【摘要】文章分三個部分．第一部分講述 DDZ－II、III型儀表的形成和4－20mADC國際統一信號的使用。第二部分講過近20年DCS的廣泛使用及PA、FA、OA的形成．第三段部分展望新世紀，指出市場對自動化儀表工業的需求和DCS的發展。
【關鍵詞】電動單元組合儀表 國際統一信號 DCS PA
（過程自動化） FA（工廠自動化） OA（辦公自動化）

1.70年代中期以前的發展
20世紀，自動化科學技術的建立以及工業的發展，逐漸形成了自動化儀表工業。50年代以前，PID調節已很流行，但集檢測、調節、執行功能于一體的基地式儀表仍為主流熱工儀表。功能分離、信號傳輸、中央控制室集中顯示操作，這種可應用于多個行業的通用性強的自動化儀表模式還在醞釀之中。
60年代，以電子管為基礎的DDZ－I型電動單元組合儀表，被以晶體管分立元件為基礎的DDZ-II型電動單元組合儀表取代。這是面向石油、化工、冶金、電力、建材等行業，以溫度、壓力、流量、液位為主要控制參數的整套工業自動化儀表。這個時期由于生產設備的大型化，已經有了中央控制室，基地式儀表的操作方式逐步被取代，但各單元儀表之間的連絡信號還不統一，以直流0～10mA的電流信號應用較廣。
70年代，一機部組織了DDZ－Ill型儀表的統一設計工作。DDZ-III型是在線性集成電路（運算放大器）技術、國際統一信號、本質安全防爆等技術的基礎上發展起來的，與此同時，組裝式儀表裝置也在興起。
60年代末70年代初，國際電工委員會IEC規定了國際統一信號為直流4～20mA，直流l～5V為輔助信號。即以4～2（ADC為傳輸信號，以1～5VDC為接收信號。這個國際統一信號在當時執行起來，基本沒有多大阻力，原因是其技術先進、切實可行，而且原來的制造廠和用戶都迫切希望有統一的信號制。
DDZ－III型儀表總體設計時，為了順應500萬噸／年原油處理量的大型煉油廠的自控系統的要求，一是系統要求本質安全防爆，二是要考慮現場儀表與中控室距離較遠（約500米以內）。在符合國際統一信號的基礎上，選用24VDC統一供電和兩線制變送器及安全柵的方案。當時線性集成電路和晶體管的水平能做到在24VDC供電條件下，控制室儀表外接導線電阻與兩線制變送器內阻或執行器內阻串聯，可具有恒流性能。4mA是為了保證兩線制變送器放大器工作點必要的供電而設的。在要求防爆的場所，也能夠承受24VDC、20mADC或比它稍高的電量，所以能滿足上述兩項要求。
DDZ-III型儀表的差壓（壓力）變送器，已經采用矢量機構的力平衡式的原理，比原來的位移式變送器機雙杠桿力平衡式變話器有較大的進步。
DDZ-III型儀表及70年代后期引進的I系列儀表、EK系列儀表同屬于模擬儀表的最后一代產品。模擬儀表技術或模擬電路技術的前途要看半導體器件的發展趨勢而定，現在ASIC專用電格產品逐步普及，它與數字電路、微處理器技術融合是總的趨勢，但模擬電路技術正像模擬量一樣，是不會消失的。所以模擬儀表也不會消失，只是它不會再是主流儀表了！這令人想起，我國KC動圈式自動化儀表，雖然原理古老，但現在仍然有生存空間。事實證明，模擬儀表也可求得生存，因為市場需求是多方面的，所以自動化儀表也應多品種。
70年代，是自動化儀表工業的成長期，最終形成了上海、西安、重慶、天津、北京、大連幾個基地。除了儀表生產之外，系統成套工程產業也在發展，以系統帶單表的發展戰略帶來了“ 30萬噸乙烯”工程等項目。燕山30萬噸乙烯工程就是消化新技術進行國產化，從而使自動化儀表工業受到重視。這時期整裝通道式儀表盤技術的發展和組件組裝式儀表的出現和批量生產，使用戶認可了購買系統和裝置的新模式，這比購買單表前進了一大步，隨之自動化儀表工業每年產值均較其它行業增長快得多。
