流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)發(fā)展講座課件

2012年自動化專題流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)天津理工大學(xué)自動化學(xué)院主講人：高強(qiáng)時間：2012年11月13日聯(lián)系方式：gaoqiang@qq:89263772912012年自動化專題流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)天津理工大學(xué)自動化12012年自動化專題主要內(nèi)容一、概述二、系統(tǒng)集成技術(shù)

三、先進(jìn)控制技術(shù)四、故障診斷技術(shù)五、總結(jié)22012年自動化專題主要內(nèi)容一、概述222012年自動化專題一、概述32012年自動化專題一、概述33什么是流程工業(yè)？流程工業(yè)(ProcessIndustry)也稱過程工業(yè)，通常是指通過物理變化和化學(xué)變化進(jìn)行的生產(chǎn)過程，其原料和產(chǎn)品多為均一相（固、液或氣體）的物料，而非由零部件組裝成的物品。其產(chǎn)品質(zhì)量多由純度和各種物理、化學(xué)性質(zhì)表征。化工、煉油、冶金、輕工、建材等行業(yè)均屬過程工業(yè)。過程系統(tǒng)(ProcessSystem)4什么是流程工業(yè)？44流程工業(yè)的特點現(xiàn)代流程工業(yè)愈來愈注重于物料、能量的綜合利用。多次循環(huán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。過程工業(yè)向高效、節(jié)能、潔凈型發(fā)展。流程工業(yè)系統(tǒng)模型為具有高度非線性的代數(shù)、微分(偏、常微分)方程混合組成的數(shù)學(xué)模型，模型中包含大量的過程參數(shù)和高維狀態(tài)變量，且高度交聯(lián)、耦合?，F(xiàn)代流程工業(yè)操作可調(diào)、工藝靈活、產(chǎn)品多樣、控制系統(tǒng)化的特點。55流程工業(yè)的特點現(xiàn)代流程工業(yè)愈來愈注重于物料、能量的綜合利用。5工業(yè)過程的類型流程工業(yè)（ProcessIndustry）連續(xù)生產(chǎn)過程產(chǎn)品論“斤”賣如：化肥制造業(yè)（ManufacturingIndustry）離散制造過程產(chǎn)品論“個數(shù)”賣如：螺絲釘工業(yè)過程的類型6工業(yè)過程的類型流程工業(yè)（ProcessIndustry）工6過程控制（ProcessControl）控制流程工業(yè)的生產(chǎn)過程一條生產(chǎn)線只生產(chǎn)一種產(chǎn)品主要控制手段是PID現(xiàn)在流行叫ProcessAutomation（過程自動化）離散控制（DiscreteControl）控制制造業(yè)的加工過程主要手段是順序與邏輯控制現(xiàn)在流行叫FactoryAutomation（工廠自動化）批量控制（BatchControl）同一生產(chǎn)線上的間歇性、多品種生產(chǎn)過程，半連續(xù)過程。既有順序與邏輯控制，也有連續(xù)過程控制每種產(chǎn)品有自己的“配方”主要是食品和制藥行業(yè)工業(yè)控制的分類7過程控制（ProcessControl）工業(yè)控制的分類77連續(xù)控制：流程工業(yè)8連續(xù)控制：流程工業(yè)88離散控制：制造業(yè)離散控制：制造業(yè)9離散控制：制造業(yè)離散控制：制造業(yè)99批量過程：制藥行業(yè)批量過程：制藥行業(yè)10批量過程：制藥行業(yè)批量過程：制藥行業(yè)1010工業(yè)控制的分類outputcontroller+-plantstatedisplaycontrolvariable

(analog)set-pointplantmeasurementplantstatesequenceron/offplantdisplay過程控制：閉環(huán)的特征closed-loopcontrol/regulationkeywords:feedback,analogvariables,continuousprocesses,"processcontrol"離散控制：開環(huán)的特征open-loopcontrol/commandkeywords:sequential/combinatorial,binaryvariables,discreteprocesses,

"batchcontrol","manufacturing"outputerror(deviation)binary%processvaluemeasurementclock大部分工廠都是混合過程工廠11工業(yè)控制的分類outputcontroller+-plant11特點：兼有連續(xù)和離散生產(chǎn)特性，能源和資源消耗大，高溫運作，單體設(shè)備大

連鑄

煉鋼

熱軋精煉板坯庫

加熱爐

高爐煉鐵煉鋼精整線冷軋

12特點：兼有連續(xù)和離散生產(chǎn)特性，能源和資源消耗大，高溫運作，單12流程工業(yè)包括了石化、煉油、化工、制藥、造紙、冶金、采礦、電力、食品加工等在國民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位的行業(yè)全球500強(qiáng)行業(yè)中，流程工業(yè)企業(yè)有70余家，占15%，其營業(yè)收入占總收入的16.5%我國流程企業(yè)年產(chǎn)值占全國企業(yè)年總產(chǎn)值的66%，流程工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r直接影響國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，流程工業(yè)是國家的重要基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)流程工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的支柱地位13流程工業(yè)包括了石化、煉油、化工、制藥、造紙、冶金、采礦、電力13

全球500強(qiáng)企業(yè)中，流程工業(yè)企業(yè)占了70家中國流程工業(yè)總產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值66%流程工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的支柱地位14全球500強(qiáng)企業(yè)中，流程工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的支柱地位114《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》將“流程工業(yè)的綠色化、自動化及裝備”列為優(yōu)先發(fā)展主題，重點研究開發(fā)“基于生態(tài)工業(yè)概念的系統(tǒng)集成和自動化技術(shù)，流程工業(yè)需要的傳感器、智能化檢測控制技術(shù)、裝備和調(diào)控系統(tǒng)?！薄秶鴦?wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》指出，在“發(fā)展重大工程自動化控制系統(tǒng)和關(guān)鍵精密測試儀器，滿足重點建設(shè)工程及其他重大（成套）技術(shù)裝備高度自動化和智能化的需要”實現(xiàn)重點突破。用先進(jìn)控制技術(shù)提高流程工業(yè)自主創(chuàng)新能力國家發(fā)展戰(zhàn)略要求15《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》將“流程工業(yè)的綠色化、自15綜合自動化系統(tǒng)流程工業(yè)系統(tǒng)由企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（PCS）、綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)和集成支撐系統(tǒng)組成集成支撐系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（PCS）綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)智能綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖16綜合自動化系統(tǒng)流程工業(yè)系統(tǒng)由企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）、生產(chǎn)16

ERP、MES和PCS的主要功能:將綜合生產(chǎn)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)計劃、作業(yè)計劃、作業(yè)計劃轉(zhuǎn)化為作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)指令，由操作者去操作和控制生產(chǎn)過程調(diào)度部過程控制系統(tǒng)設(shè)備起停順序工業(yè)生產(chǎn)過程生產(chǎn)計劃部產(chǎn)量、能源、成本、設(shè)備檢修及運行、原料、質(zhì)量作業(yè)計劃：原料、能源、設(shè)備（運行、檢修）、產(chǎn)量作業(yè)班資源供應(yīng)系統(tǒng)水、煤、電、氣、原料

操作員生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)資源調(diào)配生產(chǎn)過程管理部質(zhì)量、能源、成本、設(shè)備（運行、檢修）MESPCS產(chǎn)量

質(zhì)量成本利潤經(jīng)營決策部綜合生產(chǎn)指標(biāo)生產(chǎn)計劃作業(yè)計劃作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)指令17ERP、MES和PCS的主要功能:將綜合生產(chǎn)指標(biāo)17系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)

智能綜合自動化系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)圖18系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)智能綜合自動化系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)圖1818系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)19系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)1919流程工業(yè)綜合自動化面臨的重大任務(wù)流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)和自動化裝備的研究與開發(fā)，是國家的重大戰(zhàn)略需求，是信息化帶動工業(yè)化的戰(zhàn)略重點，是全國自動化工作者面臨的重大任務(wù)，它是：1.加快信息化帶動工業(yè)化步伐的迫切需要；2.加快振興我國裝備制造業(yè)的迫切需要；3.確保我國國民經(jīng)濟(jì)絕對安全的迫切需要；4.實現(xiàn)節(jié)能減排總體目標(biāo)的迫切需要；5.推動控制學(xué)科快速發(fā)展的迫切需要。20流程工業(yè)綜合自動化面臨的重大任務(wù)流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)20技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（1）

在國家發(fā)改委兩個工業(yè)過程自動化和工業(yè)自動化重大專項支持下，我國流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)和控制裝備取得了長足進(jìn)步，中小工程、中低端自動化控制系統(tǒng)與裝備全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，在重大工程和高端技術(shù)市場也形勢喜人：在石化行業(yè)

石化工程主體裝置的自動化控制系統(tǒng)雖然被Honeywell28.3%、Emerson21.2%、Yokogawa17.7%所壟斷，但中控集團(tuán)已進(jìn)入500萬噸煉油、30萬噸合成氨、52萬噸尿素等主體工程；在火電行業(yè)

1000MW超超臨界火電機(jī)組的綜合自動化控制系統(tǒng)全部被進(jìn)口產(chǎn)品所壟斷，但是，國產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)在600MW亞臨界、超超臨界火電機(jī)組獲得成功應(yīng)用，上自儀、和利時、國電智深有一批系統(tǒng)投入運行；21技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（1）2121技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（2）

