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時間:07-09-2009 11:48 上午

國產變送器技術25年的發展

25 yeas development of domestic transmitter technology

------------------------------------------------- (昆明有色冶金設計研究院)方原柏


 

 

方原柏(1942-

男,湖北黃岡人,教授級高級工程師,昆明儀器儀表學會副理事長兼秘書長,冶金自動化、世界儀表與自動化、衡器等雜志編委,研究方向為儀表及控制系統應用。發表論文200余篇,出版電子皮帶秤的原理及應用電子皮帶秤兩本專著。

摘要:壓力/差壓變送器是現場儀表中最重要的一類儀表,本文在簡單回顧國內外變送器發展歷史后,介紹了近年來國內變送器市場中國外獨資和合資產品幾乎一統天下的現實和一批中國企業的頑強抗爭。關鍵詞:變送器;發展;歷史回顧

AbstractThe pressure/difference pressures transmitter is the most important instrument in the field instruments. After reviewing briefly the historical development of the domestic and foreign transmitter the paper introduced the reality of domestic transmitter market in the recent years namely the overseas sole ownership and the joint capital product monopolized nearly all the transmitter market in Chinaand some Chinese Enterprises toughly resisted this case. Key WordsTransmitterDevelopmentHistory review

1 前 言

早期用來檢測壓力、差壓等參數的裝置有雙波紋管式壓力計、差壓計和水銀浮子式壓力計、差壓計,國外雙波紋管式壓力計、差壓計上世紀40年代開始生產,而國內最早了解的是水銀浮子式壓力計、差壓計,他是上世紀50年代初期由前蘇聯引進的。當時將這類產品稱為基地式儀表,因為它將測量部分、轉換部分、指示記錄部分及可能具有的運算部分、調節部分全部集中在儀表殼體之內。隨后因為儀表技術的發展,出現了單元組合儀表,將每一項功能交給一類儀表完成,如檢測功能交給變送器完成,顯示功能交給指示儀完成,記錄功能交給記錄儀完成,運算功能交給運算器完成,調節功能交給調節器完成,在各類儀表之間,則采用標準的統一信號聯系,如420mA

這樣變送器(transmitter)就誕生了,他的定義是能感受規定的被測物理量并按照一定的規律轉換成規定的標準信號的器件或裝置,變送器通常由敏感元件和信號變換器組成。就測量壓力、差壓類信號的變送器來說,被測物理量包括壓力、差壓、絕對壓力、負壓、液位、密度等,規定的標準信號有模擬信號(如0 0mA420mA等等)或/和符合通信系統的要求的數字輸出信號(如HART®協議、FF總線、PROFIBUS-PA總線等等)。

969年,美國羅斯蒙特(Rosemount,現為艾默生過程管理的子公司)公司開始生產 5 系列電容式變送器,成為享譽世界多年的名牌產品,總產量已達400萬臺 [ ]。早期產品量程范圍:00. 2 kPa04 MPa,精確度指標為

0.25%,量程比為6: 。上世紀八十年代初,美國霍尼韋爾(HONEYWELL)公司推出了智能化的現場儀表——ST3000智能變送器,此后,羅斯蒙特公司、日本橫河(YOKOGAWA)公司、ABB公司、福克斯波羅(FOXBORO)公司等都推出各具特色的智能變送器產品。變送器的工作原理除了電容式之外,還有電感式、單晶硅諧振式、擴散硅式、陶瓷式等。目前高端產品的量程范圍:00.025 kPa060 MPa,精確度指標為0.075%0.025%,量程比為 00: 400: ,羅斯蒙特公司305 S型變送器為高端產品的代表,如圖 所示。

