一、自動(dòng)化儀表與控制系統的基本現狀
進(jìn)入21世紀，我國制造業(yè)的高速發(fā)展，拉動(dòng)了對自動(dòng)化儀表與控制系統的需求，我國新上的大型項目所用自動(dòng)化儀表和控制系統的先進(jìn)程度已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。當前傳統制造業(yè)在發(fā)達國家已經(jīng)過(guò)了輝煌期，與之配套的自動(dòng)化儀表自然就增長(cháng)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(dòng)化儀表技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域——現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展雖然取得了顯著(zhù)成就，但是在應用方面大體上還處在替代模擬傳輸線(xiàn)的階段。實(shí)際上現場(chǎng)總線(xiàn)不僅僅是信號制式的改變，它是為控制技術(shù)的信息化提供基礎的。用戶(hù)對系統底層信息化（控制、診斷、管理）改造的需求是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)推廣的原始動(dòng)力。近些年來(lái)現場(chǎng)總線(xiàn)在設備資產(chǎn)管理、預測診斷和平穩操作等方面的潛力開(kāi)始被挖掘出來(lái)，顯現了極富發(fā)展前景的勢頭。
但是基于現場(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)踐上都未出現顯著(zhù)突破：而現場(chǎng)總線(xiàn)的速度瓶頸是的在復雜控制和快速響應方面有時(shí)還不如傳統儀表：持續多年的現場(chǎng)總線(xiàn)之爭至今在制造商中沒(méi)有贏(yíng)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(dòng)化儀表今年發(fā)展的重點(diǎn)在儀表的應用方面。
這種發(fā)展趨勢的變化是很自然的，數字化、智能化儀表和系統經(jīng)過(guò)近10年的告訴發(fā)展，在應用方面積累了一些問(wèn)題，智能儀表設計的許多創(chuàng )新功能也未得到充分的應用。主要問(wèn)題有以下幾點(diǎn)。
（1）數字儀表和系統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*性問(wèn)題。
（4）智能儀表在運行時(shí)是可以與控制系統互動(dòng)的以及如何進(jìn)行互動(dòng)。
（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(wèn)題。
（7）儀表和系統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)題都是由于數字化和網(wǎng)絡(luò )化而產(chǎn)生的，并不是現有技術(shù)無(wú)法解決這些問(wèn)題，只是可選的解決方案太多，而統一的解決方案才是最有效的。而如何統一是當前正在研究的。
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(lái)了機遇。國內儀表近兩年繼續健康發(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(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)際上包括我國的Miconix展在內的全球各主要儀表展覽，近兩年的主題也在這之內?？梢哉f(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，本報告的一下部分不將其作為重點(diǎn)。
中國投資咨詢(xún)網(wǎng)的《2009-2012年中國儀器儀表行業(yè)投資分析及前景預測報告》，在簡(jiǎn)介中對國內儀器儀表的論述也恰如其分地表達了國內自動(dòng)化儀表領(lǐng)域發(fā)展的不足，其論述是這樣的：“雖然中國儀器儀表工業(yè)有了一定的發(fā)展，但遠遠不能滿(mǎn)足國民經(jīng)濟、科學(xué)研究、國防建設以及社會(huì )生活等各個(gè)方面日益增長(cháng)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、穩定性等關(guān)鍵性指標尚未全部達到要求。因此中國需做長(cháng)期規劃，將振興測量控制與儀器儀表行業(yè)作為一個(gè)系統工程，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(huì )環(huán)境、科研和教育機構等方面制定協(xié)調一致的戰略措施并認真貫徹執行?！?br style="margin: 0px; padding: 0px; color: rgb(102, 102, 102); font-family: 微軟雅黑, Arial; font-size: 14px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255);"/>
二、自動(dòng)化儀表與控制系統的發(fā)展趨勢