在國家發(fā)改委兩個工業(yè)過程自動化和工業(yè)自動化重大專項支持下，我國流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)和控制裝備取得了長足進(jìn)步，中小工程、中低端自動化控制系統(tǒng)與裝備全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，在重大工程和高端技術(shù)市場也形勢喜人：在核電行業(yè)我國百千萬瓦核電工程的自動化控制系統(tǒng)已發(fā)展到第三代（全數(shù)字化儀控），全部被法國的AREVA、日本的三菱、美國的西屋、ABB等所壟斷，但和利時、中自儀等不僅承擔(dān)外核全部自動化控制系統(tǒng)任務(wù)，而且開始進(jìn)入核島。在輕紡行業(yè)

我國1800米/分車速、10.8米門幅的特大型造紙機(jī)和大型、高效紡織的自動化控制系統(tǒng)及控制裝備，全部都由國外產(chǎn)品壟斷，但是國產(chǎn)系統(tǒng)已全面進(jìn)入車速在500米/分以下的大型紙機(jī)，雙園系統(tǒng)已淘汰進(jìn)口系統(tǒng)56套。22技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（2）2222技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（3）從總體上看，目前國內(nèi)石化、電力、冶金、高鐵、造紙等重大工程的自動化控制系統(tǒng)的控制裝備，高端技術(shù)市場基本上為進(jìn)口產(chǎn)品所壟斷，主要問題是：自主創(chuàng)新能力低下：開發(fā)設(shè)計能力薄弱，自主知識產(chǎn)權(quán)匱乏；自動化孤島現(xiàn)象嚴(yán)重：應(yīng)用系統(tǒng)相互獨立，技術(shù)集成程度偏低；產(chǎn)品競爭實力不強(qiáng)：低端技術(shù)產(chǎn)品泛濫，高端技術(shù)產(chǎn)品奇缺；全面樹立國產(chǎn)系統(tǒng)形象不力：參于重大工程建設(shè)的能力薄弱，國家重大工程的應(yīng)用業(yè)績?nèi)狈Α?3技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（3）2323技術(shù)的現(xiàn)狀分析2、技術(shù)發(fā)展趨勢（1）（1）大規(guī)模化在大型石化、電力、冶金等行業(yè)中，要求綜合自動化控制系統(tǒng)（裝備）具有較大的規(guī)模，通過多域網(wǎng)絡(luò)和多控制器協(xié)同技術(shù)，使系統(tǒng)規(guī)模超過10000點，并且能夠長期穩(wěn)定運行，以滿足石化、電力、冶金等重大裝備長期穩(wěn)定可靠運行的需要。（2）高安全性由于石油、化工、電力、冶金等行業(yè)的生產(chǎn)流程具有高溫、高壓、易燃、易爆等特點，通常要求綜合自動化控制系統(tǒng)具備高安全性、高可靠性、高穩(wěn)定性、高環(huán)境適應(yīng)性來保障重大裝備長期正常的運轉(zhuǎn)。此外，為了應(yīng)對特殊情況，還要求自動化控制系統(tǒng)提供緊急停車系統(tǒng)和安全儀表系統(tǒng)來保障生產(chǎn)過程的安全。24技術(shù)的現(xiàn)狀分析2、技術(shù)發(fā)展趨勢（1）2424技術(shù)的現(xiàn)狀分析2、技術(shù)發(fā)展趨勢（2）（3）高開放性為了提高生產(chǎn)效率、管理效率，石油、化工、電力、冶金等行業(yè)對于綜合自動化控制系統(tǒng)的管控一體化和信息化要求越來越高，這就要求控制系統(tǒng)具備高開放性來支持廠級的綜合自動化系統(tǒng)。目前進(jìn)口系統(tǒng)大多具備多種現(xiàn)場總線接入的能力，實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)，具有很高的系統(tǒng)開放性。（4）高適用性在石油、化工、電力、冶金等行業(yè)處于壟斷地位的進(jìn)口控制系統(tǒng)供應(yīng)商都有數(shù)十年的行業(yè)應(yīng)用背景，在石油、化工、火電、核電等行業(yè)上積累了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗，這些企業(yè)所提供的綜合自動化控制系統(tǒng)具有很好的針對性和適用性，能夠滿足這些行業(yè)重大工程的各種特殊要求。25技術(shù)的現(xiàn)狀分析2、技術(shù)發(fā)展趨勢（2）2525技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（1）（1）初步形成重大工程完整的自動化控制裝備體系1.國內(nèi)研究制造了SUPCON集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和Webfild網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)等一系列自動化裝備，廣泛應(yīng)用于煉油、化工、發(fā)電、冶金等行業(yè)的重大工程，特別是在煉油化工行業(yè)，占有57%的市場份額，并已成功進(jìn)入500萬噸煤油、30萬噸合成氨、52萬噸尿素等重大工程。目前已銷售6000余套，迫使國外產(chǎn)品降價1/3。2.國內(nèi)研究制造的Suny全集成新一代主控系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用生物化工、制漿造紙和機(jī)械電子等行業(yè)的重大裝備，目前已銷售1800余套。3.以上控制系統(tǒng)是重大裝備的重要組成部分，是重大工程的“神經(jīng)”和“心臟”。這些控制系統(tǒng)的研制成功和大面積推廣應(yīng)用，以及形成的控制裝備主控系統(tǒng)體系（DCS、FCS、PLC、PCC），有力地武裝了我國的裝備制造業(yè)。為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、帶動國家、地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。26技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（1）2626技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（2）（2）初步形成重大工程自動化控制應(yīng)用技術(shù)體系1.在控制工程領(lǐng)域，全世界普通存在著一種十分嚴(yán)重的問題，那就是基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用之間存在著一條鴻溝。2.實際工程應(yīng)用急需突破傳統(tǒng)控制理論與控制方法的局限性和數(shù)學(xué)化，研究以綜合優(yōu)化為目標(biāo)的、應(yīng)用于重大工程或重大裝備這一復(fù)雜對象的新型控制方法。3.國內(nèi)一直以來致力于應(yīng)用理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，經(jīng)過多年工程化、實用化研究，取得了一大批應(yīng)用理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究成果，形成了自動化控制應(yīng)用技術(shù)體系，并大面積應(yīng)用于重大工程或重大裝備，為填平基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用之間的鴻溝作出了重要貢獻(xiàn)。27技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（2）2727技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（3）（3）初步形成重大工程節(jié)能減排先進(jìn)控制與優(yōu)化算法庫一直以來致力于研究重大工程和重大裝備節(jié)能減排的自動化裝備和控制系統(tǒng)：在鋼鐵工業(yè)方面，研究開發(fā)了大型高爐、大型加熱爐和大型冷熱連軋機(jī)等重大裝備節(jié)能降耗一系列先進(jìn)控制與裝備優(yōu)化系統(tǒng)，一個大型高爐爐氣的能量優(yōu)化系統(tǒng)，年節(jié)電就達(dá)到1億度；在煉化工業(yè)方面，研究開發(fā)出大型常減壓、大型催裂化、大型鉑重整等重大工程節(jié)能降耗的自動化裝備和優(yōu)化控制系統(tǒng)，一個煉化廠的能量優(yōu)化系統(tǒng)就使該廠的能量消耗因素降低11.94％；在輕紡工業(yè)方面，研發(fā)的大型造紙機(jī)、大型蒸發(fā)器和大型紡織機(jī)等裝備的節(jié)能減排自動化控制系統(tǒng)，取得了重大的節(jié)能減排效果，一個年產(chǎn)10萬噸紙和漿的造紙廠，節(jié)能達(dá)到35％，減排15％。國內(nèi)針對重大工程和重大裝備研發(fā)的節(jié)能減排先進(jìn)控制和優(yōu)化技術(shù)，已形成了一個較為完整的算法庫，為節(jié)能減排總體目標(biāo)的實現(xiàn)作出了重要貢獻(xiàn)。28技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（3）2828今后的推進(jìn)任務(wù)1、全集成新一代工業(yè)自動化系統(tǒng)(1).全集成新一代工業(yè)自動化系統(tǒng)是以獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益為目標(biāo)，以具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高環(huán)境適應(yīng)性等特點為基礎(chǔ)，以復(fù)雜工程系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化理論及方法為指導(dǎo)，以將DCS、PLC、FCS和MCS、PCS、QCS綜合集成為特征，以在關(guān)鍵裝置和大型企業(yè)獲得成功應(yīng)用為標(biāo)志的高端工業(yè)自動化系統(tǒng)。(2).目前已推廣應(yīng)用1800余套，在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用，累計銷量世界第一，年銷量世界第一，與國內(nèi)外著名公司35項指標(biāo)的比較，該系統(tǒng)優(yōu)于同類產(chǎn)品。29今后的推進(jìn)任務(wù)1、全集成新一代工業(yè)自動化系統(tǒng)2929今后的推進(jìn)任務(wù)2、新一代主控系統(tǒng)平臺技術(shù)(1).以DCS技術(shù)為基礎(chǔ)，將PLC、ESD、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)集成為新一代主控系統(tǒng)，首創(chuàng)控制多重?zé)醾淙哂?；開發(fā)了符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，支持FBD/LD/SFC/ST/IL，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的控制編程語言；獨創(chuàng)基于靈巧總線的I/O模塊智能調(diào)理技術(shù)，實現(xiàn)I/O模塊點點隔離、點點互隔、通用輸入、在線校正、任意配置等功能。(2).新一代主控系統(tǒng)平臺基于全智能化、全數(shù)字化、全網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計思想；具有模塊化柔性設(shè)計；實現(xiàn)過程控制、邏輯控制、順序控制綜合；支持先進(jìn)控制與過程優(yōu)化算法集；提供開放數(shù)據(jù)接口、現(xiàn)場總線與互聯(lián)網(wǎng)接入；性能價格比優(yōu)。30今后的推進(jìn)任務(wù)2、新一代主控系統(tǒng)平臺技術(shù)3030今后的推進(jìn)任務(wù)3、裝備自動化系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)平臺自動化儀表與控制裝置設(shè)計開發(fā)平臺