1 羅斯蒙特公司的3051S型變送器

近年來,國外儀器儀表的增長率大致是3%4%,我國卻達到十倍于世界增長率的速度,有的儀器儀表產品我們國家的用量占到了全世界的 / 0。壓力/差壓變送器是現場儀表中最重要的一類儀表,根據ARC一項題為壓力變送器全球展望的最新研究,預計2007年全球壓力變送器市場銷售額將超過 4.7 億美元,可見市場需求之大。中國一年變送器的銷售量達到50萬臺,其銷售額肯定超過全世界銷售額的 / 0。據介紹,僅中石化天津分公司 00t/年乙烯、 000t/年煉油一個項目招標的變送器數量就達8000臺。在國內壓力/差壓變送器市場中,進口產品、獨資合資企業產品大致占了近70%的數量份額和近90%的銷售金額。因此,只要是關心中國儀器儀表發展的人,就會把注意力投向國產變送器的發展問題上。

2 國產變送器的早期發展回顧

958年開始,中國開始研制電動單元組合儀表; 964年,全套27個品種的DDZ-I型儀表全部投入生產;從 965年起,中國開始規劃DDZ-II型電動單元組合儀表并于 970年組織了DDZ-II型電動單元組合儀表統一設計;與此同時,氣動單元組合儀表QDZ-IQDZ-II也研制成功;上世紀七十年代中期開始研制DDZ-Ⅲ型電動單元組合儀表和QDZ-III氣動單元組合儀表。其中變送器也是上述單元組合儀表中一個重要的類別,初期生產的是力平衡式(如QDZ-II型變送器、部分DDZ-II型變送器),后開發矢量平衡式變送器(如QDZ-III型變送器、部分DDZ-II型變送器、DDZ-III型變送器),精確度指標大部分為

0.5% .0%,量程比為4: ~ 0: 。上世紀70年代的國產變送器制作粗糙,穩定性差,精確度低,量程比小,調整不方便,產品種類少。

978年中國開始改革開放, 979年西安儀表廠與羅斯蒙特公司簽訂 5 電容式壓力/差壓變送器(如圖2所示)的技術轉讓合同,這是中國儀器儀表行業引進的第一個重要產品技術轉讓合同。對于變送器行業乃至整個儀器儀表行業來說,這應該是一個標志性的事件。

2 西安儀表廠引進的1151電容式變送器

3 國內變送器市場的競爭

自從西安儀表廠引進羅斯蒙特公司 5 壓力(差壓)電容式變送器后,開創了國外高性能變送器快速進入中國市場的先例,隨后日本富士公司FC系列變送器、日本日立公司EDR/EPR系列變送器也在蘭煉儀表廠、大連儀表廠引進生產。

而隨著國外儀器儀表公司變送器產品的大量涌入,國內生產廠和用戶都逐步熟悉了包括美國羅斯蒙特、美國霍尼韋爾、日本橫河、德國E+H、美國福克斯波羅、日本富士、日本日立、美國摩爾工業、美國Smar等公司生產的產品。

上世紀90年代初期,四川儀表總廠與橫河公司合資成立重慶川儀橫河公司(后改成重慶橫河川儀公司),生產EJA系列變送器,同時通過川儀總廠及橫河公司在華的銷售網絡大力推銷,年銷售額快速增長,2007年變送器產品市場訂貨量達 8萬臺,其風頭遠遠超過羅斯蒙特公司的變送器類產品。ABB公司 999年推出MV2000T智能變送器后,也采用了與羅斯蒙特公司、橫河公司幾乎相同的方式,在中國尋求合作伙伴--上海威爾泰公司,合資建立生產線,并取得了年銷售數萬臺的業績。日本富士公司也與浙江中控自動化儀表公司合作生產CXT變送器。近年來,由于跨國公司在中國變送器的銷售量大幅增長,除了引進技術或合資生產這種方式外,西門子、德國E+HABB均已在中國建立自己的獨資變送器生產線。由此可見,在中國變送器市場上的競爭將越來越激烈。