?。ㄒ唬┳詣?dòng)化儀表與企業(yè)的信息化
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)化儀表爭奪人才，在IT發(fā)展的高潮，許多有經(jīng)驗的儀表工作者轉向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。
信息化是當前時(shí)代發(fā)展的趨勢，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)了處理和應用的能力，而為得到的應用的一大障礙是信息表達的統一性不夠。如何提高處理和應用信息的能力是當前的主題。
信息化需要將現實(shí)世界的實(shí)體事物（包括原料、設備、產(chǎn)品、控制系統、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(xiāo)售、物流等）用計算機能夠識別和處理0和1來(lái)描述，然后由計算機進(jìn)行運算和處理，最后將處理的結果再反作用到現實(shí)世界。
信息化的前提是將現實(shí)世界以及現實(shí)世界事物之間的關(guān)系轉化為0和1，不能做到這一步信息化是不可能實(shí)現的。做到這一步就是對現實(shí)世界建立信息模型。
信息模型是用一組簡(jiǎn)化的信息。按一定規則對事物所做的抽象描述。
信息模型定義包括了簡(jiǎn)化、規則和抽象三要素，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)現統一性的任務(wù)。自動(dòng)化儀表和系統信息模型的目標是：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(shí)現廣泛的可互操作性。
2006年9月，在德國柏林的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)域的一項基本工作，也是統一信息表達的只能給藥手段，主要內容包括：1.建立描述事物的規則；2.按照規則對所設計大量食物進(jìn)行描述，建立模型庫。
建立描述事物的規則是一項繁雜的研究工作，因為隨著(zhù)文化背景的不同、宗教信仰的不同、描述事物側重的不同、詳細程度的不同，描述的方案有很多種，我們需要的是在當前信息處理能力相適應的、能被公眾廣泛接受的方案，這種方案最終往往以國際標準的形式出現。近兩年在制定這類(lèi)國際標準方面取得明顯的進(jìn)展。
描述事物的規則按對象的屬性可簡(jiǎn)化分為3類(lèi)：
?。?）描述事物的信息模型。如描述生產(chǎn)原料、元件、控制系統儀生產(chǎn)用裝置、設備、生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)、中間和最終產(chǎn)品內容的信息模型，這種類(lèi)型的模型要把對象的基本屬性描述出來(lái)，典型代表是IEC361987工業(yè)過(guò)程測量與控制過(guò)程設備目錄中的數據結構和元素系列標準和IEC61360與電子元件分類(lèi)方案相關(guān)的標準數據元素類(lèi)型系列標準。
?。?）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(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的條件是了解事物之間的（定量）關(guān)系。這種模型常常以數學(xué)模型的形式出現。這類(lèi)模型往往針對性很強，難以建立統一的廣泛應用的模型，因此較少以國際標準的形式出現。
?。?）描述對象過(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)系統集成系列標準。
在建立自動(dòng)化儀表及應用的信息模型方面，我國高校和研究機構早有研究。但并沒(méi)有將這項工作定位信息化促進(jìn)工業(yè)化的重要基礎，一直缺乏國家或行業(yè)層面，全面系統規劃和大規模的工作。
我國TC159全國工業(yè)自動(dòng)化系統與集成標準化技術(shù)委員會(huì )和TC124全國工業(yè)過(guò)程測量和控制標準化技術(shù)委員會(huì )在跟蹤和采用國際標準方面做了不少工作，除派出專(zhuān)家加入國際標準的工作組直接參加國際標準的指定外，還及時(shí)地將重要信息模型標準轉化為國家標準。有了這些建立信息模型的方法標準，后面需要做的工作室：宣傳、貫徹、學(xué)習這些手法，用這些方法建立各認可的具有可互操作性的信息庫，應用這些信息庫服務(wù)于企業(yè)的自動(dòng)化。
由于信息模型對于國內企業(yè)和工程師還是新事物，上述這些工作在初期還相當復雜，最重要的是我國制造企業(yè)較少主動(dòng)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?dòng)化儀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(shí)際上是自動(dòng)化儀表系統的全面可互操作性?？苫ゲ僮餍允欠謱哟蔚?，最基本的是過(guò)程控制機的互操作，即控制系統與現場(chǎng)儀表表層免的可互操作，向上一層是控制系統維護與生產(chǎn)設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(hù)操作。全局信息化整合至少要實(shí)現全局信息的可互操作。