實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件開發(fā)，包括綜合儀表、可編程邏輯控制器、可編程人機(jī)界面，集成控制器；工業(yè)控制應(yīng)用軟件開發(fā)平臺實現(xiàn)圖形監(jiān)控、控制編程、實時數(shù)據(jù)庫、人機(jī)界面編程等，構(gòu)建一個形象友好、功能強(qiáng)大、穩(wěn)定開放的軟件開發(fā)環(huán)境；先進(jìn)控制與裝備優(yōu)化設(shè)計開發(fā)平臺研究和開發(fā)裝備建模、控制與優(yōu)化算法及系統(tǒng)集成技術(shù)，建立多種關(guān)鍵裝備、多種工藝條件、多種產(chǎn)品規(guī)格的模型庫、先進(jìn)控制與裝備優(yōu)化算法庫及工程應(yīng)用模板；成套專用控制裝置設(shè)計開發(fā)平臺結(jié)合裝備特點，采用先進(jìn)的測量技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、裝備優(yōu)化技術(shù)，配備專用建模、控制、優(yōu)化、管理軟件，開發(fā)專用自動化集成系統(tǒng)。

31今后的推進(jìn)任務(wù)3、裝備自動化系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)平臺31312012年自動化專題二、系統(tǒng)集成技術(shù)322012年自動化專題二、系統(tǒng)集成技術(shù)3232過程控制發(fā)展回顧階段一（年代70以前）二（70～80年代）三（90年代）控制理論經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論控制論、信息論、系統(tǒng)論、人工智能等學(xué)科交叉控制工具常規(guī)儀表（氣動、液動、電動）分布式控制計算機(jī)（DCS）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)與智能儀表控制要求安全、平穩(wěn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗市場預(yù)測、快速響應(yīng)、柔性生產(chǎn)、創(chuàng)新管理控制水平簡單控制系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)綜合自動化（CIPS）先進(jìn)的控制工具，DCS、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)與完善；現(xiàn)代控制理論的不斷發(fā)展與提高。如預(yù)測控制、自適應(yīng)控制、非線性控制、魯棒控制以及智能控制等控制策略與方法仍然為目前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工程界的熱點研究課題。33過程控制發(fā)展回顧階段一二三控制理論經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論控33過程控制重要發(fā)展階段模擬監(jiān)測儀表＋手動控制（1930以前）模擬單回路反饋控制器（1930以后）?1945年美國人Bode，奠定了控制理論的基礎(chǔ)。監(jiān)督控制（SCADA：SupervisoryControlandDataAquisition）?計算機(jī)開始用于過程控制，主要是監(jiān)視功能（1950s）設(shè)定值控制（SPC：SetPointControl）?由計算機(jī)計算出給定值，輸出給模擬調(diào)節(jié)器（1960s）直接數(shù)字控制（DDC：DirectDigitalControl）?模擬PID電路變成了數(shù)字PID（1960s）可編程控制器（PLC：ProgrammableLogicController）?DickMorley博士，1968年，Modicon公司，084系列分布式控制系統(tǒng)（DCS：DistributedControlSystem）?分布式控制器，集中CRT監(jiān)視（1975年，Honeywell：TDC2000）現(xiàn)場總線儀表（FieldbusInstrument）?用數(shù)字信號儀表取代4－20mA模擬儀表（1990s）34過程控制重要發(fā)展階段模擬監(jiān)測儀表＋手動控制（1930以前）334信息化工廠的層次生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）監(jiān)視與人機(jī)接口(SCADA)單元控制回路控制傳感器、變送器、執(zhí)行器被控主設(shè)備企業(yè)管理（ERP）DCS35信息化工廠的層次生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）監(jiān)視與人機(jī)接口(SCA35信息化工廠的層次MES單元控制回路控制輸入輸出傳感器、變送器、執(zhí)行器AV控制室操作接口controlroom被控主設(shè)備工作流與生產(chǎn)執(zhí)行過程控制SCADA=SupervisoryControlAndDataAcquisitionTERP企業(yè)管理36信息化工廠的層次MES單元控制回路控制輸入輸出傳感器、變送器36流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)功能層次通常分為：直接控制級、過程管理級、生產(chǎn)管理級、經(jīng)營管理級。各級從“上級”獲取指示，從“下級”獲取信息，產(chǎn)生對“下級”的控制。直接控制經(jīng)營管理生產(chǎn)管理過程管理連續(xù)過程間歇過程離散過程經(jīng)營管理級居于工廠自動化系統(tǒng)的最高一層，負(fù)責(zé)全廠廣泛的工程、經(jīng)濟(jì)、商務(wù)、人事以及其它的工作。如：市場分析、銷售和生產(chǎn)計劃······過程管理級主要功能包括回路組態(tài)、優(yōu)化控制、性能監(jiān)視、故障監(jiān)測、記錄、報警……生產(chǎn)管理主要完成生產(chǎn)規(guī)劃，生產(chǎn)監(jiān)視，根據(jù)用戶訂單、庫存、能耗約束、能耗需求等指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。在許多DCS中，這級就充當(dāng)最高管理層。直接控制級主要功能包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)視、故障診斷，控制輸出、安全性能和冗余性能的實施……37流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)功能層次通常分為：直接控制級、37現(xiàn)場設(shè)備：傳感器、變送器、執(zhí)行器現(xiàn)場設(shè)備：傳感器、變送器、執(zhí)行器38現(xiàn)場設(shè)備：傳感器、變送器、執(zhí)行器現(xiàn)場設(shè)備：傳感器、變送器、執(zhí)38控制器與輸入輸出控制器與輸入輸出39控制器與輸入輸出控制器與輸入輸出3939控制室人機(jī)接口：模擬時代控制室人機(jī)接口：模擬時代40控制室人機(jī)接口：模擬時代控制室人機(jī)接口：模擬時代4040控制室人機(jī)接口：數(shù)字時代控制室人機(jī)接口：數(shù)字時代41控制室人機(jī)接口：數(shù)字時代控制室人機(jī)接口：數(shù)字時代4141各層次系統(tǒng)的相應(yīng)時間PlanningLevelExecutionLevelControlLevelSupervisoryLevelmsSecondsHoursDaysWeeksMonthYearsERP

(EnterpriseResourcePlanning)DCSMES(ManufacturingExecutionSystem)PLC(ProgrammableLogicController)(DistributedControlSystem)(SupervisoryControlandDataAcquisition)SCADA各層次系統(tǒng)的相應(yīng)時間42各層次系統(tǒng)的相應(yīng)時間PlanningExecutionCon42DCS基本體系結(jié)構(gòu)43DCS基本體系結(jié)構(gòu)4343一個專業(yè)的儀控工程師（I&C

Professional）通曉各種傳感器、變送器、執(zhí)行器的應(yīng)用通曉基本控制元件（如繼電器等）通曉DCS/PLC等系統(tǒng)硬件的指標(biāo)和應(yīng)用通曉HMI軟件的應(yīng)用通曉過程控制算法的設(shè)計和現(xiàn)場調(diào)試通曉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和現(xiàn)場總線的應(yīng)用通曉各種流行的軟件接口（如OPC）應(yīng)用通曉各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國際和國家強(qiáng)制型法規(guī)通曉儀控項目的實施和管理44一個專業(yè)的儀控工程師（I&CProfessional）通曉44第三部分P&ID圖的通用設(shè)計規(guī)定P&ID圖首頁圖45第三部分P&ID圖的通用設(shè)計規(guī)定P&ID圖首頁圖4545第三部分P&ID圖的通用設(shè)計規(guī)定完整的P&ID舉例46第三部分P&ID圖的通用設(shè)計規(guī)定完整的P&ID舉例46462012年自動化專題三、先進(jìn)控制技術(shù)472012年自動化專題三、先進(jìn)控制技術(shù)4747目前流程工業(yè)控制中存在的問題控制效果差控制效果波動大，沒有對產(chǎn)品質(zhì)量和工藝指標(biāo)進(jìn)行控制，因而產(chǎn)品質(zhì)量差，產(chǎn)品收率低，生產(chǎn)成本高能耗大石化行業(yè)的能耗和污染排放水平仍居工業(yè)行業(yè)前列。全行業(yè)綜合能源消費量已占全國能耗總量的約為13%,占工業(yè)能耗總量的約為18%。2010年,全行業(yè)二氧化碳排放高達(dá)8.63億噸,僅次于電力和鋼鐵行業(yè),位居工業(yè)部門第三位;2009年全行業(yè)排放廢水41.6億噸,化學(xué)需氧量63.9萬噸,氨氮9.9萬噸,二氧化硫174.1萬噸,氮氧化物89.9萬噸,均居工業(yè)部門前列。裝置故障率高48目前流程工業(yè)控制中存在的問題控制效果差4848先進(jìn)控制技術(shù)的出現(xiàn)解決目前流程工業(yè)控制中存在的問題，實現(xiàn)生產(chǎn)過程運行的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”先進(jìn)控制技術(shù)是一個廣泛的概念，是指不同于常規(guī)控制方案的一切控制新方法預(yù)測控制技術(shù)軟測量技術(shù)過程監(jiān)控技術(shù)49先進(jìn)控制技術(shù)的出現(xiàn)解決目前流程工業(yè)控制中存在的問題，實現(xiàn)生產(chǎn)49相對傳統(tǒng)的以溫度、壓力、液位等為目標(biāo)的單回路控制而言，先進(jìn)控制則是以質(zhì)量和工藝要求為指標(biāo)的多變量控制先進(jìn)控制系統(tǒng)的本質(zhì)：50相對傳統(tǒng)的以溫度、壓力、液先進(jìn)控制系統(tǒng)的本質(zhì)：5050加熱爐的控制