3 重慶橫河川儀公司的EJA差壓變送器

用市場換技術的引進潮流中,我們付出了沉重的代價,國有品牌除了在低端產品市場上掙扎以外,老的國有企業幾乎全線崩潰。就在此時,以中國的民營企業為代表的一些廠家悄無聲息地出現并發展壯大,給幾乎令人絕望的中國變送器行業帶來一線生機。

4幾個給我們帶來希望的國產變送器生產廠

4.1重慶市偉岸(WECAN)測器制造有限公司

重慶市偉岸公司,是一家專業從事變送器研發、生產、銷售的高科技儀器儀表企業。從 9925 2日創立以來,不斷克服資金短缺、技術人才匱乏、廠房面積狹小、設備技術落后、沒有可借鑒經驗的種種困難, 6年來始終堅持走自主研發、創新優化、市場導向、規模生產的革新之路,不斷以創新精神廣泛吸收世界工業自動化測量與控制及前沿材料領域研發成果應用于偉岸品牌自動化產品。變送器電路從模擬型、智能型再到數字化進行了三次更新換代,結構也從靈巧型直接跳到懸浮式,產量從2000年的3000臺一躍到2007年的50000臺。主力產品SST系列數字化智能變送器獲得了2006年中國儀器儀表最高獎項科技成果獎,該產品同時獲得重慶市科學技術委員會高新技術產品認定,其精確度為0.075%2007年公司產品在中國國內市場占有率達到8.37%,成為國產品牌在國內變送器行業占有率最高的企業,2008年公司銷售目標:6萬臺數字化壓力/差壓變送器。

2007年偉岸測器公司與宇通儀表、海王儀表、東電儀表等公司強強聯手,為實現產業互補、規模經營,共同出資成立重慶中智聯儀表(集團)公司,并在重慶北部新區高新園建成中智聯儀表工業園。園區占地72000平方米,建筑面積40000平方米,該基地的建成使中智聯集團成為國內儀器儀表產業鏈較為完善的大型儀表企業之一,也使偉岸測器成為國內儀器儀表行業一家專業化非常強的公司。2007年 月9日,中智聯儀表工業園舉行竣工典禮,偉岸測器正式遷入新廠房(如圖4所示)。

4 中智聯儀表工業園中的偉岸測器公司高規格廠房

作者曾參觀過偉岸測器公司變送器現代化工藝流水生產線,對所看到的像精密激光焊接設備(如圖5所示)和大型測試箱這樣的先進設備留下了深刻印象。大型測試箱標定精度在

0.0 %240只組裝好的變送器作為一個批次自動推入大型測試箱,操作員只需啟動電腦鍵盤,中央計算機對每臺變送器自動設定、存儲、補償、修整數據,并根據環境改變作進一步補償,最后自動檢測出廠。

5 偉岸測器變送器生產線上的精密激光焊接

4.2 北京華控技術有限責任公司

北京華控公司主要產品包括:符合HART協議、FF協議的變送器圓卡散件,符合HART協議的CDS3 5 系列智能變送器、H375HART手操器、HART232組態調試工具HART協議智能網橋,符合CAN總線標準、PROFIBUS協議的智能分布式系統(SDS)和集散控制系統、現場總線控制系統等,華控公司于 996年成為現場總線基金會(FF)成員、HART通訊基金會成員、OPC基金會成員。

華控公司生產的CDS3 5 系列金屬電容智能變送器精確度:0.07%,量程比: 40:

該公司已具備生產帶FF協議的變送器的生產能力,但目前尚未正式生產。在2008年第三屆中國國際工業自動化(PA/FA)新產品和新技術發布會上,華控公司、廣州森納士、上海賽索、陽江麗田四家公司共同發布了“0.075級金屬電容式壓力/差壓變送器的關鍵技術的報告,介紹了在0.075級變送器

