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回望历史——记我国自动化仪表的成长与发展

马少梅，范建文

选自《飞鸿踏雪泥：中国仪表与自动化产业发展60年史料（第3辑）》，化学工业出版社，2015

6.控制仪表

控制仪表的发展大概经由自力式、基地式、单元组合式、分散式以及总线式几个发展阶段。所谓自力式，其操纵执行机构的全部能量源于受控对象，它只能执行一些简单的控制。而基地式是把变送、显示、和控制等必要的功能部件全部集中在一个表壳内，只要连接测量元件并配上执行机构，就可构成一个控制系统。和自力式相比，基地式将执行机构和测量元件分离出去了，即从功能的高度集中开始转向功能的分散，加之控制系统所需的全部能量已不再源自受控对象，而是靠外加的气、液、电的能量来驱动（即气动、液动和电动），这无疑为增加许多其它功能创造了条件，让使用和安装更为方便。然而，基地式仪表毕竟外壳尺寸大，精度稍低，不便构成复杂的控制系统，于是又发展为以后的单元组合式控制系统，单元组合式是将变送、显示、运算、控制等功能彻底地分散，单元间的联系是依赖统一规定的标准信号，和基地式仪表相比，在使用上带来了更多的方便。

上述控制仪表由于信号传递的信息量少，速度又慢，远不能满足先进控制的要求。随着计算机技术的发展，出现了分散型控制系统（DCS）。由于DCS沿用了通信技术，在系统的地域上可大大地分散，但在控制功能上又趋集中。自出现现场总线（FCS）后，由于它支持双向、多节点、总线式的全数字通信，将那些分散的、单一功能的诸如测量、执行等智能化现场设备，又开始集中为多功能（包括控制、诊断功能在内）的一体。控制仪表从早年的自力式发展到近代的现场总线，功能的集中、分散、又集中，周而复始地在呈螺旋式地上升。

6.1　基地式控制仪表

我国生产动圈式指示调节器和带调节器的记录仪的厂家多半集中在上海、哈尔滨、天津、西安等地。

七十年代以来，由重庆工业自动化仪表研究所在前期研究的基础上组织了B系列气动基地式仪表的联合设计，参加单位有肇庆自动化仪表厂、重庆长江仪表厂、重庆电表厂以及沈阳气动仪表厂、大连第五仪表厂等单位。重点设计了温度（含温包式和电测量式）指示调节仪、压力指示调节仪、差压指示记录调节仪、浮筒式液位指示调节仪、高温液位指示调节仪、轮胎硫化机控制用三笔记录调节仪等。气动基地式仪表在火电站、化工厂、炼油厂等曾得到广泛的应用。1982年召开了B系列气动基地式仪表在电厂中间试验项目的总结会，并获得部级科技成果二等奖。此外，重庆工业自动化仪表研究所还协助广东仪表厂引进日本山武公司的KF系列基地式仪表，以满足发电厂的配套需求。

6.2　气动单元组合仪表（QDZ）

气动单元组合仪表采用统一的标准气源（1.4kgf/cm2），用标准的输入输出信号（0.2～1.0kgf/cm2）连接。气动单元组合仪表的开发最先是在上个世纪五十年代末，于原上海仪表厂仿前苏联的AYC系列。之后，上海工业自动化仪表研究所和后来建立的重庆工业自动化仪表研究所先后开发QDZ型气动单元组合仪表，包括调节单元、计算单元、显示单元以及各种变送和转换单元。在研究所开发的基础上，科研成果逐步向工厂转移，广东仪表厂负责调节和计算单元，西安仪表厂负责显示单元，上海自动化仪表一厂负责变送单元。

QDZ-Ⅲ型是气动单元组合仪表的更新换代产品。1974年开始组织联合设计，由重庆工业自动化仪表研究所牵头负责，参加联合设计的单位有广东仪表厂、天津自动化仪表五厂、沈阳气动仪表厂、川仪十六厂等，设计思路是采用印刷气路板，密集安装和积木式结构，力求组合便捷，缩小仪表盘面积，实现双向无扰动自动-手动切换。QDZ-Ⅲ型的基本品种于1977年在山东胜利炼油厂进行了现场运行考核，1988年通过部级鉴定，获科技成果三等奖。

气动单元组合仪表和气动基地式仪表以其稳定可靠、本质安全防爆和价廉物美而博得用户的青睐，在化工、炼油、电力、冶金、轻工等领域曾得到广泛应用，年产量达数十万台件。

6.3　电动单元组合仪表（DDZ）

上个世纪五十年代末，原上海热工仪表研究所（即后来的上海工业自动化仪表研究所）王良楣总工在访问苏联后，带回了电动单元组合仪表的成套资料。接着就在所内开展研发工作，并命名为DDZ-Ⅰ型电动单元组合仪表。后在上海大华仪表厂制造了样机。1963年由上海化工研究院牵头，上海热工仪表研究所参加，在兰化302厂变换工段配置成串级温度调节系统，进行现场考验，考验证明DDZ-I型产品工作正常，性能良好，系统设计成功。

之后，1964年，上海工业自动化仪表研究所参考日本横河电机为我国化工厂提供的电动仪表产品，在王良楣总工的指导下，开始研发DDZ-Ⅱ型电动单元组合仪表。1966年3月，上海工业自动化仪表研究所部分骨干内迁重庆，成立了重庆自动化仪表研究所，由重庆工业自动化仪表研究所继续组织Ⅱ型电动单元组合仪表的统一设计，共八十多个品种规格，分别由上海、天津、大连、北京、武汉、西安、吉林等地的仪表厂投入批量生产，年产量达到20万台，成为我国七十年代到八十年代工业自动化的主导产品。