單回路控制系統(tǒng)有：1、燃燒系統(tǒng)－燃料、送風(fēng)、負(fù)壓、含氧量等控制2、加熱系統(tǒng)－物流的溫度控制3、物流系統(tǒng)－流量、壓力等控制各種控制回路之間存在著強(qiáng)耦合系統(tǒng)具有非線性因素各參數(shù)之間有互動作用作干擾處理51加熱爐的控制單回路控制系統(tǒng)有：1、燃燒系統(tǒng)－燃51

燃料

送風(fēng)機(jī)

引風(fēng)機(jī)

噴水

壓力

風(fēng)燃比

負(fù)壓

溫度

水位

給水結(jié)論：1、在耦合作用下各被控參數(shù)必然有很大波動2、人們關(guān)心的控制指標(biāo)：燃燒效率、尾氣含氧量、影響安全因素（水位、負(fù)壓）等3、必需將加熱爐作一整體來考慮－多變量系統(tǒng)

52燃料送風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)噴水壓力風(fēng)燃比52制藥工業(yè)中的典型設(shè)備－發(fā)酵罐的自動控制菌體濃度還原糖濃度氨氮濃度青霉素效價

營養(yǎng)液氨水硫氨（氮）苯乙酸53制藥工業(yè)中的典型設(shè)備－發(fā)酵罐的自動控制菌體濃度營養(yǎng)液5353多變量魯棒預(yù)測控制器結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫辨識器多變量預(yù)測控制器軟儀表快速、平穩(wěn)地控制整套裝置、可提高生產(chǎn)過程的處理能力增加高附加值的產(chǎn)品率采用預(yù)測原理，可克服過程大滯后現(xiàn)象和外部干擾，達(dá)到“卡邊”生產(chǎn)的目標(biāo)54多變量魯棒預(yù)測控制器結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫辨識器多變量預(yù)54先進(jìn)控制器實施現(xiàn)場曲線初餾塔干點航煤初餾點航煤干點航煤閃點輕柴95%航煤冰點55先進(jìn)控制器實施現(xiàn)場曲線初餾塔干點航煤初餾點航煤干點航煤閃點輕55先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用的效益

Aspen公司數(shù)據(jù)表明：

實施APC取得的效益中，降低能耗占10％，產(chǎn)品質(zhì)量提高占10%，提高裝置生產(chǎn)平穩(wěn)與安全性占15％，提高回收率占15％，提高加工能力占30％。Chemshare公司數(shù)據(jù)表明：用DCS改造常規(guī)儀表獲得10％的效益，在DCS上實現(xiàn)APC獲得40％的效益

56先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用的效益Aspen公司數(shù)據(jù)表明：5656先進(jìn)控制技術(shù)的作用隨著工業(yè)過程日益朝著集成化、大型化方向發(fā)展，系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加，表現(xiàn)為控制目標(biāo)多元化，變量數(shù)目增多且相關(guān)性增強(qiáng)以及存在多種約束。控制+優(yōu)化+監(jiān)控=效益先進(jìn)控制優(yōu)化/在線優(yōu)化過程監(jiān)控Operators工程界形成共識：先進(jìn)控制

–確保操作運行在局部約束條件邊界上

優(yōu)化/在線優(yōu)化–追求效益最大化目標(biāo)過程監(jiān)控–改進(jìn)、提高運行效率57先進(jìn)控制技術(shù)的作用隨著工業(yè)過程日益朝著集成化、大型化方向發(fā)展57先進(jìn)控制技術(shù)的作用原材料信息獲取/生產(chǎn)計劃優(yōu)化RawMaterialAcquisition/RunPlanOptimization采用簡化模型，僅考慮主要約束條件優(yōu)化全廠裝置優(yōu)化預(yù)期進(jìn)料、操作條件和價格以效益最大化為驅(qū)動目標(biāo)，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)定價生產(chǎn)計劃－每月/每周平均計劃操作條件實時優(yōu)化Current-RealTime-OperationsOptimization詳細(xì)的工程模型，準(zhǔn)確預(yù)測所有約束進(jìn)行各個裝置的單元優(yōu)化，非全廠規(guī)?；诋?dāng)前生產(chǎn)操作條件與價格進(jìn)行優(yōu)化優(yōu)化目標(biāo)值能夠自動執(zhí)行先進(jìn)控制應(yīng)用AdvancedControlApplications通過裝置測試獲取線性動態(tài)模型應(yīng)用范圍小于RTO（單一指標(biāo)、控制回路等）進(jìn)行動態(tài)約束控制各約束條件預(yù)先定義的、區(qū)分優(yōu)先級別計劃優(yōu)化系統(tǒng)（PIMS）在線優(yōu)化（RTO）先進(jìn)控制（APC）每月/周小時分鐘調(diào)度約束、價格等計劃、調(diào)度的過程變量過程約束優(yōu)化目標(biāo)58先進(jìn)控制技術(shù)的作用原材料信息獲取/生產(chǎn)計劃優(yōu)化計劃優(yōu)化系統(tǒng)在58先進(jìn)控制技術(shù)的實施過程優(yōu)化工程師先控工程師RTO模型及其在線應(yīng)用APC應(yīng)用RTO系統(tǒng)平臺DCS界面系統(tǒng)工程師分析工程師

進(jìn)料/產(chǎn)品分析實驗室計劃調(diào)度人員

價格驅(qū)動力限制約束離線學(xué)習(xí)目標(biāo)函數(shù)、定價、邏輯終端用戶操作工程師59先進(jìn)控制技術(shù)的實施過程優(yōu)化先控RTO模型及其在線應(yīng)用AP59預(yù)測控制基本知識預(yù)測控制：模型預(yù)測控制，ModelPredictiveControl，MPC20世紀(jì)70年代末，在工業(yè)過程控制領(lǐng)域出現(xiàn)的一種基于模型的計算機(jī)控制算法。有著深刻的實際應(yīng)用背景，首先應(yīng)用于實際工業(yè)問題的解決，來自于工業(yè)實踐者。1978年，Richalet首先發(fā)表論文進(jìn)行了介紹，隨后引起研究熱潮，是目前工業(yè)過程中最為成功研究最多的先進(jìn)控制算法。60預(yù)測控制基本知識預(yù)測控制：模型預(yù)測控制，ModelPred60預(yù)測控制基本知識預(yù)測控制的基本原理模型預(yù)測模型預(yù)測模型預(yù)測滾動優(yōu)化模型預(yù)測反饋校正輸入輸出模型假設(shè)未來輸入預(yù)測未來輸出以滾動方式對未來有限時域進(jìn)行優(yōu)化在線計算并實現(xiàn)當(dāng)前控制作用每一時刻檢測實際輸出以預(yù)測誤差補(bǔ)償對未來輸出的預(yù)測61預(yù)測控制基本知識預(yù)測控制的基本原理模型預(yù)測模型預(yù)測模型預(yù)測61預(yù)測控制基本知識與預(yù)測控制有關(guān)的例子：過馬路，下棋62預(yù)測控制基本知識與預(yù)測控制有關(guān)的例子：過馬路，下棋6262預(yù)測控制基本知識與預(yù)測控制有關(guān)的例子：過馬路，下棋63預(yù)測控制基本知識與預(yù)測控制有關(guān)的例子：過馬路，下棋6363預(yù)測控制算法的類型動態(tài)矩陣控制(Cutleretal,1980) （DynamicMatrixControl,DMC）模型算法控制(Richaletetal,1978) （ModelAlgorithmControl,MAC）廣義預(yù)測控制(Clarkeetal,1987) （GeneralizedPredictiveControl,GPC）預(yù)測函數(shù)控制(Adersaetal,1987)（PredictiveFunctionalControl,PFC）單值預(yù)測控制、狀態(tài)空間預(yù)測控制、。。。。。

64預(yù)測控制算法的類型動態(tài)矩陣控制(Cutleretal,64預(yù)測控制技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用預(yù)測控制理論產(chǎn)生于工業(yè)過程控制領(lǐng)域的需求和實踐，具有很強(qiáng)的應(yīng)用背景目前已經(jīng)在煉油、化工、電力、航空航天、汽車控制等多個方面有著成功應(yīng)用尤其是在油田石化方面有大量應(yīng)用，在催化裂化、加氫重整、常減壓、延遲焦化等大型裝置上有許多應(yīng)用報道國內(nèi)外流程工業(yè)中幾乎所有先進(jìn)控制軟件都與預(yù)測控制技術(shù)相關(guān)，是工業(yè)過程應(yīng)用中最具代表性的先進(jìn)控制算法65預(yù)測控制技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用預(yù)測控制理論產(chǎn)生于工業(yè)過程控制領(lǐng)域的需65預(yù)測控制技術(shù)的應(yīng)用軟件第一代：IDCOM、DMC主要處理無約束多變量過程控制第二代：QDMC解決了輸入輸出約束問題第三代：SMOC、SMCA、HIECON、IDCOM-M解決了有約束多變量過程MPC優(yōu)化中的不可行解問題第四代：DMC+（Aspen)、RMPCT(Honeywell)多目標(biāo)優(yōu)化、魯棒設(shè)計、系統(tǒng)辨識技術(shù)66預(yù)測控制技術(shù)的應(yīng)用軟件第一代：IDCOM、DMC6666當(dāng)前預(yù)測控制軟件特點典型代表：DMC+和RMPCT1995年，HONEYWELL兼并Profimatics公司，將RMPC與PCT算法整合形成RMPCT軟件包1996年，ASPEN兼并Setpoint和DMC公司，將SMCA和DMC融合形成DMC+軟件