不同層級實(shí)現可互操作的技術(shù)和方法是不完全一樣的。在控制系統與現場(chǎng)儀表層主要技術(shù)史：功夫塊、EDDL（電子設備描述語(yǔ)言）、FDT/DTM（現場(chǎng)設備工具/設備類(lèi)型管理器）、OPC UA（原 Ole for Process Control，過(guò)程控制控制用對象鏈接和嵌入：現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（制造執行系統）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(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的關(guān)聯(lián)，而且這些文檔現在都以二進(jìn)制形式存在計算機里。涂過(guò)各階段采用統一的信息模型，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，在項目的工程設計階段就會(huì )編制控制邏輯配置圖，如果使用了統一的信息模型，那么到開(kāi)車(chē)調試階段就可以直接用這個(gè)圖對系統進(jìn)行組態(tài)。全生命周期信息整合就是要實(shí)現系統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，貼近應用，一些用戶(hù)組織對自動(dòng)化儀表的應用提出許多要求，制訂了一些團體標準?，F在他們逐步地將這些團體標準轉化為國家標、歐洲標準或國際標準，如IEC61242過(guò)程控制工程的表示方法——對P&I圖和P&ID工具與PCE-CAE工具之間數據交換的要求和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圖；PCE，過(guò)程控制工程；CAE，計算機輔助工程）。
自動(dòng)化儀表工程項目全局、全生命周期的信息化整合式一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程，近兩年IEC62424標準的推出是發(fā)展中的一個(gè)重要標志。
我國一直有研究機構在跟蹤全局、全生命周期的信息化整合技術(shù)的發(fā)展方向，當有關(guān)標準文件由技術(shù)團體提交國際標準化組織，TC124會(huì )很快安排專(zhuān)家加入起草工作組，這種跟蹤已經(jīng)持續多年了。同時(shí)TC124還及時(shí)將出版的國際標準轉化為國家標準。
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(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。
我國對自動(dòng)化儀表在系統運行過(guò)程中的信息整合做的很不夠，及時(shí)用了現場(chǎng)總線(xiàn)智能儀表，數據通信業(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(hù)對企業(yè)信息化的需求并不迫切；另一方面我們缺乏符合我國各行業(yè)實(shí)際情況的、有效的信息化整合軟件。自動(dòng)化儀表工作者對信息化可以做什么了解不夠，而用戶(hù)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。
有人認為以數字化、網(wǎng)絡(luò )化為代表的智能儀表發(fā)展有三個(gè)階段：第一階段是數字化現場(chǎng)總線(xiàn)智能儀表替代模擬儀表，重點(diǎn)是發(fā)揮節省安裝費用、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(shí)現信息化，重點(diǎn)是提高項目工程的管理水平和運行效益；第三階段是以無(wú)線(xiàn)通信儀表為重要特征，實(shí)現所謂“無(wú)所不在的測量、無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )、無(wú)所不在的計算”，實(shí)現真正的網(wǎng)絡(luò )化控制，重點(diǎn)是全面提高企業(yè)的效益。三階段的目標相當遠大，可以說(shuō)是整個(gè)21世紀自動(dòng)化儀表的目標。目前我國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。
?。ㄈ┕δ馨踩?br style="margin: 0px; padding: 0px; color: rgb(102, 102, 102); font-family: 微軟雅黑, Arial; font-size: 14px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255);"/>
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/電子/科編程電子安全相關(guān)系統的功能安全系列國際標準早在1998年就開(kāi)始陸續出版，2003年又出版了IEC61511過(guò)程儀表安全系統的功能安全系列國際標準。我國近兩年出版了等同采用這些國際標準的系列國家標準GB/T20438電氣/電子/科編程電子安全相關(guān)系統的功能安全和GB/T21109過(guò)程儀表安全系統的功能安全。
