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梁忠 上海工业自动化仪表研究所高级工程师。 一 概述 第十三届多国仪器仪表展览会于金秋时节在北京隆重开幕。这次展览规模大，参展厂商多，参展产品水平较高。其中，在执行器领域参展的厂商有40多家，占有相当的比例。世界上较有名气的厂商如美国费希尔(Fisher)控制设备国际有限公司、德国西门子(Siemens)公司、德国ABB公司、德国萨姆森(Samson)控制设备有限公司、德国宝德(burkert)公司、日本巴(ToMoE)阀门株式会社、日本本山(MoToYAMA)制作所、日本工装(KoSo)自控工程有限公司、法国伯纳德(Bernard)公司等都参加展出。国内几家大的仪表集团公司，如上海自动化仪表股份有限公司、四川仪表股份有限公司、天津仪表集团公司、大连仪表集团公司、西仪集团有限责任公司、吴忠仪表股份有限公司、深圳万讯自控有限公司等都有较大的展台。 参展的产品包括电动控制阀、气动控制阀、电动执行机构、气动执行机构、液动执行机构及电磁阀等。参展产品反映了当今执行器产品发展水平，特别是在现场仪表智能化方面，各个单位都将自己的智能化仪表如智能阀门定位器、智能电动执行机构等新产品推向市场。 二 主要参展厂商及产品简介 1. 美国费希尔控制设备国际有限公司 该公司是总部设在美国的财富500强公司之一的艾默生电气公司的一个分部，是过程控制工业领域里控制阀的最大制造商和技术领导者之一。它已有120多年的控制阀制造历史。 1992年费希尔公司与罗斯蒙特公司合并，成立费希尔—罗斯蒙特公司。2001年4月，更名为艾默生过程管理(Emerson Process Management)。 此次参展产品主要为气动控制阀，如ET、EAT和ETR型直通式控制阀、EI型直通式控制阀、EW系列控制阀、HP系列控制阀、8560型偏心阀板控制阀、V200型转角式控制阀、657和667型薄膜执行机构、采用HART通信协议的FIELDVUE DVC6000系列数字式阀门控制器、采用基金会现场总线(FOUNDATION Fieldbus)的FIELDVUE DVC 5000f系列数字阀门控制器等。 费希尔控制设备国际有限公司在这次展览会上还推出《控制阀手册》第三版中文版。这本手册内容主要包括控制阀的介绍、控制阀和仪表的通用术语、控制阀的性能、阀门和执行机构的类型、阀门控制器以及其他附件、为某一应用场合而选择一个最佳控制阀的完整指南、特殊控制阀的选型和应用、减温器、蒸汽调节阀和透平旁路系统、典型控制阀的安装和维护过程、控制阀标准和防爆认证、常用工程参考数据表、管道连接参考数据、常用单位转换与换算等。它将极大地方便国内工程技术人员了解目前世界最先进的控制阀技术和信息，也为企业用户打开一扇极好的窗户。 2. 德国西门子公司 该公司此次参展的产品主要有SIPARTPS2智能电气阀门定位器，它是一种采用高集成度微处理器的数字式现场设备。其具有3个按键和双行LCD显示，可实现简捷的操作和编程，具有零位和行程范围自动调整的功能，手动操作时无需其他设备，具有可选或可编程的输出特性以及自诊断功能，耗气量极小，设定值和控制变量极限值可进行选择，具有可编程设备阀门“紧密关闭”功能。它采用压电阀实行I/P转换，有极长的工作寿命。 SIPOS 5 Flash系列变频智能型电动执行机构是西门子公司电动执行机构部(自1999年10月10日起，西门子公司电动执行机构部从西门子公司庞大的机构中独立出来，成立西博思电动执行机构有限公司)推出的第二代产品。它除具备传统的执行机构功能外，还具有输出力矩不会超过事先设定的上限(即使阀门被卡住)，启动电流不会超过额定电流(可采用较细的电缆)，可自动校正供电电源相序，具有全面的电动机保护功能，输出轴转速可由用户自行设定等。