特點都采用了Windows圖形用戶界面，可以處理具有優(yōu)先權(quán)控制目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化問題，增強(qiáng)了穩(wěn)態(tài)目標(biāo)優(yōu)化的適應(yīng)性，優(yōu)化中直接考慮了模型的不確定性，采用先進(jìn)的模型辨識技術(shù)67當(dāng)前預(yù)測控制軟件特點典型代表：DMC+和RMPCT6767國內(nèi)預(yù)測控制應(yīng)用情況國內(nèi)最早是齊魯石化公司勝利煉油廠引進(jìn)了美國Setpoint公司的IDCOM-M軟件，并應(yīng)用于催化裂化裝置取得成功近些年來，我國已經(jīng)引進(jìn)了SMCA、DMC+、RMPCT等多個公司的先進(jìn)控制軟件，在許多石油石化裝置取得成功應(yīng)用引進(jìn)國外軟件的問題價格非常高（licence約50~80萬美元，加工程服務(wù)費）核心技術(shù)保密68國內(nèi)預(yù)測控制應(yīng)用情況國內(nèi)最早是齊魯石化公司勝利煉油廠引進(jìn)了美68國內(nèi)預(yù)測控制應(yīng)用情況國內(nèi)在八五和九五期間實施科技攻關(guān)，相當(dāng)多的院校開發(fā)先進(jìn)控制技術(shù)和軟件浙江大學(xué):APC-Hiecon、APC-PFC石油大學(xué)上海交通大學(xué)MCC清華大學(xué)國內(nèi)先進(jìn)控制實施中問題多數(shù)研究側(cè)重于單個工程實施，仍然缺乏知名的先進(jìn)控制商品化軟件，目前難以與國際廠商抗衡69國內(nèi)預(yù)測控制應(yīng)用情況國內(nèi)在八五和九五期間實施科技攻關(guān)，相當(dāng)多69軟測量技術(shù)?軟測量技術(shù)的主要思想

對于過程中難以在線測量的重要過程變量（主導(dǎo)變量或一次變量)，選擇與之相關(guān)的一組易測變量(輔助變量或二次變量)，構(gòu)造兩者之間的某種數(shù)學(xué)關(guān)系，用計算機(jī)軟件實現(xiàn)重要工藝參數(shù)的估計，為過程監(jiān)控和優(yōu)化控制提供重要信息。?軟測量結(jié)構(gòu)示意圖70軟測量技術(shù)?軟測量技術(shù)的主要思想7070為什么需要軟測量技術(shù)?我國流程工業(yè)裝置質(zhì)量控制中普遍存在的問題重要質(zhì)量指標(biāo)波動較大產(chǎn)品質(zhì)量難以嚴(yán)格在線控制?解決問題的關(guān)鍵是圍繞預(yù)測控制的先進(jìn)控制算法，而先進(jìn)控制的實施關(guān)鍵是質(zhì)量指標(biāo)的在線實時測量。71為什么需要軟測量技術(shù)?我國流程工業(yè)裝置質(zhì)量控制中普遍存在的問71為什么需要軟測量技術(shù)?質(zhì)量指標(biāo)工業(yè)檢測的現(xiàn)狀主要是離線化驗分析，頻次1次/2小時或1次/4小時。在線質(zhì)量分析儀表:價格昂貴、維護(hù)困難、在線使用率低?軟測量技術(shù)是可行方案選擇易測變量，推斷和估計質(zhì)量變量以軟件代替硬件，實現(xiàn)質(zhì)量實時測量克服裝置波動、提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、減少過渡料經(jīng)濟(jì)效益顯著72為什么需要軟測量技術(shù)?質(zhì)量指標(biāo)工業(yè)檢測的現(xiàn)狀72722012年自動化專題四、故障診斷技術(shù)732012年自動化專題四、故障診斷技術(shù)7373系統(tǒng)監(jiān)控的意義?現(xiàn)代化工業(yè)正朝著大規(guī)模、復(fù)雜化的方向發(fā)展通常包含高溫、高壓、易燃、易爆的生產(chǎn)過程，系統(tǒng)一旦發(fā)生事故就會造成人員和財產(chǎn)的巨大損失。?系統(tǒng)監(jiān)控有2層含義：1.以保證主要設(shè)備乃至生產(chǎn)全過程的安全為目標(biāo)：避免生產(chǎn)事故、減少財產(chǎn)損失；2.為保證產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)：減少產(chǎn)品質(zhì)量波動、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效。74系統(tǒng)監(jiān)控的意義?現(xiàn)代化工業(yè)正朝著大規(guī)模、復(fù)雜化的方向發(fā)展通常74流程工業(yè)可能出現(xiàn)的故障?過程參數(shù)變化：催化劑中毒、熱交換器結(jié)垢等?干擾參數(shù)變化：進(jìn)料流股中的濃度變化、環(huán)境溫度變化等?執(zhí)行器問題：卡住、空氣泄露、氣源故障等?傳感器問題：堵塞、標(biāo)定誤差等造成儀表損壞或偏差?控制器問題：控制性能等75流程工業(yè)可能出現(xiàn)的故障?過程參數(shù)變化：催化劑中毒、熱交換器結(jié)75典型事故案例?1997年，北京東方化工廠發(fā)生乙烯裝置起火爆炸事故。?2000年，羅馬尼亞的一家黃金制品廠廢品溶化爐發(fā)生故障，造成了歐洲特大環(huán)境災(zāi)難。?2005年11月13日，吉林石化雙苯廠爆炸，松花江水污染，事故原因為操作工誤操作導(dǎo)致進(jìn)料系統(tǒng)溫度超高76典型事故案例?1997年，北京東方化工廠發(fā)生乙烯裝置起火爆炸76為什么要開展故障診斷研究?過程監(jiān)控與故障診斷可以減少經(jīng)濟(jì)損失僅美國石化行業(yè)，每年估計因缺乏對異常事件的有效監(jiān)控而損失200億美元?過程監(jiān)控與故障診斷可以改變維修方式據(jù)美國統(tǒng)計局統(tǒng)計，每年工業(yè)設(shè)備維修費用約2500億美元，專家估計其中約750億美元是“過剩維修”費用。由事后維修和計劃維修向更為先進(jìn)的狀態(tài)維修和預(yù)防維修方式轉(zhuǎn)變77為什么要開展故障診斷研究?過程監(jiān)控與故障診斷可以減少經(jīng)濟(jì)損失77故障診斷在系統(tǒng)中的定位ERPEnterpriseResourcePlanningPCSProcessControlSystemMESManufacturingExecutionSystem企業(yè)資源計劃過程控制系統(tǒng)制造執(zhí)行系統(tǒng)系統(tǒng)監(jiān)控與故障診斷78故障診斷在系統(tǒng)中的定位ERPPCSMES企業(yè)資源計劃過程控制78故障診斷在系統(tǒng)中的定位決策層管理層調(diào)度層經(jīng)營決策系統(tǒng)產(chǎn)品策略管理信息系統(tǒng)生產(chǎn)計劃生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度指令故障診斷系統(tǒng)系統(tǒng)優(yōu)化計算機(jī)控制系統(tǒng)控制信息生產(chǎn)過程監(jiān)控層控制層實時數(shù)據(jù)庫79故障診斷在系統(tǒng)中的定位決策層管理層調(diào)度層經(jīng)營決策系統(tǒng)產(chǎn)品策略79故障診斷技術(shù)方法體系故障診斷方法基于解析模型的方法基于知識的方法基于數(shù)據(jù)的方法狀態(tài)觀測器卡爾曼濾波器參數(shù)辨識等價空間方程專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有向符號圖主元分析法典型變量分析獨立元分析法機(jī)理建模難度大，受到建模誤差和外部干擾等因素影響知識庫極為龐大，推理規(guī)則的建立過程非常復(fù)雜數(shù)據(jù)可靠性要求高，故障源診斷困難80故障診斷技術(shù)方法體系故基于解析模型的方法基于知識的方法基于數(shù)80基于解析模型的方法以系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，構(gòu)造基于狀態(tài)或者參數(shù)的殘差，使用某種準(zhǔn)則對殘差進(jìn)行分析與評價，實現(xiàn)故障檢測與診斷。故障診斷過程比較清晰，易辨識故障變量，尋找障原因。系統(tǒng)建模誤差、外部干擾對診斷結(jié)果影響較大。