從晶體管分立元件直至小規模、中規模集成電路溝研制成功了工業控制計算機。計算機外圍的A I/O（模擬量輸入輸出）、D I/O（開關量輸入輸出）、卡件及DDC（直接數字控制）軟件均成為自動化儀表工業的一部分，但是由于危險較集中，可靠性欠缺，只能用于工藝比較簡單的裝置如常減壓煉油裝置的控制系統。它在數據采集系統中應用較廣，當時稱為巡回檢測裝置。這一階段為以后發展做了技術準備，即為大規模集成電路出現使自動化儀表工業飛躍發展打下基礎。

2. 近20年的發展
70年代中期，大規模集成電路問世，由于其性能價格比較優越，使自動化儀表工業發生了巨大的變化。首先是DCS分散型控制系統的出現，逐步成為大中型設備首選的配套自控系統；其次是PLC可編程序控制器的出現取代了中小規模集成電路的邏輯元件、二極管矩陣電路和繼電器線路，進而逐步使順序控制、連鎖保護與模擬量回路控制相融合，即電控和儀控一體化；電動單元組合儀表也更新換代為每個單元儀表內有CPU芯片的單回路智能式儀表，我國統一設計稱DDZ-S型儀表雖未能普及，但其系列中的 YS-80等引進產品在國內已成批生產。
進入80年代，‘由于DCS的普及，工藝操作人員逐漸習慣了用CRT屏幕、操作鍵盤和鼠標進行人機對話的方式。中央控制室更像計算機房，從而自動化程度有比較大的提高。但是無形中工程技術人員軟件編程組態工作增加了，把以前用硬件實現的儀表功能、儀表間的接線模擬盤制作等都改為由工程技術人員在計算機工作站上編程組態。更深層次的是將4C技術（通訊COrmmu-nication、計算機Computer、控制Control、CRT陰極射線管技術）融合，設計制造出DCS系統，這使我國技術人員適應起來要難得多。經過10多年的努力，我國在DCS制造生產方面有了新的破，開始打破了國外DCS全面占領中國市場的局面。在PLC的普及方面，雖然有些重復DCS應用的情況，但國人已有多位實業家在這方面作出努力，可以斷言，國外的PLC產品不會長期壟斷國內市場。工控機是應用較廣的工業自動化的產品，國內從研制STD總線、PC總線產品開始，一直走著我國特有的道路。近年興起的在PC機上運行的監控圖形軟件（SCADA軟件），國人更是不甘寂寞，“組態王”等軟件都有一定水平，而且比國外產品具有一定競爭力。智能式單回路調節器和數顯儀更如雨后春筍，滿足了多層次的對自動化儀表的需求。
80年代，差壓變送器中采用了半導體制造工藝，省去了原來力平衡式儀表的大量機械零件，解決了抗振性差、抗靜壓能力差、對安裝位置要求嚴等問題，使性能有了很大進步。國內通過合資引進了電容式、擴散硅式、硅諧振式等多種原理的變送器制造技術，滿足了國內用戶的需要。其它的流量變送器也有多項新技術引進。近年來變送器數字化、智能化的發展也進展很快。與變送器相比，執行器雖有進步，但是引進和技術進步尚需努力，這可以由每年現場大修的工作量來看，調節閥等維修量是相當可觀的。電子秤等物料重量和流量的測量儀表、速度的測量和控制儀表（特別是交流電動機的變頻調速器）、成分分析的在線測量和控制、多種電量的在線測量和變送、無線的遙測、遙訊、遙控等等都已形成了成熟的產品。80年代以來，微機的使用特別是PC機的普及，使系統集成成為自動化系統成套工程產業的新潮流。管理和控制一體化的CIMS和CIPS系統是一個熱點，電控和儀控一體化是另一個熱點。而集成的系統已由多級遞階結構向扁平化方向發展，特別是近幾年興起的現場總線熱和互聯網熱（Internet和Intranet）更使系統集成出現了日新月異的局面。