1974年，重庆工业自动化仪表研究所着手组织DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表的开发和联合设计工作。采用线性集成电路和国际电工委员会（IEC）规定的4～20mA国际标准模拟信号（以区分零信号和无信号），具有本质安全防爆功能，信号和供电传输采用两线制方式。共上百个品种规格，可以与计算机联用实现设定点优化的监督控制，构成模拟-数字控制系统。试验样机在洛阳炼油试验厂通过了现场运行考核。与此同时，防爆产品也在南阳防爆电机研究所通过了本质安全防爆试验论证。DDZ-Ⅲ型仪表的综合技术水平，已经达到国际六十年代末、七十年代初的水平。到八十年代初，最高年产量达到24万台件，成为我国八十年代到九十年代工业自动化的主导产品。DDZ-Ⅱ和DDZ-Ⅲ两套仪表均获得了全国科学大会奖，DDZ-Ⅲ型仪表还获得机械部科技进步二等奖。

1988年，机械部仪表局和重庆工业自动化仪表研究所开始组织DDZ-S（简称S系列）系列联合设计，采取“政府搭台、企业唱戏”以及“联合设计、分头试制”的方式，在各有关单位的参与配合下联合开发成功，并列入了国家火炬计划，成为新一代数字化、微机化的控制仪表。1992年通过了机械部的部级鉴定。

DDZ-S系列仪表是我国自主研发的第四代电动单元组合仪表，在改革开放的新时期，与国外引进的同类产品并驾齐驱，在市场竞争中占有一席之地。

6.4　小型工业控制机和巡回检测装置

六七十年代，自动化仪表行业开始研发小型工业控制机和巡回检测装置，在通用小型计算机的基础上，配上输入输出装置和工业控制软件，用于实现直接数字控制、顺序控制和监督控制。上海工业自动化仪表研究所开发了JS-10系列，重庆工业自动化仪表研究所开发了CK-700系列，两个所都与工厂结合，进行了小批量生产，为工业自动化提供了成套产品和专用装置。1974年，重庆工业自动化仪表研究所为我国原子能反应堆研制了大容量实时数据采集处理系统CK-701，在国防建设中发挥了重要作用。

6.5　分散型控制系统DCS

随着微电子技术、自动化技术、通信技术和新型显示技术的发展，七十年代中期国际上出现了基于4C（Control、Computer、Communication、CRT）技术的分散型控制系统（DCS，Distributed Control System），对集中型计算机控制系统进行合理的分解，形成了单回路、多回路分散控制与集中监视操作相结合的分布式的体系结构，能够运用现代控制理论和大系统理论，实现优化控制、分级协调控制和管理自动化等功能，在工业自动化领域发挥着重要的作用。

上海工业自动化仪表研究所研制的中小型DCS产品DJK-100和DJK-200先后有80余套在鞍钢自备电厂、本钢自备电厂、上海玻璃厂等生产装置上应用成功。

通过“七五”科技攻关，重庆工业自动化仪表研究所和上海工业自动化仪表研究所与工厂相结合，联合开发了DJK-7500系列分散型控制系统，并且在上海、重庆、天津等地投入批量生产，在冶金、电力、石化等领域数十个工业现场投入运行。

DJK-7500由过程级和监控级组成，过程级和监控级之间通过不同速率的数据通信系统联网。大型系统通过高速通信可连127个站，构成1000多个控制回路；局部操作站与过程级设备之间通过中速通信联网，可连16个过程站；简易操作站通过低速通信与单、多回路数字调节器联网，构成64个控制系统。中、小型系统可挂接在高速通信系统上，成为大系统的一部分。

在由机械电子部组织的科技成果鉴定书中指出：“DJK-7500系统的总体结构和技术设计达到了国际八十年代初期同类产品的先进技术水平，填补了国内空白，在大型DCS产品开发上取得了技术上的突破”。

6.6　基于现场总线的控制系统FCS

现场总线（Field bus）是将现场仪表与控制室内仪表连接起来的全数字化、双向、多站的通信网络，用数字信号取代模拟信号，提高了系统的可靠性、精确度和抗干扰能力，延长了信息的传输距离。

现场总线网络的每一个节点都装有一台智能化数字仪表，包括变送器、检测仪表、执行器等现场仪表和控制室内的仪表装置。这些仪表和装置都遵循统一的标准和规范，按照系统化和开放型的要求，实现数字化、智能化和标准化，并且增加远距离操作、故障自诊断和就地控制的功能，构成新一代自动化仪表与控制系统的先进体系。这种新体系一方面继续沿用分布式的系统结构和分散控制的原理，另一方面又有许多新的特点和优势，是分散型控制系统的继承、延伸和进一步的发展，更适合于工厂综合自动化的要求。

通过“八五”和“九五”科技攻关，自动化仪表行业先后完成了HART和FF两种现场总线的开发工作，得到了相关国际机构的认可，在此基础上由上海工业自动化仪表研究院、重庆工业自动化仪表研究所、四联仪表集团、上自仪表集团、西仪集团、北京华控公司和中科院沈阳自动化研究所等单位联合开发了现场总线成套仪表和控制系统，陆续进入产业化阶段，例如上海工业自动化仪表研究院的FCS-2000，重庆工业自动化仪表研究所的CAMS3000等，已经开始为用户成套服务了。