81基于解析模型的方法以系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，構(gòu)造基于狀態(tài)或者參81基于知識的方法20世紀(jì)80、90年代，人工智能領(lǐng)域部分研究的突破,專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊推理等技術(shù)的研究形成熱潮，并逐漸應(yīng)用于故障診斷技術(shù)。不需要精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，充分利用了專家經(jīng)驗和工藝知識。可以處理非線性問題。對于大的系統(tǒng)來說，故障診斷系統(tǒng)所需要的知識庫極為龐大，推理規(guī)則的建立非常復(fù)雜，應(yīng)用此方法的故障診斷技術(shù)往往誤報率和漏報率很高。82基于知識的方法20世紀(jì)80、90年代，人工智能領(lǐng)域部分研究的82基于數(shù)據(jù)的方法90年代，DCS系統(tǒng)在工業(yè)控制中大量應(yīng)用，形成大型工業(yè)數(shù)據(jù)庫，對工業(yè)數(shù)據(jù)的深入挖掘分析為故障診斷技術(shù)的發(fā)展提供了前提條件。 使用統(tǒng)計模型，挖掘數(shù)據(jù)的內(nèi)在信息，適合用于大型復(fù)雜工業(yè)過程（如煉油化工過程）的故障診斷，無需機(jī)理模型，但是對數(shù)據(jù)的可靠性要求較高。典型技術(shù)：主元分析PCA，偏最小二乘法PLS83基于數(shù)據(jù)的方法90年代，DCS系統(tǒng)在工業(yè)控制中大量應(yīng)用，形成83基于數(shù)據(jù)的方法84基于數(shù)據(jù)的方法8484故障診斷技術(shù)在流程工業(yè)中的應(yīng)用?（1）石油化工領(lǐng)域采用數(shù)據(jù)驅(qū)動故障診斷方法的國際知名公司DuPont（美國杜邦）、Shell（荷蘭皇家／殼牌集團(tuán)公司）、Amoco（美國石油公司）、BP（英國石油公司）、NesteChemicals（芬蘭耐思特石油公司）、StatoilMongstadRefinery（挪威煉油廠）、EastmanChemicals（美國伊士曼化工公司）、BritishNuclearFuelsPLC（英國核燃料集團(tuán)公司）。涉及的裝置反應(yīng)器：pH中和反應(yīng)、流化床反應(yīng)器、間歇反應(yīng)器煉油裝置：精餾塔、流化催化裂化裝置、殘油催化裂化裝置、加氫裂化分餾器、催化重整系統(tǒng)、低溫空氣分離裝置。85故障診斷技術(shù)在流程工業(yè)中的應(yīng)用?（1）石油化工領(lǐng)域8585故障診斷技術(shù)在流程工業(yè)中的應(yīng)用?（2）鋼鐵領(lǐng)域采用采用數(shù)據(jù)驅(qū)動故障診斷方法的國際知名公司

POSCO（韓國鋼鐵浦項綜合制鐵株式會社）Dofasco（加拿大鋼廠）86故障診斷技術(shù)在流程工業(yè)中的應(yīng)用?（2）鋼鐵領(lǐng)域868687Dofasco（加拿大鋼廠）開發(fā)應(yīng)用了一種基于多變量統(tǒng)計的系統(tǒng)來監(jiān)控鋼鐵澆鑄過程。為操作工設(shè)計的監(jiān)控界面包含測量值、監(jiān)控曲線和貢獻(xiàn)等信息，簡單直觀。圖a鑄造機(jī)器主界面注：上面左邊是SPE監(jiān)控圖，右邊是監(jiān)控圖；下面曲線是鋼水液位波動圖；棒狀圖顯示了熱電偶的溫度。

圖b鑄造機(jī)器貢獻(xiàn)界面注：按順序顯示失控狀況的貢獻(xiàn)變量

8787Dofasco（加拿大鋼廠）開發(fā)應(yīng)用了一種基于多變量872012年自動化專題五、總結(jié)882012年自動化專題五、總結(jié)8888總結(jié)?流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)?流程工業(yè)綜合自動化體系結(jié)構(gòu)?信息化工廠層次的功能?先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用于流程工業(yè)?先進(jìn)控制技術(shù)核心思想?為什么需要故障診斷?故障診斷具體方法?故障診斷技術(shù)應(yīng)用于流程工業(yè)89總結(jié)?流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)898990

（1）時刻注意品德第一是人類任何組織成員必須遵循認(rèn)得信條和戒律，保持一顆感激的心，嚴(yán)持操守，不謀私利，誠實是最好的參謀。

（2）放低架子，虛心學(xué)習(xí)，使自己具有學(xué)習(xí)并能及時、高質(zhì)量吸取掌握別人研究成果的能力。

（3）提高敬業(yè)精神，讓別人感覺自己是一個有責(zé)任感、忠誠老實、有進(jìn)取心的人。

（4）努力提高自己的合作能力、競爭能力和抗挫折能力。

（5）加強(qiáng)專業(yè)知識和外語的學(xué)習(xí)，同時努力豐富自己的實踐經(jīng)驗。

（6）多參加學(xué)術(shù)交流活動和文體活動，以擺正心態(tài)，擴(kuò)展知識面，提高信息收集能力。應(yīng)該向哪些方向努力？9090

（1）時刻注意品德第一是人類任何組織成員必須遵循認(rèn)得信90思考專題報告2、你認(rèn)識的自動化與控制？1、闡述就你感興趣的流程工業(yè)的相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀要求：字?jǐn)?shù)2000字；字號：小四宋體格式：題目；摘要；分段節(jié)；結(jié)束語91思考專題報告2、你認(rèn)識的自動化與控制？1、闡述就你感興趣的流912012年自動化專題流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)天津理工大學(xué)自動化學(xué)院主講人：高強(qiáng)時間：2012年11月13日聯(lián)系方式：gaoqiang@qq:89263772912012年自動化專題流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)天津理工大學(xué)自動化922012年自動化專題主要內(nèi)容一、概述二、系統(tǒng)集成技術(shù)

三、先進(jìn)控制技術(shù)四、故障診斷技術(shù)五、總結(jié)22012年自動化專題主要內(nèi)容一、概述2932012年自動化專題一、概述32012年自動化專題一、概述394什么是流程工業(yè)？流程工業(yè)(ProcessIndustry)也稱過程工業(yè)，通常是指通過物理變化和化學(xué)變化進(jìn)行的生產(chǎn)過程，其原料和產(chǎn)品多為均一相（固、液或氣體）的物料，而非由零部件組裝成的物品。其產(chǎn)品質(zhì)量多由純度和各種物理、化學(xué)性質(zhì)表征。化工、煉油、冶金、輕工、建材等行業(yè)均屬過程工業(yè)。過程系統(tǒng)(ProcessSystem)4什么是流程工業(yè)？495流程工業(yè)的特點現(xiàn)代流程工業(yè)愈來愈注重于物料、能量的綜合利用。多次循環(huán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。過程工業(yè)向高效、節(jié)能、潔凈型發(fā)展。流程工業(yè)系統(tǒng)模型為具有高度非線性的代數(shù)、微分(偏、常微分)方程混合組成的數(shù)學(xué)模型，模型中包含大量的過程參數(shù)和高維狀態(tài)變量，且高度交聯(lián)、耦合?，F(xiàn)代流程工業(yè)操作可調(diào)、工藝靈活、產(chǎn)品多樣、控制系統(tǒng)化的特點。965流程工業(yè)的特點現(xiàn)代流程工業(yè)愈來愈注重于物料、能量的綜合利用。96工業(yè)過程的類型流程工業(yè)（ProcessIndustry）連續(xù)生產(chǎn)過程產(chǎn)品論“斤”賣如：化肥制造業(yè)（ManufacturingIndustry）離散制造過程產(chǎn)品論“個數(shù)”賣如：螺絲釘工業(yè)過程的類型6工業(yè)過程的類型流程工業(yè)（ProcessIndustry）工97過程控制（ProcessControl）控制流程工業(yè)的生產(chǎn)過程一條生產(chǎn)線只生產(chǎn)一種產(chǎn)品主要控制手段是PID現(xiàn)在流行叫ProcessAutomation（過程自動化）離散控制（DiscreteControl）控制制造業(yè)的加工過程主要手段是順序與邏輯控制現(xiàn)在流行叫FactoryAutomation（工廠自動化）批量控制（BatchControl）同一生產(chǎn)線上的間歇性、多品種生產(chǎn)過程，半連續(xù)過程。既有順序與邏輯控制，也有連續(xù)過程控制每種產(chǎn)品有自己的“配方”主要是食品和制藥行業(yè)工業(yè)控制的分類7過程控制（ProcessControl）工業(yè)控制的分類798連續(xù)控制：流程工業(yè)8連續(xù)控制：流程工業(yè)899離散控制：制造業(yè)離散控制：制造業(yè)9離散控制：制造業(yè)離散控制：制造業(yè)9100批量過程：制藥行業(yè)批量過程：制藥行業(yè)10批量過程：制藥行業(yè)批量過程：制藥行業(yè)10101工業(yè)控制的分類outputcontroller+-plantstatedisplaycontrolvariable

(analog)set-pointplantmeasurementplantstatesequenceron/offplantdisplay過程控制：閉環(huán)的特征closed-loopcontrol/regulationkeywords:feedback,analogvariables,continuousprocesses,"processcontrol"離散控制：開環(huán)的特征open-loopcontrol/commandkeywords:sequential/combinatorial,binaryvariables,discreteprocesses,

"batchcontrol","manufacturing"outputerror(deviation)binary%processvaluemeasurementclock大部分工廠都是混合過程工廠11工業(yè)控制的分類outputcontroller+-plant102特點：兼有連續(xù)和離散生產(chǎn)特性，能源和資源消耗大，高溫運作，單體設(shè)備大

連鑄

煉鋼

熱軋精煉板坯庫

加熱爐

高爐煉鐵煉鋼精整線冷軋

12特點：兼有連續(xù)和離散生產(chǎn)特性，能源和資源消耗大，高溫運作，單103流程工業(yè)包括了石化、煉油、化工、制藥、造紙、冶金、采礦、電力、食品加工等在國民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位的行業(yè)全球500強(qiáng)行業(yè)中，流程工業(yè)企業(yè)有70余家，占15%，其營業(yè)收入占總收入的16.5%我國流程企業(yè)年產(chǎn)值占全國企業(yè)年總產(chǎn)值的66%，流程工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r直接影響國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，流程工業(yè)是國家的重要基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)流程工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的支柱地位13流程工業(yè)包括了石化、煉油、化工、制藥、造紙、冶金、采礦、電力104