由于技術的進步和需求的多樣化，自動化儀表工業已由傳統的連續流程工業的自動化（PA）擴展到機械產品加工工業的工廠自動化（FA）和事務處理為特征的辦公自動化（ OA），后兩者在我國近幾年發展也很快，今天的FA已發展成具有CAD,CAM,CIMS的全盤自動化。在我國的長春一汽、湖北二汽、上海大眾等地已有多處使用機器人的生產線，而作為自動化儀表工業一部分的數控設備生產也形成了產業，我國機電儀一體化的技術方向也受到極大的重視。至于OA也逐步由單機自動化、辦公室事務處理等發展成為交通管理、環保管理、市政管理、金融管理、商業物流管理、智能大廈、家庭自動化等多個分支，而且系統也提供事務和事件的處理、調度和輔助決策，這些將會影響到下世紀人們的生活方式。

3.展望新世紀
在即將到來的對世紀，自動化儀表工業特別是PA自動化儀表還會有更大的發展。從市場需求來看，仍是石油化工占市場份額最多，其次是鋼鐵、電力、紡織、輕工、建材、造紙等行業。對自控的要求，不只是自動化儀表需求量的增加；更重要的是需要質量高、壽命長、可靠性高、價格低的自動化儀表；需要提供完整的系統和優化的軟件；需要能與工藝人員結合的自控工程師；需要能與管理人員結合的系統工程師。
這里需要討論的是21世紀里DCS前途如何？DCS已經充當了20多年的主角，在今后的20年里是否會被淘汰？或者說在今后的10多年里是否還可以充當主角？首先成協它的是PLC，因為PLC的確近年來由于增強了模擬量處理的能力、改善了人機聯系和數據通訊能力，擠占了中小系統及鋼鐵、污水處理等行業部分大中系統。但由于其原設計定位就是以處理開關量及針對機械行業為主的低成本自動化產品，對于有人重復雜控制回路和人機聯系較高的石化行業大型設備的控制，用PLC是不適合的。其次是工控機系統，通過這些年的努力，在中小測控系統中雖然市場占有率一直處于上升趨勢，在大中系統中也有一些成功的實例，美國GM公司還提出OMAC開放模塊結構控制器的10項要求，但由于軟件和I/O設備還不及DCS成熟，對系統集成商要求很高，所以作為石化等行業，由于主設備昂貴、連續生產、安全可靠要求高，事故的損失嚴重，所以不會輕易放棄已有成熟應用業績的DCS系統而輕易采用價格低廉的工控機系統。當然DCS本身也要改進，一是價格要適當降低。二是開放性要加強，如以太網上控操作站，本身硬件采用通用計算機，本身軟件采用通用 WINDOWS／ NT和OPC等軟件。三是控制站控制回路數不宜過多，雖然冗余熱各措施有兩重化、四重化等方式，但還是遵循“控制分散可以消除危險”的原則為好。四是在DCS應用時也要發揮控制站分散設置在接近現場的初衷，即如TDC3000系統DHW數據高速通道總線可以長達2公里，控制站可以分散在各設備附近，而LCN局部控制網絡僅放在中央控制室內作連接操作站、歷史模件、應用模件之用，這樣可以減少系統接線和中央控制室面積，現在大型裝置的中央控制室有一個足球場那么大，而且控制站機柜全集中在中央控制室，這是一種理想的中央控制室嗎？值得思考。由此引發出的是DCS應盡快與現場總線技術相結合，這是目前最好的方案。再過 10到20年， FCS（現場總線控制系統）也應該是在DCS＋FieldBus的基礎上誕生，那時FCS才能成為真正新一代的PA產品。至于I/O自治服務系統、測量、控制、執行一體化的新型基地式儀表+數據通訊（現場總線），及虛擬“主機”系統、操作站（如為一般PC機）為即插即用方式，即操作人員需要觀察和操作時才插到網絡中等理想的FCS，那是要經過一、兩代人的努力，才能夠實現的。