SIPOS 5 Flash具有开放的控制接口，可与各种控制系统兼容。通过增加少量必要的模块，可适用于从简单的开关控制到Profibus通信的各种控制模式。 3. ABB公司 ABB公司此次参展产品主要为气动阀门控制仪表(包括电—气转换器、模拟电气定位器、智能定位器)和Ontrac智能电动执行器。 其中TZID系列智能定位器具有通信功能，可通过操作按钮或通信进行参数配置和组态。其核心元件是一块带有12位A/D和D/A转换器的微处理器主板及带有3位3通放大器的I/P模块。它能借助内置的参数自动匹配功能，实现自适应控制，系统调试中可使用自动整定功能，通过操作控制按钮可以选择线性、等百分比、快开特性等共5种控制特性曲线，使用专用软件可以实现远程通信设置或诊断。具有4~20mA控制信号输入或现场总线接口，可实行HART、Profibus-PA、FF通信。 Ontrac系列智能电动执行器是ABB公司下属的原H&B公司设计开发的全新系列电动执行器。采用涡轮涡杆传动系统，配以三相交流电动机，并应用最新变频技术及霍尔传感器位置及扭矩检测技术，最大限度减少了整机的可动部件，提高了整机可靠性，充分利用微处理器的数据处理功能使其成为真正的高度智能化电动执行机构。它通过控制面板上的按钮，配以背光点阵式显示器，可进行人机对话，显示清晰的菜单信息和故障报警信息，给调试和检修维护人员带来很大的方便。通过红外通信接口与PC机通信，可以读取存储的所有参数信息。可选配现场总线通信接口。 4. 萨姆森控制设备有限公司 该公司也是控制阀专业生产厂家之一。主要产品有气动、电动单座和三通调节阀，微流量调节阀，高压调节阀，蝶阀，气动执行器，电动执行器，电液执行器，气动定位器，电气定位器，HART定位器，Profibus-PA定位器，Foundation现场总线定位器，自力式温度调节器，自力式压力调节器，自力式差压和流量调节器等。 5. 日本巴阀门株式会社 该公司是世界上最大的蝶阀制造商之一，专门从事蝶阀的开发制造，自1953年建厂以来已在蝶阀设计和制作行业占领先地位超过40年之久。 主要产品有高温高压高性能的300系列蝶阀，TRITEC三偏心蝶阀，用于模拟量调节的500系列蝶阀，防腐蚀的800系列蝶阀，长寿命、零泄露的700系列蝶阀等。其产品控制方式有手柄式、涡轮式、气动式、电动式。 6. 日本本山制作所 专心致志于“流体的控制”的本山公司，创业70多年来已为日本和世界90多个国家及地区提供各种各样的流体控制仪表。 该公司主要产品有89型球芯单座(上部导向式)调节阀，83型笼式导向调节阀，02型-F系列角形调节阀，03型(合流)、04型(分流)三通调节阀，3306 Small Flow微小流量调节阀，2911-1M型对夹式蝶阀，2916B型偏心旋转蝶阀，2992型偏心旋转栓塞阀以及用于生化、制药、食品、半导体行业的无菌阀，用于纯净度要求极高的半导体制造瓦斯工艺等生产线上的无尘控制阀，成套设备的安全装置——安全阀，使用在高层楼房的空调、给水系统以及区域暖气系统的各种器材——控制阀、疏水阀、可伸缩接头、疏气阀等。 7. 美卓(Metso)自动化公司 1999年芬兰耐莱斯自动化公司与维美德自动化公司合并，成立了美卓自动化公司。它是一家世界知名的控制系统及现场仪表制造商。其最著名的纸浆分析仪器仪表、金属密封球阀及蝶阀技术在世界上处于领先地位。随着信息化技术的深入，其数字和智能化产品在全球造纸工业、石油化工和能源工业领域得到了广泛的应用。 主要产品有X系列法兰连接球阀，Top 5系列项装式法兰连接球阀，D系列固定式、全通径、经防火试验球阀，MBV和MBV S5和S6系列金属阀座法兰连接球阀，E2和E6系列陶瓷球阀，5000~9000系列软阀座球阀，Elininator系列软阀座球阀，R系列V型球阀，Finetrol高性能偏心旋转调节阀，Neldisc系列高性能蝶阀，NelesACE定量阀，BIC和BIJ系列气缸执行机构，Quadra-Power弹簧—隔膜旋转执行机构，VPVL系列齿轮齿条执行机构，EC和EJ系列双活塞执行机构，ND800系列智能阀门定位器，NE700/NP700系列定位器，限位开关及位置变送器等。 