稳甚至无扰切换则需要着力予以解决。

现代流程工业，其生产强度愈来愈高，对配套的控制系统要求亦愈高，有的甚至到了这样的依赖程度：无相应的控制系统就无法开工投运或产品合格率低到无法使生产过程正常运行。

徐广新／武军 ：连续过程自动化系统的发展趋势是将现场实时信息及时准确地反映到过程系统的任意部位，在实时信息的基础上进行优化、调整，以满足工艺系统的最佳要求。实施手段是根据现场采集的实时信息，控制系统进行优化、调整，以达到提高生产率、提高产品质量、降低产品成本的效果。ABB提出“工业IT 系统”有很多部件，包括批量处理部件、过程优化部件、历史数据处理部件。目前ABB 能做到将所有现场的实时信息集成到一个平台上，并用以上三个部件进行优化处理。

Process(3): 毫无疑问，测量设备、传感器、测量及信号变送器是仪器仪表中占相当份量的部分，想了解的是，当前上述领域的技术趋势及产品的市场前景如何？

钟霖田：测量设备的核心部件是敏感元件，即非电量变电量的元件，它的精度、灵敏度等直接决定了测量仪器的相应技术指标。对于敏感元件的研究、开发一直是测量仪器、仪表的最大难点。一种新的工作原理敏感元件较之原有敏感元件，如果在转换精度、环境温度、湿度等变化大时其稳定性不受影响而且易于加工制造，则相应的测量仪表（器）将备受市场青睐。因此，投入应用物理的专业人员从事敏感元件的研发是十分必要且极具市场前景。另外，敏感元件将非电量变成电量后，按National Instrument 公司所提出的虚拟仪表概念，通过前置放大后由数据采集卡用计算软件，诸如Labview进行计算处理,代替惯用的专用的处理、显示，则成本又低且软件计算更新方便灵活，深受用户欢迎。

刘述祥：为满足工艺过程对技术、质量的更高要求，就要准确可靠、实时在线地检测过程参数，因此过程测量仪表如压力、温度、流量、物位、水质分析仪、气体分析仪、称重系统、阀门控制器等的市场前景会越来越好。当然，过程仪表也在不断推陈出新。

雷达、超声波等测量技术是一个发展趋势。比如雷达物位产品，过去在液位测量时能够非接触，在固体料位测量时往往要接触；现在由于采用FMCW、2 4 G H z 频率、富立耶变换（FFT）频域分析等技术，雷达产品即使在料位测量时也能做到非接触，并且量程可达45m。再比如时差法的超声波流量计，过去由于时间测量上的难度而在小管径上存在一定局限性，西门子公司采用特殊的螺旋形声道技术，不仅解决了这个问题，而且还可以监测介质的浓度、密度等，为工艺介质的质量监测提供了新方法。

另一个趋势是硅压电晶体，尤其是对压力变送器、涡街流量计。过去，硅压电晶体往往用于高压测量时；现在，由于补偿技术的提高，在低压、微压测量上以及在温度特性方面，硅压电晶体比其他技术更稳定可靠。

采用新材料也是一个趋势。比如西门子电磁流量计可选用NOVOLAK内衬，其化学抗腐蚀能力与PTFE（聚四氟乙烯）类似。然而NOVOLAK 无泡、无缝、更易加工，可以消除内衬对流量计磁场的影响。

更高的智能和网络化势不可挡。现在的仪表已经具有数字通讯功能，能够实现信息的双向交流。它不仅仅肩负着提供过程工艺信息的任务，还要提供自身的工作状态信息、接受系统的指令信息、并承担一定的控制功能而发送相应的控制信息。仪表正日益成为网络的一部分。未来的仪表不再是一个被动的测量点，而是网络中一个有决策能力、能进行互动沟通的主动节点；不仅提供信息，包括来自网络中其他仪表的信息。我想，传统意义上仪表与系统之间的条块分割将在一定程度上被打破。

随着新工艺、新技术的不断涌现，潜藏在物质和过程内部的大量信息需要去发掘认识，需要新手段去检测这些至今未知的复杂状态。生物工程、气体监测、固体垃圾等行业的迅速发展，为我们提供了传统工业领域以外的新机遇。

Process(4): 流程工业对环境是会带来一定的影响的，比如污水处理、废气及排污监控、废物处理、化工废料处理等，那么对于过程及环境保护业适用的分析仪器和量重系统在这些方面会起到什么样的作用呢？