在新世紀里，自動化的需求是多方面的。自動化儀表工業也應走與各行業進一步融合的道路。過程控制領域，特別是象大型石油化工企業等行業，由于它們存在快速、易燃、易爆、高溫、高壓。腐蝕及管道化、密封性容器等無法用人工觀察和控制的特點，所以必須要實現自動化。這已為人們所共識，而其它行業自動化問題向看法就不一致了，不可回避的是自動化與就業問題。因本文篇幅有限，只能結論性的回答。為了使機械加工、輕工、服務等行業產品質量提高、成本降低、與國際接軌并在世界上有競爭力，必須要實行自動化。只是從事這方面工作的人素質要提高，從前臺走向后臺，減少操作人員，增加編程人員和維護服務人員，用知識創造財富，這就是“知識經濟初見端睨”。是否還有別的路？是否還可以走老路？結論是在開放的環境下，誰不走自動化的路，誰就要被淘汰。關于自動化的需求是多方面的構想，還應該有新世紀里最有希望的生物工程和新能源、環境保護等方面對自動化儀表工業有需求的思想準備。這可能是10年以后的事，但是這一天終究會到來。首先自動化儀表工業應為農業和畜牧業服務，隨著“科學種田”的深入，這方面的需求是會出現的。如激光用于“水稻試驗工廠”中，可使水稻主長期縮短為70無，這就可使水稻單產提高600倍，使大躍進期間的“畝產萬二”的夢想成為現實，這是現代化農業，是生物工程，也是自動化工程。因為這不僅要像20世紀里人們在工業設備中控制溫度、壓力、流量等那么簡單，而且是要創造出比大自然（太陽、空氣、水和土壤）的環境還要適合于水稻生長的環境，是非要實行自動控制不可的！而且是要經濟適用的自動化。到那時，“農業自動化”就像現在的化工自動化、鋼鐵自動化一樣成為產業了。生物工程比現代化農業對自動化技術在信息的獲得和處理方面的要求更高，應設計出新型的自動化儀表來，而這就需要用到自動化科學技術的新領域——人工智能，以適應生物遺傳基因信息及其它生物化學信息的特殊模式的要求。
在討論到能源對自動化儀表工業的需求時首先應明確由于中國是富煤貧油的國家，在中近（2030年以前）我國的一次能源仍以煤炭為主，這就使20世紀初由于蒸汽機、汽輪機等動力的需要而發展起來的鍋爐控制所需的熱工儀表的大局未變，只是由于潔凈煤技術（CCT）及能源高效利用技術的需求，對自動化儀表工業提出了更高的要求。這方面筆者深有體會，僅燃燒自動控制技術中并聯串級交叉控制和煙氣含氧量校正空燃比的控制，在國內就遠未普及或雖已有設計，但在生產操作中真正投入運行的不多。在國外僅這一項就可以做到節能5％及防止冒黑煙，而在國內做到這一步，需我們自動化技術人員作出更大努力。從遠期來看，能量應是多元結構，即煤炭以外，水力發電、石化能、核能、太陽能等能源也將占有較大份額，此外還有風力發電、生物質能（如農村沼氣等），這就使我們自動化儀表工業有更大的發展空間，可以說20世紀是熱工儀表造就了自動化儀表工業，對世紀的新能源、新材料工業將推動自動儀表工業出現更加繁榮的局面。談到能源，當然讓人們想起環境保護和可持續發展的問題。我們知道諸破壞生態平衡或污染的因素當中，能源工業和能源消費（終端消費）的燃燒等造成的污染是最主要的。人們生活要改善，主要一點是消費能量要增加，而這又是把有限的地下寶藏消費掉了，不利于可持續發展。所以，對世紀里，我國應一方面開發新能源。一方面改善能源的終端消費結構。后者近期是向用電、熱電聯供和集中供熱料轉變，遠期是開發新的能源終端消費結構如燃料電池等，特別是適應市場經濟要求，對居民的能量計量收費管理等自動化技術大有可為，這本身也是節能的重要措施。
在新世紀里，自動化儀表工業本身，將會進一步趨向于“啞鈴形”的模式，即開發和市場兩頭大而制作生產小的模式，自動化儀表的生產線也會更加自動化，即建成適應小批量、多品種生“的柔性加工系統、敏捷生產系統。自動化儀表工業是高新技術產業，應該用現代企業機制來管理它，應以企業為中心形成技術創新的動力，它可以是獨立的行業，更可以是隸屬于某個能源集團、原材料生產集團、大型設備生產集團，總之是多姿多彩的，以充滿活力的嶄新的面貌，進入21世紀。