8. 深圳万讯自控有限公司 深圳万讯自控公司是一家中外合资，专门从事自动化仪表制造、工程和经营的公司。它与德国第二大执行器生产厂商PS Automation GmbH合资成立了PS万讯有限公司，专业生产经营德国PS电动执行器。 其主要产品有PSL直行程系列、PSQ与STR角行程系列电动执行器等。 其中最新推出的PS-AMS智能电动执行器，采用内置式微处理器，具有多种界面(4~20mA、RS-485、Fieldbus)，智能诊断及保护设置，运行数据传送与保存，阀门特性和全行程时间设定，内置PID控制等智能功能。所有的参数可在PC机或便携式设定器上设定，执行器的运行情况可通过串行通信接口传给上位机，以实现在控制室对执行器状态的监控，也可接受现场传感器的信号完成现场PID控制。 三 几点体会 从本届展会执行器领域产品的展出情况来看，有如下特点： (1)参展规模大，参展厂商多。世界上一些较著名的生产执行器产品的厂商，国内大的仪表企业集团、民营企业和代理商等都参加了展出。除了上述提到的厂商外，还有如美国Valtek公司、Leslie Controls公司、EIM Controls公司、ELO-Matic公司、日本KOSO公司、韩国EVNHA Machinery Industrial公司等。 (2)参展产品品种多，水平较高，代表了当代执行器的水平。这次展出的产品除电动执行器、气动执行器产品外，还有液动执行器、电磁阀等产品。除了模拟量控制产品外，还有数字控制的智能型产品。除了常规的产品外，还有特殊用途产品，如高温、高压、防爆、防腐、耐磨及微流量控制阀等。 (3)作为终端控制元件的执行器产业，越来越得到市场的重视。此次执行器参展厂商在展览会上占据了一定的比例。特别是国内一些民营企业，除了推出已开发的产品外，还有相当多企业代理外商产品。国内市场逐渐形成了“多国”仪表的局面。 (4)现场仪表智能化始终是市场比较热门的发展目标。 从这次展览会展出的执行器产品来看，常规的气动、电动执行器仍然是当今工业自动化控制的主导产品。但随着机械加工工业和电子工业的发展，新的技术也逐渐融入到执行器领域中来，执行器产品的加工工艺和新品开发也有很大提高。特别是在智能执行器产品开发方面，大部分厂商都推出自己的智能型执行器新产品，成为这次展览会上较为抢眼的焦点。智能执行器主要包括智能阀门定位器和智能电动执行机构两大类产品。在智能阀门定位器方面，美国费希尔公司的DVC 5000和DVC 6000系列和德国西门子的SIPARTP系列在我国都占有一定的市场。它们可以带HART、FF和Profibus等通信接口。在智能电动执行机构方面，西博思公司的SIPOS 5系列和ABB公司的ONTRAC系列都是较先进的智能带调速型产品。 可喜的是，我国一些大集团公司如上海自动化仪表股份有限公司、四川仪表股份有限公司、吴忠仪表股份有限公司等也开发出自己的智能型执行器产品。如上海自仪公司的ZKJQ系列智能角行程电动执行机构、ZKZL系列智能直行程电动执行机构，川仪集团公司的ZHB/ZSB智能电动执行机构，吴忠仪表公司的JDC智能电动执行机构等产品，虽然还比不上国外一些厂家的先进产品，但具有自己的特色。这种实用、性能价格比较优的智能型执行机构，也逐渐得到市场的认可，它将逐渐取代原来采用模拟控制技术的老产品。 当前，世界已从工业化、机械化时代迈入信息时代。信息技术在向各个领域急速渗透。各种高新技术的迅猛发展，特别是微电子、微机械、新材料、新工艺的发展与计算机、通信技术的广泛应用，正在创造出新一代检测仪表、控制仪表和执行仪表。 