钟霖田：对工业流程而言，流程头、尾流体的成分分析一直是薄弱环节。流程头部流体成分主要是指原料或原料油成分，如能定量或半定量知道，则对生产流程的控制就直接、简便得多，可以省去一些诸如温度、压力等间接指标的测控，半成品与成品率要高得多。流程尾部流体成分直接控制下水（废水）与废气的排放是否达标而免遭罚款与污染环境；至于产品按质量卡边出厂则直接关连经济收益。然而，令人遗憾的是，这类分析仪（器）表大多尚不能在线长期稳定运行，即便是工业色谱分析仪其运行周期也远低于其它工业仪表，至于工业质谱或色质连用分析仪则更是如此，其中对样品的在线采集与预处理及/ 或分析后样品返回流程的处理更是繁冗,甚至是不能长期正常投运的关键。不言而喻，分析仪器在流程工业中应用前景十分看好，但难度也不少。

Process(5): 谈及现场总线就不能不说数据采集，从仪器仪表角度来看，数据采集、识虽及辩认系统的应用前景与市场发展的情况如何？这里面是否涉及到工业通讯及网络系统的技术层面或其他层面上的问题？

钟霖田（问题5～7 总体评述）对流程工业自动化系统而言，其眼镜——测量仪（器）表与手脚——执行器在使用中存在问题诸多，就国内工程应用与制造商而言，对这两方面的投入远较大脑——控制（如DCS 等）装置为少。但许多现场问题都是这两者引起的：譬如调节阀卡死则再好的DCS或FCS 也无济于事；测量仪表不准或坏了则再好的数采系统也没用——“皮之不存，毛将焉附?”。

上一世纪八十年代末至九十年代初，美国仪器仪表学会ISA，在ISA-50 中对现场总线作了相应描述与部分规范，相继国际上许多大的仪表厂商对此作出了积极响应，成立了ISP（FF 的前身）。然而由于FF本身机制而使其样机迟迟未能面市，再加之在技术上走了一条冷僻的途径——按仪表智能化而把DCS 控制站的I/O 卡逐点（通道）分散至在现场的变送器与阀门上，构成H1低速现场总线协议。H1 的现场总线各站点形成FCS逐点分散的体系结构，其构成一个单回路闭环控制均需仰仗于通信。这不但不能执行通常PLC所擅长的快速机电控制功能，而且构成闭合回路必须履行及时性的强制通信（publish/subscriber）而使H1 总线技术十分复杂。其中，LAS（链路活动调度）能由各主站自举冗余是在线冗余或任务冗余，相对DCS惯用的（BACK-UP）后备冗余在技术上是一大突破。H1 现场总线技术就仪表数字化、智能化而言，其技术规范是十分完备的，能在要求本安的现场实施闭环控制是其独有的专长。然而，低速的H1 现场总线无法实施快速PLC功能，这一功能上的空白无疑就由PLC上升、包装演变成的其它现场总线所填补，何况在外形结构上多见的挂壁安装的PLC 更贴近于现在常见的FCS结构。如此，原本只有三种总线（FF、WORLDFIP、PROFIBUS）就演变成现在均在符合IEC标准的8种现场总线。

“车到山前疑无路，柳暗花明又一村”，从DCS 演变到FCS如果采用另一种系统结构——把DCS 的三个部件之一的通信（线）拉长至使作为其主体部件的控制站整体搬至现场，而另一部件——操作显示站（或MMI）仍留在控制室，这样形成的FCS岂不是把现有DCS的功能均无一例外予以全盘继承了吗？如果该FCS 的通信协议采用H1，则不仅能与本安的H1圆卡站点无须任何网关直接相连而融本安与非本安在同一局域（H1）网内，而且利用H1 的每一控制周期均发时钟同步脉冲这一特点，可把执行PLC 功能的两个FCS 站作整体双重冗余配置而解决了以往PLC 难以整体双重冗余的技术难题。这种把DCS控制站整体迁移至现场不仅在功能上兼容了PLC 与DCS 的功能，而且在结构形式上也为各种总线所采纳，该FCS的现场控制站采用什么样通信协议就成为对应标准现场总线的F C S 。因此NATIONAL INSTRUMENT公司在其Feelpoind I/O卡件基础上开发出FP-3000型控制站与之相连而形成H1的新型FCS，荣获1998 年美国“控制工程”（杂志）编辑评选奖（C o n t r o lEngineering Editor's Choice Award）。

FF原来高速总线H2一直难产，但审时夺势于1998年宣布采用高速以太网为其高速总线，制定了HSE 技术规范，现已有产品面市。现在高速以太网作为物理层与链路层协议已为各种现场总线所采用，而且网络层为IP、传送层为TCP或UDP这种定势已均为各家现场总线所采纳，这就是说，在通信协议上也都趋于一致了。

