工业自动化的活化石｜单元组合仪表（7）

4.2.6  国外电动单元组合仪表

从20世纪50年代开始，国外开始生产电动单元组合仪表，那个年代我们是全面向苏联老大哥学习，自动化仪表自然也不例外。苏联在20世纪50年代已经开发了第一代电动单元组合仪表BTH（俄文 «Блок Телемеханики» 的缩写，意为“运动单元”或“遥控单元”），当时国内称它为电子式综合调节器。BTH秉承单元组合化思想，将系统按功能划分为变送、调节、显示、操作等独立单元；属于电子管时代的产物，体积庞大，功耗高，发热量巨大；采用 0~5mA DC 的恒定电流信号作为统一联络信号；因电子管易烧毁，可靠性较低；抗干扰能力弱、精度不高、响应速度慢。但它为中国DDZ-I型的电动单元组合仪表研制提供了直接的技术蓝本和参照。

1963年，日本工业展览会在上海展出，日本北辰电机提供的E-line电子系列仪表引起国内仪表行业和自动化界人士的极大关注，据说国外当时已实现气动仪表到电动仪表的转换，在电动仪表中，电子管仪表的寿命很短，很快就被晶体管取代了。   

同一时期美、欧等国也开始生产电动单元组合仪表，但早期的详细技术资料现在很难查阅到，比如型号、图片等等。

国外公司后期开发的电动单元组合仪表，如日本横河公司的I系列仪表（见图21）、日本北辰公司的EK系列仪表、美国福克斯波罗的SPEC-200（见图22）等，都相当于中国DDZ-III型电动单元组合仪表，属模拟式仪表。  

图21  日本横河公司的I系列仪表

左：ICE指示调节器；右：IDB配电器

图22  福克斯波罗的的SPEC-200组件

宝钢连轧无缝钢管厂设备由德国提供，仪表部分由菲利浦公司设计并提供了PCS700电动单元组合仪表；宝钢焦化厂由日本新日铁公司设计并提供，选用了日本横河I系列、北辰EK系列仪表；江铜贵溪冶炼厂硫酸车间也引进了北辰EK系列仪表。                               

1970年推出的福克斯波罗的SPEC-200属组件组装式仪表，法国、日本、瑞士和意大利也生产组件组装式仪表。该仪表先在陡河电厂200MW机组中试应用，证明可以满足300MW及以上控制要求。稍后秦山核电站一期主控系统、邢台电厂6#/7#机组、菏泽电厂125MW中间再热冷凝式汽轮机都采用了SPEC-200组件组装式仪表。1982年投运的宝钢自备电厂协调控制系统用的是日本横河1100组件组装式仪表，在10个机柜共安装了41个品种1014块插件。

20世纪80年代初期，随着微处理器在仪器仪表领域的使用，众多国外厂家推出可编程序调节器，如日本横河公司1980年推出SLPC、日本山武-霍尼威尔公司1981年推出KMM、日本富士公司的 PM K、日本日立公司的 VI87M A、及美国福克斯波罗公司的MICRO 761、美国霍尼韦尔公司的UDC6000等型号的可编程序调节器。从20世纪90年代到21世纪初，国外厂家又推出新型可编程序调节器产品。如横河公司1981年推出YS80后，1991年推出YS100、

2007年推出YS1000。仅从可编程序调节器的显示面板就可以看出几代仪表之间的变化：20世纪80年代的YS80为有固定刻度标尺和模拟指针的显示器、20世纪90年代的YS170有带背景光的单色LCD液晶显示器、21世纪初的YS1700有彩色LCD液晶显示(见图23)。   

图23  三代横河公司可编程序调节器

 左：SLPC；中：YS170；右：YS1700

上海石化总厂化工一厂的乙烯装置在20世纪八十年代后期，用YS-80系列仪表替换了已使用14年之久的I系列仪表。

虽然较多的厂家只推出可编程序调节器的单表，像福克斯波罗公司的MICRO 761、霍尼韦尔公司的UDC6000等型号的可编程调节器，但有的厂家推出的是系列仪表。如山武-霍尼威尔公司的DIGITRONIK系列仪表中包括KMM201可编程序调节器、KMM211可编程自整定调节器、KMS固定程序调节器、KMP可编程序运算器、KMH操作器、KMV配线器、KME手动精密设定器、KMF指示仪。再如横河公司的YS-80系列包括固定程序调节器、可编程序调节器、可编程序运算器、自动/手动操作器、手动操作器等盘装仪表和架装仪表，还包括通信和集中监控装置，即仅凭YS-80系列仪表本身，就可构成一套计算机集中监控系统。

表1   线性化前后温度显示差值

施工现场这样一次选型失误及随后的完美处置，我觉得这两者对我的同行都蛮有参考价值的，于是把整个事件的发生、处理过程及我的想法写成一篇文章“温度变送器输出非线性的补救方法”，文章作为设计师笔记发表在《仪器仪表用户》1997年第4期上。朋友们需要的话，可在百度上输入文章题目，然后在“道客巴巴”上看到这篇文章。

设计标准化：各单元功能独立，接口信号统一，易于设计和选型。

生产专业化：各单元可由不同厂家或不同车间专业化生产，利于提高质量和降低成本。

使用灵活化：可根据需要灵活组合成简单或复杂的控制系统，通用性强。

维护简便化：发生故障时，可以“哪坏换哪”，只需更换故障单元，单台仪表故障不影响全局，维护方便快捷。

控制功能分散：控制回路之间通信困难，难以实现复杂的优化控制和集中管理。

人机交互性差：通常采用单个仪表的盘装界面，操作和监视分散，缺乏全局性。

布线复杂：系统越复杂，单元越多，柜内和盘后接线越繁琐，成本越高，成为故障高发点。

功能固定：各单元功能由硬件电路决定，修改控制方案通常需要更改接线，灵活性不足。

维护成本高：尽管单体易维护，但庞大的系统总量使得整体维护量巨大。

单元组合仪表虽然在一些老旧工厂仍然保留了一点，还有对可靠性有极致要求的特定场合（如核电安全级系统），因其“一个回路失效不影响其他回路”的高可靠性理念依然被推崇，因其简单、透明、易验证，仍在继续使用。除此之外，总体来说单元组合仪表是被淘汰了。

20世纪50年代初期，生产过程自动化主要依赖基地式仪表。这种仪表将检测、显示、记录、调节等功能集中在一个表壳内，通常就地安装在设备旁。其设计目标主要是实现生产设备就地分散的局部自动控制，设备之间或不同控制系统之间缺乏联系，功能也通常限于单回路控制。

随着工业生产设备日益大型化与连续化，控制需求变得复杂。单元组合仪表应运而生，其核心思想是“功能模块化、信号标准化”。它将整个控制系统按功能分解为变送、转换、显示、调节、计算、给定、辅助、执行等独立单元。这些单元通过统一的标准信号联系，可以根据需要灵活组合成各种复杂程度的控制系统。这使工业自动化领域迎来一场关键变革：电动单元组合仪表登上舞台，它取代了功能集中、就地控制的基地式仪表，实现了从基地式仪表向功能分离并通过信号传输到中央控制室集中显示操作的模式过渡，满足了当时工业生产日益增长的复杂控制需求。

单元组合仪表是工业自动化从机械式、基地式走向电子式、模块化的关键一步。它虽然逐渐被更先进、更智能的DCS和FCS所取代，但其核心的设计哲学和历史贡献不可磨灭。理解单元组合仪表，有助于我们更好地把握工业自动化技术的发展脉络，并在当今的系统设计和改造中，更好地融合可靠性、灵活性与智能化。