近兩年功能安全的重要發(fā)展是：將大量經(jīng)過(guò)功能安全認證的儀表推向市場(chǎng)。這對儀表的市場(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(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世紀開(kāi)展儀表的可*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*性數據都是由制造企業(yè)自己取得的，對用戶(hù)的公信力較低，因此只有很少企業(yè)將可*性的定量數據公布出來(lái)。所以可*性對用戶(hù)來(lái)說(shuō)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*性設計和處理有了獲得公認的成熟框架。但是當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(méi)有公認的、得到定量數據的方法。這里最容易使人困惑的是：我們都知道Windows操作系統的錯誤很多，而我們的大部分自動(dòng)化儀表系統軟件是運行在Windows環(huán)境下邪惡，這樣我們怎能相信自動(dòng)化系統會(huì )有比Windows更好的可*性呢？當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(dòng)化系統。
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。但是這些內容多半比較原則，實(shí)施時(shí)嚴重依賴(lài)評估者的經(jīng)驗和水平設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(yǔ)言的角度看，IEC 61508-3電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統的功能安全第3部分：軟件要求對全可變語(yǔ)言（FVL，如C、C 、匯編語(yǔ)言）在安全應用程序層次和嵌入式軟件、固件、操作系統層次做了原則性的規范；而對有限可變語(yǔ)言（LVL，如IEC61131-3的PLCopen組織安全擴展）在安全應用軟件層次的規范，則在IEC標準和ISA的對應標準ISA84過(guò)程儀表安全系統的功能安全及相關(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)和設計了。
功能安全標準雖然已經(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)部分反映在一些現場(chǎng)總線(xiàn)系列的標準中；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(kāi)始在修訂的過(guò)程控制儀表的電磁兼容性標準中體現。
我國許多研究機構今年開(kāi)展了功能安全的研究工作，主要包括：對安全要求高的用戶(hù)機構，如石油、化工、制藥類(lèi)機構，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，確定目標對象對功能安全的定量要求。
制定了宣傳貫徹兩個(gè)國家標準，培訓功能安全工程師的工作。同時(shí)一些機構開(kāi)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(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)對產(chǎn)品的認證有更好的認同，他們將產(chǎn)品向國際權威機構申請認證。
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(dòng)已經(jīng)在國內啟動(dòng)，正逐步深入地展開(kāi)。
?。ㄋ模┫到y維護與儀表診斷
基于企業(yè)對安全和質(zhì)量的要求，系統維護與儀表診斷受到用戶(hù)、制造商和研究者各方面的關(guān)注。系統維護與儀表診斷分為4個(gè)層次:生產(chǎn)流程的診斷、生產(chǎn)裝備的診斷、自動(dòng)化控制系統的診斷、現場(chǎng)儀表的診斷。
生產(chǎn)流程的診斷原則上不屬于自動(dòng)化儀表范疇，但是診斷信息的交換涉及自動(dòng)化儀表系統。國外儀表用戶(hù)成立了一個(gè)用戶(hù)組織——MIMOSA（an Operations /and/ Maintenance Information Open Systems Alliance,運行和維護信息開(kāi)放系統聯(lián)盟）。該組織的使命是開(kāi)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(kāi)放信息標準。它提供一系列相關(guān)信息標準。CCOM（Common Conceptual Object Model，通用總體對象模型）是所有MIMOSA標準的基礎,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。它還提供元數據參考庫和采用XML和SQL的系列信息交換標準。該組織還與OPC合作，成立了Open P&M（Open Operations /and/ Maintenance，開(kāi)放運行于維護）組織。他們制定的基礎信息標準用語(yǔ)多種行業(yè)，MIMOSA提供資產(chǎn)管理相關(guān)信息標準，OPC提供數據獲得喝傳輸標準。