至今通信7 层模型中的会话层与表示层，已为OPC 作为数据品格予以规范了。这样，除应用层之外均已一致，因此，“从DCS 到FCS”一文指出：局部集中体系结构（DCS 控制站整体迁移至现场）+ 以太网+IP/TCP（UDP）+OPC 将是FCS 的共同结构。

各家现场总线厂家均是OPC 的成员，OPC 已经为系统集成提供了一个统一系统平台，其上上演的“剧本”-应用层程序将是未来商业竞争的焦点所在。然而，应用（程序）软件在共性之外多附有行业个性，这方面用户是行家。上述的统一系统平台已简便了系统集成，行业用户（集团）利用自己应用行家的优势在统一系统平台上集成适用于本行业的FCS 在技术是完全可能的，在经济上有丰富回报。NI 公司作为OEM产品供应厂商，现在就已可提供FF基准的全开放的统一系统平台作为系统集成的OEM 产品。

其他有关仪表数字化、通信及现场总线与OPC、应用软件与统一系统平台的关系请见“从DCS 到FCS”（世界仪表与自动化，2 0 0 0 . 1 1 V O L 5 ，No.11,P39-45）及“OPC-全开放控制系统的核心构件”（ 自动化博览2002，4，Vol19， No2, P1-5）。

徐广新／武军：信息集成没有现场总线是不能实现的。ABB 自成立其自动化主要的应用范围还是流程自动化，主要面对冶金、化工、石油天然气、造纸、制浆等领域。最近ABB 提出一个比较领先概念是“工业信息技术”，其核心在于在流程自动化中将底层的信息在整个系统中的任何地方都能等到。就是一种信息集成，把各种各样的信息都集中到一个平台上，其中包含了所有生产服务系统和管理系统的信息。ABB 的专利技术：“目标属性技术”，能把软件目标连接在不同属性的环境中，实现信息集成。若要实现信息集成就要将“目标属性技术”与“现场总线技术”结合在一起。通过现场总线将有关阀门的所有信息在ABB 的控制系统中以“目标属性技术”体现出来。ABB 是头一家真正将现场实时信息集成到控制系统中，远远超前于其他竞争对手。

Process(6): 从现场层面看，执行器及驱动装置对流程工业的贡献程度如何，应如何将其与仪器仪表、总线技术、通讯网络等结合起来发挥最大的效用？

徐广新／武军：执行器象人的手和脚一样，不管大脑多么先进，最终要靠执行器来完成一些控制的任务。在工业控制中执行器和驱动装置都是必不可少的，但主要需要优化。执行器可以将阀门的以及阀门内部流动的一些介质的公共参数都可以存储在执行器里面，通过执行内的异常动作可以反映工况。目前我们ABB 已经作到这一点了。减少中间环节可以通过仪表之间的通讯，缩短过程控制的时间。专门有一些关键的特殊的控制领域里面要求反映时间越短越好。先进的控制方式都依赖于通讯网络象现场总线技术。这样既尽量地减少了老式的传统的物理量的连接，把所有的通讯都可以通过类似电话线这样的通讯工具和物理介质把信息得到一定的传送。仪表与仪表之间的互相传送，即可以减少故障率又可以提高工作效率，还可以提高整个控制系统的反映性能。

Process(7): 我们想知道的是，在流程工业中，控制及应用软件（如监控及数据采集软件、测试/分析及模拟软件、通讯软件）起到了什么样的作用？它与现场总线技术的关系如何？

刘述祥：我想强调一下“Process Device Management”（PDM： 过程设备管理）。在发达工业国家，PDM正越来越受到它应有的重视；国内用户也经常询问这方面的问题，显示出对PDM 的兴趣。要对过程设备进行高效率、高效益的在线科学管理，离不开兼容的、开放的PDM 软件。过程设备的运行状态、预维护、运行参数优化、曾经历的极限记录、故障档案、供货商信息、全寿命成本等等的调节、管理、存档，都可以通过软件来实现。PDM 既可以独立运行，也可以作为集成到系统中的模块来运行。现场总线使得实时PDM 成为可能。可以预见，不久的将来在某些重要行业，PDM 将成为一个不可或缺的标准化产品。

徐广新／武军：现场总线能将所有现场实时信息集成到控制系统中，由应用软件、控制器进行控制和监视。ABB 控制系统融合了现场总线，可与任何现场总线无缝连接，ABB 工业信息技术系统对信息集成有四级标准：信息管理（i n f o r m a t i o n ）、连接（connectivity）、集成（integration）、优化（optimization）。