智能型执行器，包括总线化智能执行器将始终是市场关注的目标。 《过程控制现场总线》作者访谈 方慧 本刊编辑。 从上世纪90年代问世以来，现场总线(Fieldbus)技术一直是业内谈论的焦点之一。时至今日，现场总线控制系统(FCS)在国内已取得了骄人的成绩，有的还打入一些重点工程；各类国产现场总线型智能仪表陆续研制成功并投入使用。但在应用中还是存在一些问题：用户数目虽然增加很快，关键系统、大/主装置的使用量却较少；国际标准多达8种，难以比较、选型；现场配套智能仪表价位偏高，令一般用户难以承受……。据了解，目前很多中国用户对现场总线仍持“观望”态度，迫切希望能听到专家们的客观评价，以便在系统方案中作出正确的决策。 在第十三届多国仪器仪表展览会期间，我们有幸结识了Smar新加坡私人有限公司总经理Jonas Berge先生，他长期致力于现场总线的开发、应用，曾撰写了《过程控制现场总线》。该书是ISA出版的第一部现场总线专著，已于2001年在海外问世。据Smar北京办事处首席代表魏英民先生介绍，中译本将于2003年3月同中国广大读者见面。Jonas Berge先生是ISA资深会员，新加坡FF最终用户委员会创办人之一，FF功能块组、应用行规组、HSE审核组成员，曾参与过第一代Smar现场总线产品的开发及设计。 在这本现场总线著作中，Jonas Berge并没有讲述所有的工业通信协议，而是将注意力集中在主流现场总线(HART、FF-H1、Profibus-PA)和基于工业以太网的主站级控制网络(FF-HSE、PROFInet)。他根据自己多年研究、应用现场总线的实践，总结了过程工业领域内一些最终用户的经验，阐述了如何在过程控制领域应用这一前沿技术。他还从工程设计到设备运行、维护，对现场总线系统生命周期各个阶段“怎么做”进行了详尽论述。 9月26日，Jonas Berge先生出席了《过程控制现场总线》的中文版新闻发布会，我们在会后采访了他，请他就未来现场总线技术的发展趋势及该著作作些评述。笔者现将采访概要整理如下。 笔者：您写这本书的初衷是什么？ Jonas Berge：在走访用户的过程中，我感到他们急需一本有关现场总线技术的书。他们需要了解现场总线的优越性，并有效地向工厂管理层阐明这些优越性，以获得项目资金；需要了解现场总线系统如何安装、如何组态；需要了解工厂现行的工程及维护规程将受到什么影响；需要了解如何将工厂的旧系统同现场总线系统集成在一起，等等，而且大家都在关心着同样的问题。这使我觉得用户对现场总线的需求很大，所以决定写它。 笔者：该书面对的读者群有哪些？ Jonas Berge：系统设计人员、仪表工程师和技术人员可从中了解到现场总线技术的理论和大量的应用实践内容，作为系统安装和调试、组态、集成、维护、故障排查的参考手册；工艺工程师也可通过阅读本书认识到现场总线的优越性；书中各章均附有习题，可作为大专院校教材，也可供自学。正在考虑购买现场总线系统的用户可以参阅第二章“好处、成本节约及疑问”。 笔者：为什么您在书中只提及HART、FF、Profibus三种总线标准？ Jonas Berge：因为我想讲得更透彻些。其他有关工业通信总线的书籍因试图覆盖太多总线，结果只能停留在运行和安装上，用户所关心的重点如组态、工程、互操作性、安全性等难题却并未涉及到。因而我只选取与过程控制相关的3种总线加以阐述，其他总线则适用于别的场合，如制造业自动化、楼宇自动化、汽车自动化等。 笔者：请谈谈目前人们对现场总线技术的看法及应用情况。 Jonas Berge：在DCS统治时期，人们只有“用枪顶着脑袋的时候”才会选用FCS。目前，这种局面已被扭转，在一些新系统、改扩建项目中，工厂都明确表示要使用FCS，并逐步认识到FCS较传统DCS的优越性所在。但由于很多企业已安装有DCS的基础，要用FCS来完全替代，这其中还有一段路要走。不同的人对现场总线有不同的姿态，人们也要通过相互交流，促进对现场总线技术的了解。 