針對生產(chǎn)裝備的監控、診斷儀表系統是近兩年推向市場(chǎng)的新產(chǎn)品。主要用于對某些典型生產(chǎn)裝備（如旋轉機械、流體管線(xiàn)）的監控和診斷。這些系統使用的檢測手段包括振動(dòng)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，將監測的信息通過(guò)統計分析、頻譜分析、模式識別、數據挖掘等專(zhuān)家系統的分析，得出對設備的診斷。典型產(chǎn)品有Emerson公司的CSI機械設備狀態(tài)管理系統。
自動(dòng)化控制系統的診斷通常是控制系統中設備管理軟件的一個(gè)模塊或一種功能，負責控制系統自身以及現場(chǎng)以表達的實(shí)時(shí)診斷和預測維護?，F在各家自動(dòng)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），Siemens公司的PDM（過(guò)程設備管理），在此不一一列舉。自動(dòng)化控制系統診斷產(chǎn)品看的發(fā)展很快，功能和性能不斷增強；現在生產(chǎn)裝備的監控與自動(dòng)化控制系統自身的診斷往往是在同一個(gè)平臺上進(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)的統一。
現場(chǎng)儀表的診斷與上述幾層的維護、診斷在方法上有很大區別。首先，上述方法都是通過(guò)傳感器采集信息，通過(guò)各種手段的分析實(shí)現診斷?，F場(chǎng)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，現場(chǎng)儀表的診斷結果顯示往往借助控制系統軟件或手持操作器，因此其診斷過(guò)程中常常有現場(chǎng)儀表與另一端的互動(dòng)，以補充自身資源的不足。
現場(chǎng)儀表的診斷難度較大，HART基金會(huì )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(guò)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儀表的損耗情況或固定的時(shí)間確定。
我國大型設備方面的維護和診斷研究已有多年的歷史，在旋轉機械等典型裝備方面有不錯的成果和成功的應用，有兩個(gè)學(xué)會(huì )組織聚集了我國這方面的力量：中國振動(dòng)工程學(xué)會(huì )故障診斷專(zhuān)業(yè)委員會(huì )和中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )技術(shù)過(guò)程故障診斷與安全性技術(shù)委員會(huì )。在自動(dòng)化控制系統自身的診斷方面雖然也有一些研究，但應用較少，在檢測儀表和執行器的診斷方面更加薄弱，無(wú)論在維護和診斷理論研究還是開(kāi)發(fā)實(shí)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(zhuān)利很多，反映該項目?jì)热菰趪庖舱菬狳c(diǎn)，我國企業(yè)現在急起直追為時(shí)不晚。
?。ㄎ澹o(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(zhù)的亮點(diǎn)，主要表現在以下幾個(gè)方面。
?。?）技術(shù)方案多樣化。有基于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。各種方案針對一定的對象和應用，在某些局部具有優(yōu)勢。
?。?）參與者迅速增加。有學(xué)校、研究機構、自動(dòng)化儀表企業(yè)，還有一些半導體器件制造企業(yè)和具有專(zhuān)項技術(shù)的小型高技術(shù)企業(yè)。
?。?）成立了專(zhuān)業(yè)組織。有新成立的專(zhuān)項組織，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)工作組，歐盟的R-Fieldbus項目（無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)總線(xiàn)項目）、ISA的SP100工作組、HART的無(wú)線(xiàn)HART工作組以及各現場(chǎng)總線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)工作組等。
?。?）推出多種無(wú)線(xiàn)演示系統、測量?jì)x表樣機，成為今年全球各主要自動(dòng)化儀表展的熱點(diǎn)。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(chǎng)合投入應用，但從總體來(lái)講，一則數量有限；二則系統規模較小，不過(guò)數十個(gè)節點(diǎn)。各種供自動(dòng)化儀表企業(yè)開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品各種無(wú)線(xiàn)模塊更是不計其數，而提供這些模塊的企業(yè)往往才是無(wú)線(xiàn)技術(shù)的真正持有者。