全球500強(qiáng)企業(yè)中，流程工業(yè)企業(yè)占了70家中國流程工業(yè)總產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值66%流程工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的支柱地位14全球500強(qiáng)企業(yè)中，流程工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的支柱地位1105《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》將“流程工業(yè)的綠色化、自動化及裝備”列為優(yōu)先發(fā)展主題，重點研究開發(fā)“基于生態(tài)工業(yè)概念的系統(tǒng)集成和自動化技術(shù)，流程工業(yè)需要的傳感器、智能化檢測控制技術(shù)、裝備和調(diào)控系統(tǒng)?！薄秶鴦?wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》指出，在“發(fā)展重大工程自動化控制系統(tǒng)和關(guān)鍵精密測試儀器，滿足重點建設(shè)工程及其他重大（成套）技術(shù)裝備高度自動化和智能化的需要”實現(xiàn)重點突破。用先進(jìn)控制技術(shù)提高流程工業(yè)自主創(chuàng)新能力國家發(fā)展戰(zhàn)略要求15《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》將“流程工業(yè)的綠色化、自106綜合自動化系統(tǒng)流程工業(yè)系統(tǒng)由企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（PCS）、綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)和集成支撐系統(tǒng)組成集成支撐系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（PCS）綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)智能綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖16綜合自動化系統(tǒng)流程工業(yè)系統(tǒng)由企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）、生產(chǎn)107

ERP、MES和PCS的主要功能:將綜合生產(chǎn)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)計劃、作業(yè)計劃、作業(yè)計劃轉(zhuǎn)化為作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)指令，由操作者去操作和控制生產(chǎn)過程調(diào)度部過程控制系統(tǒng)設(shè)備起停順序工業(yè)生產(chǎn)過程生產(chǎn)計劃部產(chǎn)量、能源、成本、設(shè)備檢修及運行、原料、質(zhì)量作業(yè)計劃：原料、能源、設(shè)備（運行、檢修）、產(chǎn)量作業(yè)班資源供應(yīng)系統(tǒng)水、煤、電、氣、原料

操作員生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)資源調(diào)配生產(chǎn)過程管理部質(zhì)量、能源、成本、設(shè)備（運行、檢修）MESPCS產(chǎn)量

質(zhì)量成本利潤經(jīng)營決策部綜合生產(chǎn)指標(biāo)生產(chǎn)計劃作業(yè)計劃作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)指令17ERP、MES和PCS的主要功能:將綜合生產(chǎn)指標(biāo)108系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)

智能綜合自動化系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)圖18系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)智能綜合自動化系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)圖18109系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)19系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)19110流程工業(yè)綜合自動化面臨的重大任務(wù)流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)和自動化裝備的研究與開發(fā)，是國家的重大戰(zhàn)略需求，是信息化帶動工業(yè)化的戰(zhàn)略重點，是全國自動化工作者面臨的重大任務(wù)，它是：1.加快信息化帶動工業(yè)化步伐的迫切需要；2.加快振興我國裝備制造業(yè)的迫切需要；3.確保我國國民經(jīng)濟(jì)絕對安全的迫切需要；4.實現(xiàn)節(jié)能減排總體目標(biāo)的迫切需要；5.推動控制學(xué)科快速發(fā)展的迫切需要。20流程工業(yè)綜合自動化面臨的重大任務(wù)流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)111技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（1）

在國家發(fā)改委兩個工業(yè)過程自動化和工業(yè)自動化重大專項支持下，我國流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)和控制裝備取得了長足進(jìn)步，中小工程、中低端自動化控制系統(tǒng)與裝備全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，在重大工程和高端技術(shù)市場也形勢喜人：在石化行業(yè)

石化工程主體裝置的自動化控制系統(tǒng)雖然被Honeywell28.3%、Emerson21.2%、Yokogawa17.7%所壟斷，但中控集團(tuán)已進(jìn)入500萬噸煉油、30萬噸合成氨、52萬噸尿素等主體工程；在火電行業(yè)

1000MW超超臨界火電機(jī)組的綜合自動化控制系統(tǒng)全部被進(jìn)口產(chǎn)品所壟斷，但是，國產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)在600MW亞臨界、超超臨界火電機(jī)組獲得成功應(yīng)用，上自儀、和利時、國電智深有一批系統(tǒng)投入運行；21技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（1）21112技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（2）

在國家發(fā)改委兩個工業(yè)過程自動化和工業(yè)自動化重大專項支持下，我國流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)和控制裝備取得了長足進(jìn)步，中小工程、中低端自動化控制系統(tǒng)與裝備全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，在重大工程和高端技術(shù)市場也形勢喜人：在核電行業(yè)我國百千萬瓦核電工程的自動化控制系統(tǒng)已發(fā)展到第三代（全數(shù)字化儀控），全部被法國的AREVA、日本的三菱、美國的西屋、ABB等所壟斷，但和利時、中自儀等不僅承擔(dān)外核全部自動化控制系統(tǒng)任務(wù)，而且開始進(jìn)入核島。在輕紡行業(yè)

我國1800米/分車速、10.8米門幅的特大型造紙機(jī)和大型、高效紡織的自動化控制系統(tǒng)及控制裝備，全部都由國外產(chǎn)品壟斷，但是國產(chǎn)系統(tǒng)已全面進(jìn)入車速在500米/分以下的大型紙機(jī)，雙園系統(tǒng)已淘汰進(jìn)口系統(tǒng)56套。22技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（2）22113技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（3）從總體上看，目前國內(nèi)石化、電力、冶金、高鐵、造紙等重大工程的自動化控制系統(tǒng)的控制裝備，高端技術(shù)市場基本上為進(jìn)口產(chǎn)品所壟斷，主要問題是：自主創(chuàng)新能力低下：開發(fā)設(shè)計能力薄弱，自主知識產(chǎn)權(quán)匱乏；自動化孤島現(xiàn)象嚴(yán)重：應(yīng)用系統(tǒng)相互獨立，技術(shù)集成程度偏低；產(chǎn)品競爭實力不強(qiáng)：低端技術(shù)產(chǎn)品泛濫，高端技術(shù)產(chǎn)品奇缺；全面樹立國產(chǎn)系統(tǒng)形象不力：參于重大工程建設(shè)的能力薄弱，國家重大工程的應(yīng)用業(yè)績?nèi)狈Α?3技術(shù)的現(xiàn)狀分析1、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（3）23114技術(shù)的現(xiàn)狀分析2、技術(shù)發(fā)展趨勢（1）（1）大規(guī)模化在大型石化、電力、冶金等行業(yè)中，要求綜合自動化控制系統(tǒng)（裝備）具有較大的規(guī)模，通過多域網(wǎng)絡(luò)和多控制器協(xié)同技術(shù)，使系統(tǒng)規(guī)模超過10000點，并且能夠長期穩(wěn)定運行，以滿足石化、電力、冶金等重大裝備長期穩(wěn)定可靠運行的需要。（2）高安全性由于石油、化工、電力、冶金等行業(yè)的生產(chǎn)流程具有高溫、高壓、易燃、易爆等特點，通常要求綜合自動化控制系統(tǒng)具備高安全性、高可靠性、高穩(wěn)定性、高環(huán)境適應(yīng)性來保障重大裝備長期正常的運轉(zhuǎn)。此外，為了應(yīng)對特殊情況，還要求自動化控制系統(tǒng)提供緊急停車系統(tǒng)和安全儀表系統(tǒng)來保障生產(chǎn)過程的安全。24技術(shù)的現(xiàn)狀分析2、技術(shù)發(fā)展趨勢（1）24115技術(shù)的現(xiàn)狀分析2、技術(shù)發(fā)展趨勢（2）（3）高開放性為了提高生產(chǎn)效率、管理效率，石油、化工、電力、冶金等行業(yè)對于綜合自動化控制系統(tǒng)的管控一體化和信息化要求越來越高，這就要求控制系統(tǒng)具備高開放性來支持廠級的綜合自動化系統(tǒng)。目前進(jìn)口系統(tǒng)大多具備多種現(xiàn)場總線接入的能力，實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)，具有很高的系統(tǒng)開放性。（4）高適用性在石油、化工、電力、冶金等行業(yè)處于壟斷地位的進(jìn)口控制系統(tǒng)供應(yīng)商都有數(shù)十年的行業(yè)應(yīng)用背景，在石油、化工、火電、核電等行業(yè)上積累了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗，這些企業(yè)所提供的綜合自動化控制系統(tǒng)具有很好的針對性和適用性，能夠滿足這些行業(yè)重大工程的各種特殊要求。25技術(shù)的現(xiàn)狀分析2、技術(shù)發(fā)展趨勢（2）25116技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（1）（1）初步形成重大工程完整的自動化控制裝備體系1.國內(nèi)研究制造了SUPCON集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和Webfild網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)等一系列自動化裝備，廣泛應(yīng)用于煉油、化工、發(fā)電、冶金等行業(yè)的重大工程，特別是在煉油化工行業(yè)，占有57%的市場份額，并已成功進(jìn)入500萬噸煤油、30萬噸合成氨、52萬噸尿素等重大工程。目前已銷售6000余套，迫使國外產(chǎn)品降價1/3。2.國內(nèi)研究制造的Suny全集成新一代主控系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用生物化工、制漿造紙和機(jī)械電子等行業(yè)的重大裝備，目前已銷售1800余套。3.以上控制系統(tǒng)是重大裝備的重要組成部分，是重大工程的“神經(jīng)”和“心臟”。這些控制系統(tǒng)的研制成功和大面積推廣應(yīng)用，以及形成的控制裝備主控系統(tǒng)體系（DCS、FCS、PLC、PCC），有力地武裝了我國的裝備制造業(yè)。為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、帶動國家、地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。26技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（1）26117技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（2）（2）初步形成重大工程自動化控制應(yīng)用技術(shù)體系1.在控制工程領(lǐng)域，全世界普通存在著一種十分嚴(yán)重的問題，那就是基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用之間存在著一條鴻溝。2.實際工程應(yīng)用急需突破傳統(tǒng)控制理論與控制方法的局限性和數(shù)學(xué)化，研究以綜合優(yōu)化為目標(biāo)的、應(yīng)用于重大工程或重大裝備這一復(fù)雜對象的新型控制方法。3.國內(nèi)一直以來致力于應(yīng)用理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，經(jīng)過多年工程化、實用化研究，取得了一大批應(yīng)用理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究成果，形成了自動化控制應(yīng)用技術(shù)體系，并大面積應(yīng)用于重大工程或重大裝備，為填平基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用之間的鴻溝作出了重要貢獻(xiàn)。27技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（2）27118技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（3）（3）初步形成重大工程節(jié)能減排先進(jìn)控制與優(yōu)化算法庫一直以來致力于研究重大工程和重大裝備節(jié)能減排的自動化裝備和控制系統(tǒng)：在鋼鐵工業(yè)方面，研究開發(fā)了大型高爐、大型加熱爐和大型冷熱連軋機(jī)等重大裝備節(jié)能降耗一系列先進(jìn)控制與裝備優(yōu)化系統(tǒng)，一個大型高爐爐氣的能量優(yōu)化系統(tǒng)，年節(jié)電就達(dá)到1億度；在煉化工業(yè)方面，研究開發(fā)出大型常減壓、大型催裂化、大型鉑重整等重大工程節(jié)能降耗的自動化裝備和優(yōu)化控制系統(tǒng)，一個煉化廠的能量優(yōu)化系統(tǒng)就使該廠的能量消耗因素降低11.94％；在輕紡工業(yè)方面，研發(fā)的大型造紙機(jī)、大型蒸發(fā)器和大型紡織機(jī)等裝備的節(jié)能減排自動化控制系統(tǒng)，取得了重大的節(jié)能減排效果，一個年產(chǎn)10萬噸紙和漿的造紙廠，節(jié)能達(dá)到35％，減排15％。國內(nèi)針對重大工程和重大裝備研發(fā)的節(jié)能減排先進(jìn)控制和優(yōu)化技術(shù)，已形成了一個較為完整的算法庫，為節(jié)能減排總體目標(biāo)的實現(xiàn)作出了重要貢獻(xiàn)。28技術(shù)的現(xiàn)狀分析3、國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢（3）28119今后的推進(jìn)任務(wù)1、全集成新一代工業(yè)自動化系統(tǒng)(1).全集成新一代工業(yè)自動化系統(tǒng)是以獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益為目標(biāo)，以具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高環(huán)境適應(yīng)性等特點為基礎(chǔ)，以復(fù)雜工程系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化理論及方法為指導(dǎo)，以將DCS、PLC、FCS和MCS、PCS、QCS綜合集成為特征，以在關(guān)鍵裝置和大型企業(yè)獲得成功應(yīng)用為標(biāo)志的高端工業(yè)自動化系統(tǒng)。(2).目前已推廣應(yīng)用1800余套，在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用，累計銷量世界第一，年銷量世界第一，與國內(nèi)外著名公司35項指標(biāo)的比較，該系統(tǒng)優(yōu)于同類產(chǎn)品。29今后的推進(jìn)任務(wù)1、全集成新一代工業(yè)自動化系統(tǒng)29120今后的推進(jìn)任務(wù)2、新一代主控系統(tǒng)平臺技術(shù)(1).以DCS技術(shù)為基礎(chǔ)，將PLC、ESD、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)集成為新一代主控系統(tǒng)，首創(chuàng)控制多重?zé)醾淙哂啵婚_發(fā)了符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，支持FBD/LD/SFC/ST/IL，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的控制編程語言；獨創(chuàng)基于靈巧總線的I/O模塊智能調(diào)理技術(shù)，實現(xiàn)I/O模塊點點隔離、點點互隔、通用輸入、在線校正、任意配置等功能。(2).新一代主控系統(tǒng)平臺基于全智能化、全數(shù)字化、全網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計思想；具有模塊化柔性設(shè)計；實現(xiàn)過程控制、邏輯控制、順序控制綜合；支持先進(jìn)控制與過程優(yōu)化算法集；提供開放數(shù)據(jù)接口、現(xiàn)場總線與互聯(lián)網(wǎng)接入；性能價格比優(yōu)。30今后的推進(jìn)任務(wù)2、新一代主控系統(tǒng)平臺技術(shù)30121今后的推進(jìn)任務(wù)3、裝備自動化系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)平臺自動化儀表與控制裝置設(shè)計開發(fā)平臺