我在世界很多国家包括新加坡进行着FF总线的推广活动。新加坡的国情决定了目前其工业采用总线不多，但在炼油、电力、化工和制药等行业仍能看到总线应用的实例。更多的应用是在新加坡周边国家。我认为，一旦中国着手推广这种先进技术，前景会是一片光明的。我们注意到中国很多工厂已跨越了好几代常规的技术，如直接从气动方式转向采用现场总线结构。 关于现场总线仪表价位高的问题，确实，进口总线设备较国产模拟仪表要贵，但有些用户仍要求使用进口设备，因为在采用总线的情况下产生的额外费用并不会太高。很多中国企业正考虑在主要装置中使用总线，这会使其系统整体成本(TCO)大大降低。用户不应只看到仪表的成本，而应注重系统整体成本。“模拟仪表+DCS”比“现场总线结构+现场总线仪表”的费用更高。另外，采用现场总线的一个主要益处是长期维护费用的节省，这一点DCS无法相比。因此，无论是新装置还是现有系统的升级，总线都可胜任。我在书中第二章对此有详细阐述。 谈到很多用户关心的可靠性问题，实际上，总线系统比DCS更可靠，因为在FCS中可能失效的硬件数量大大减少了，这归功于其“瘦”结构。而且，FCS避免了DCS的集中结构，能提供单回路完整性，增强了容错能力和有效性。自1994年第一套现场总线系统投运至今，总线系统已在全球得到了非常广泛的应用。人们不断地对它进行试验和测试。实践证明，现场总线的应用是成功的，现场总线技术是信息时代的一种优越控制技术。 笔者：您认为现场总线技术的发展趋势如何？ Jonas Berge：大致可分为3代：(1)第一代FCS，是以FF总线H1、Profibus-PA为代表的低速率现场级总线(Jonas Berge先生形容其为“夹生饭”，意即底层控制器间的网络速度慢，大量来自工业现场的信息来不及加以消化、吸收)。(2)第二代FCS，是以FF总线的HSE为代表，它含有多变量容器(MVC)、弹性功能块(Flexible Function Blocks)、可实例化功能块(Instantiable Function Block)等，可构成完整的FCS体系结构。目前正处于这一发展阶段，专有的DCS/PLC通信协议被HSE所取代，而专有的DCS/PLC编程语言和控制器则被链路设备中的标准现场总线功能块所取代。在这些技术被所有制造商完全采纳之前，该阶段将持续若干年。(3)第三代FCS的特点是现场总线技术同OPC在服务器层的集成。有些公司，如Smar，已经开始了这一代系统的开发和应用。随着OPC-DA3.0、OPC-XML、OPC-DX的推广，这一领域会有更多的标准化。 Jonas Berge先生还特意例举了Smar公司的System302，它是该公司第三代系统，是基于领先的控制和信息技术开发的FCS，集成了H1、HSE技术，充分发挥现场设备的功能，使系统易于扩张和建立，减少了集成的工作量。目前System302在石油天然气、采矿、纸浆和造纸、玻璃、电力、纺织、食品饮料等行业得到成功应用。“自动化领域的一个重要发展趋势是设备管理(Asset Management)技术的应用，而推动其发展的是网络技术(Web Technologies)，两者的有机结合，使得在工厂的任何地方都能通过网络进行设备管理。过去数据的传递非常复杂，现在通过标准OPC接口实现起来变得很容易。” “总的来说，现场总线技术已发展成熟，并进入实用阶段。但要真正推广开来，需要制造商、用户、学会、媒体等共同努力，推动现场总线技术的广泛应用。”Jonas Berge先生如是说。他将为现场总线技术的推广继续努力，我们也相信现场总线技术最终能为广大用户所接受，并给企业带来持续的经济效益。 (全文完) 来源：《世界仪表与自动化》 出版日期：2002年12月
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