無(wú)線(xiàn)通信標準之爭已經(jīng)開(kāi)始。2007年HART基金發(fā)布WirelessHART標準時(shí)Honeywell過(guò)程系統公司總裁Jack Bolick發(fā)表了一封公開(kāi)信，使Honeywell與Emerson在無(wú)線(xiàn)通信標準方面的分歧公開(kāi)化。此后，各種無(wú)線(xiàn)通信標準的方案紛紛正式向標準化組織提出。除了前兩種針對過(guò)程控制目標的標準外，還有類(lèi)似ZigBee Pro 這種并不主要針對過(guò)程控制，但一直想向過(guò)程控制領(lǐng)域滲透的標準。ZigBee 標準自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)內人士出于對前10多年現場(chǎng)總線(xiàn)之爭的厭倦，大公司們挑起了爭端但沒(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會(huì )。人們都希望能避免再次出現無(wú)線(xiàn)通信標準之爭。3種技術(shù)合作的技術(shù)基礎原本是存在的，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(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)競爭是不以人們意志轉移的，我們可能不得不面對又一場(chǎng)曠目持久的標準之爭。
我國進(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，而我國許多單位在這之前就開(kāi)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(wú)線(xiàn)通信項目有力的支持，這之前，科技和教育部門(mén)的各種基金、地方科技部門(mén)等也對該領(lǐng)域多方面的支持。
我國以ZigBee為基礎進(jìn)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(huì )完全接受并采納。我國真正獨立從事WirelessHART開(kāi)發(fā)的單位比較少，因為WirelessHART自己也還在繼續開(kāi)發(fā)中，現在對外提供的技術(shù)支持相當少。
從2008年Miconex展覽看，我國目前研究的規模和水平也不輸國外的平均水平，展出了多種演示系統和產(chǎn)品。我國在工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域研究最顯著(zhù)的成績(jì)是，以中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所為首的研究團體研究開(kāi)發(fā)的工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )WIA-PA成為了IEC可公開(kāi)提供的技術(shù)規范（IEC/PAS62601：2008工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò )已現場(chǎng)總線(xiàn)規范-WIA-PA通信網(wǎng)絡(luò )和通信行規），與WirelessHART同時(shí)成為國際標準。
?。┛刂凭W(wǎng)絡(luò )
以現場(chǎng)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模采用現場(chǎng)總線(xiàn)以來(lái)，各種工程項目采用現場(chǎng)總線(xiàn)的心理障礙已經(jīng)基本消除。人們已經(jīng)越來(lái)越少問(wèn)“是否能用”，而越來(lái)越多問(wèn)“如何好用”。由于近年我國上的大型工程項目多，我國無(wú)論在采用現場(chǎng)總線(xiàn)儀表的項目規模還是在采用的數量方面都處于國際領(lǐng)先位置。不過(guò)一些項目雖然采用了先進(jìn)的現場(chǎng)總線(xiàn)智能儀表，但應用的水平卻不高，主要是未充分應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(kāi)發(fā)方面，我國基本上全面跟蹤著(zhù)國際動(dòng)向。在IEC涉及工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò )的幾乎每個(gè)工作組里都有中國專(zhuān)家，而且針對大部分國際熱點(diǎn)議題我國都提出了自己的標準建議。國家標準GB/T20171-2006用于工業(yè)測量與控制系統的EPA系統結構與通信規范獲得2008年中國標準創(chuàng )新貢獻獎。EPA系列標準已經(jīng)進(jìn)入IEC的多個(gè)標準。EPA系列產(chǎn)品在多個(gè)示范點(diǎn)長(cháng)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(wú)論是在現場(chǎng)總線(xiàn)智能化現場(chǎng)儀表方面，還是在系統產(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(jìn)入了水平不高的平穩期，為達到人們預期的高度。這里有兩個(gè)技術(shù)問(wèn)題和一個(gè)非技術(shù)的問(wèn)題。