多個關鍵技術上的突破。

4.3上海光華儀表有限公司

上海光華儀表有限公司 98 年自行研制開發CEC系列電容式變送器,這是中國國內最早研制生產的核安全級變送器,產品精確度為0.25%0.5%,符合國標GB 2727GB 3625(等效IEEE-323IEEE-344有關標準)相關的核安全技術要求,該產品已成功用于秦山一期、秦山二期、秦山三期核電站、巴基斯坦恰希瑪核電站、清華大學高溫氣冷堆、中國快堆、中國先進堆等核工程。

4.4上海威爾泰工業自動化有限公司

992年,威爾泰工業自動化股份有限公司成立,2000年與ABB公司合資建立生產線,生產MV2000T智能變送器,200682日,公司股票在深交所上市。

威爾泰公司在引進ABB MV2000T智能變送器的同時,原有變送器產品的生產和開發工作一直沒有停頓,先借鑒國外先進壓力變送器技術而設計開發了WT 5 WT2000變送器,其中WT2000變送器精確度為0. %,量程比為40: ,帶HART協議并獲得國際HART基金會認證,具有自診斷和遠程診斷功能,在2003年獲得歐洲CE認證。威爾泰公司的自有品牌與引進產品構成低中高不同檔次的變送器,可適應不同用戶、不同應用場合的需要。2005年威爾泰推出WT3000系列小型化高精度變送器(如圖6所示),基本誤差為±0.075%,寬量程比: 00: ,采用數字溫度補償技術,溫度性能優異,符合HART通訊協議。2006年,達到核安全級的WT3000N系列變送器通過了上海市經委組織的新產品鑒定,因而在20086月一次就接到核電秦山聯營公司400余萬的訂單。2007年 月,國家科技部決定由上海威爾泰公司與浙江中控自動化儀表公司共同承擔國家863計劃課題——高精度差壓/壓力變送器,后國家發改委將該項課題列入2007年重大裝備自主化項目,并安排國債專項補助資金。

6 威爾泰公司WT3000系列變送器

5 結束語

為了貫徹實施國務院《關于加快振興裝備制造業的若干意見》,國家發改委牽頭組織編制了《十一五自動化控制系統和關鍵精密測試儀器國產化規劃》,儀器儀表行業制定了重大工程自動化控制系統和關鍵精密測試儀器專項規劃并逐步付諸實施。

目前國內壓力/差壓變送器市場雖然仍令人擔憂,但從上面的介紹中我們還是看到了一些希望。首先,國內市場的需求非常強勁;其次,國家非常重視重大裝備自主化,國家領導人先后到北京和利時公司、浙江中控公司、北京國電智深公司等控制系統生產廠調查,傳達了黨和政府對儀器儀表自主化的關心;在招標項目中對歧視國內廠家的做法有了一些限制;在新產品的研制項目上給與經費支持等等。

國內變送器的生產廠家目前應該踏踏實實做好基礎工作,爭取在產品核心技術方面有所突破,在變送器的傳感器部分、電路板部分應加大投入。如偉岸測器投入巨資建立了從原材料購進到精密數控加工、光學研磨、鍍鏌、真空熱處理、燒結等集多種產業為一體的綜合研發體系,從而完成隔離型懸浮式復合傳感器及數字化專用轉換芯片的研發。原儀表司司長奚家成先生對該項成果的評價是305 這類高端市場上取得的關鍵技術突破[2]

帶多種現場總線功能的變送器是高檔變送器的標志之一,目前國內生產的智能變送器只有帶HART®協議的產品。其實早在 996年浙江中控就開發出具有自主知識產權的中國第一塊現場總線變送器圓卡,可以將模擬變送器升級成智能變送器,但至今帶FFPROFIBUS-PA總線的產品尚未正式生產。

我們希望,再經過5 0年的時間,國內自主開發的變送器能夠在國內高檔產品市場上具有與國外公司及合資企業生產的變送器競爭的實力,市場的銷售數量份額能達到50%

參考文獻

[1]www.emersonprocess.com 網站. Rosemount - History.

[2]創新中國——儀表行業中的民族脊梁. [email protected]網站資料.

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