實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件開發(fā)，包括綜合儀表、可編程邏輯控制器、可編程人機(jī)界面，集成控制器；工業(yè)控制應(yīng)用軟件開發(fā)平臺實現(xiàn)圖形監(jiān)控、控制編程、實時數(shù)據(jù)庫、人機(jī)界面編程等，構(gòu)建一個形象友好、功能強(qiáng)大、穩(wěn)定開放的軟件開發(fā)環(huán)境；先進(jìn)控制與裝備優(yōu)化設(shè)計開發(fā)平臺研究和開發(fā)裝備建模、控制與優(yōu)化算法及系統(tǒng)集成技術(shù)，建立多種關(guān)鍵裝備、多種工藝條件、多種產(chǎn)品規(guī)格的模型庫、先進(jìn)控制與裝備優(yōu)化算法庫及工程應(yīng)用模板；成套專用控制裝置設(shè)計開發(fā)平臺結(jié)合裝備特點，采用先進(jìn)的測量技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、裝備優(yōu)化技術(shù)，配備專用建模、控制、優(yōu)化、管理軟件，開發(fā)專用自動化集成系統(tǒng)。

31今后的推進(jìn)任務(wù)3、裝備自動化系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)平臺311222012年自動化專題二、系統(tǒng)集成技術(shù)322012年自動化專題二、系統(tǒng)集成技術(shù)32123過程控制發(fā)展回顧階段一（年代70以前）二（70～80年代）三（90年代）控制理論經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論控制論、信息論、系統(tǒng)論、人工智能等學(xué)科交叉控制工具常規(guī)儀表（氣動、液動、電動）分布式控制計算機(jī)（DCS）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)與智能儀表控制要求安全、平穩(wěn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗市場預(yù)測、快速響應(yīng)、柔性生產(chǎn)、創(chuàng)新管理控制水平簡單控制系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)綜合自動化（CIPS）先進(jìn)的控制工具，DCS、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)與完善；現(xiàn)代控制理論的不斷發(fā)展與提高。如預(yù)測控制、自適應(yīng)控制、非線性控制、魯棒控制以及智能控制等控制策略與方法仍然為目前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工程界的熱點研究課題。33過程控制發(fā)展回顧階段一二三控制理論經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論控124過程控制重要發(fā)展階段模擬監(jiān)測儀表＋手動控制（1930以前）模擬單回路反饋控制器（1930以后）?1945年美國人Bode，奠定了控制理論的基礎(chǔ)。監(jiān)督控制（SCADA：SupervisoryControlandDataAquisition）?計算機(jī)開始用于過程控制，主要是監(jiān)視功能（1950s）設(shè)定值控制（SPC：SetPointControl）?由計算機(jī)計算出給定值，輸出給模擬調(diào)節(jié)器（1960s）直接數(shù)字控制（DDC：DirectDigitalControl）?模擬PID電路變成了數(shù)字PID（1960s）可編程控制器（PLC：ProgrammableLogicController）?DickMorley博士，1968年，Modicon公司，084系列分布式控制系統(tǒng)（DCS：DistributedControlSystem）?分布式控制器，集中CRT監(jiān)視（1975年，Honeywell：TDC2000）現(xiàn)場總線儀表（FieldbusInstrument）?用數(shù)字信號儀表取代4－20mA模擬儀表（1990s）34過程控制重要發(fā)展階段模擬監(jiān)測儀表＋手動控制（1930以前）3125信息化工廠的層次生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）監(jiān)視與人機(jī)接口(SCADA)單元控制回路控制傳感器、變送器、執(zhí)行器被控主設(shè)備企業(yè)管理（ERP）DCS35信息化工廠的層次生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）監(jiān)視與人機(jī)接口(SCA126信息化工廠的層次MES單元控制回路控制輸入輸出傳感器、變送器、執(zhí)行器AV控制室操作接口controlroom被控主設(shè)備工作流與生產(chǎn)執(zhí)行過程控制SCADA=SupervisoryControlAndDataAcquisitionTERP企業(yè)管理36信息化工廠的層次MES單元控制回路控制輸入輸出傳感器、變送器127流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)功能層次通常分為：直接控制級、過程管理級、生產(chǎn)管理級、經(jīng)營管理級。各級從“上級”獲取指示，從“下級”獲取信息，產(chǎn)生對“下級”的控制。直接控制經(jīng)營管理生產(chǎn)管理過程管理連續(xù)過程間歇過程離散過程經(jīng)營管理級居于工廠自動化系統(tǒng)的最高一層，負(fù)責(zé)全廠廣泛的工程、經(jīng)濟(jì)、商務(wù)、人事以及其它的工作。如：市場分析、銷售和生產(chǎn)計劃······過程管理級主要功能包括回路組態(tài)、優(yōu)化控制、性能監(jiān)視、故障監(jiān)測、記錄、報警……生產(chǎn)管理主要完成生產(chǎn)規(guī)劃，生產(chǎn)監(jiān)視，根據(jù)用戶訂單、庫存、能耗約束、能耗需求等指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。在許多DCS中，這級就充當(dāng)最高管理層。直接控制級主要功能包括現(xiàn)場