流程工业综合自动化技术发展(高强)

其他流程工业
其他工业
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国家发展战略要求
《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将“流程工业的绿色化、 自动化及装备”列为优先发展主题，重点研究开发“基于生态工 业概念的系统集成和自动化技术，流程工业需要的传感器、智能 化检测控制技术、装备和调控系统。”
《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》指出，在“发展 重大工程自动化控制系统和关键精密测试仪器，满足重点建设工 程及其他重大（成套）技术装备高度自动化和智能化的需要 ” 实现重点突破。
1000MW超超临界火电机组的综合自动化控制系统全部被进口产品所垄 断，但是，国产自动化控制系统在600MW亚临界、超超临界火电机组获 得成功应用，上自仪、和利时、国电智深有一批系统投入运行；
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技术的现状分析
1、技术发展现状（2）
在国家发改委两个工业过程自动化和工业自动化重大专项支持下，我国 流程工业综合自动化技术和控制装备取得了长足进步，中小工程、中低端 自动化控制系统与装备全部实现了国产化，在重大工程和高端技术市场也 形势喜人： 在核电行业
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技术的现状分析
1、技术发展现状（3）
从总体上看，目前国内石化、电力、冶金、高铁、造纸等重大工程的自 动化控制系统的控制装备，高端技术市场基本上为进口产品所垄断，主要 问题是： 自主创新能力低下：开发设计能力薄弱，自主知识产权匮乏； 自动化孤岛现象严重：应用系统相互独立，技术集成程度偏低； 产品竞争实力不强：低端技术产品泛滥，高端技术产品奇缺； 全面树立国产系统形象不力：参于重大工程建设的能力薄弱，国家重 大工程的应用业绩缺乏。
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批量过程：制药行业
批量过程：制药 行业
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大部分工厂都是混合过程工厂
离散控制：开环的特征 open-loop control / command
keywords: sequential / combinatorial, binary variables, discrete processes, "batch control", "manufacturing"
过程控制：闭环的特征 closed-loop control / regulation
keywords: feedback, analog variables, continuous processes, "process control"
binary
sequencer
plant output
display
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技术的现状分析
3、国内技术优势（3）
（3）初步形成重大工程节能减排先进控制与优化算法库 一直以来致力于研究重大工程和重大装备节能减排的自动化装备
和控制系统：
在钢铁工业方面，研究开发了大型高炉、大型加热炉和大型冷热
连轧机等重大装备节能降耗一系列先进控制与装备优化系统，一
个大型高炉炉气的能量优化系统，年节电就达到1亿度；
我国流程企业年产值占全国企业年总产值的66%， 流程工业的发展状况直接影响国家的经济基础， 流程工业是国家的重要基础支柱产业
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流程工业在国民经济中的支柱地位
34% 23%
21%
全球500强企业中，
流程工业企业占了70家
中国流程工业总产值
占工业总产值66%
12%
石油和化学工业
冶金工业
电力工业
10%
生产 过程 管理 部
生 产量、能
产 计
源、成本、 设备检修
调
及运行、 度
划 原料、质 部
部量
作业计划： 原料、能源、设备 （运行、检修）、 产量
作业标准
生产指令
生产过程数据
操 作 员
作 业 班
资源 调配
设备 起停 顺序
资源 供应 系统
过 程 控 制 系 统
水、 煤、 电、 气、 原料
工 业 生 产 过 程
过程系统(Process 重于物料、能量的综合利用。多 次循环复杂网络系统。过程工业向高效、节能、洁净型发 展。
流程工业系统模型为具有高度非线性的代数、微分(偏、 常微分)方程混合组成的数学模型，模型中包含大量的过程 参数和高维状态变量，且高度交联、耦合。
clock
plant state
set-point
display
control variable (analog)
controller + -
error (deviation)
plant
plant state
on/off
工业控制的分类 measurement
%
measurement
process value
智能综合自动化系统结构图
综合 生产 指标 优化 系统
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ERP、MES 和 PCS的主要功能:将综合生产指标转化为生产计划、作业计划、作业 计划转化为作业标准，作业标准转化为生产指令，由操作者去操作和控制生产过程
综合生产指标 生产计划
作业计划
经 产量
营 质量
决 成本
策 部
利润
质量、能源、成本、 设备（运行、检修）
2012年自动化专题
主讲人：高 强 时 间：2012年11月13日 联系方式：gaoqiang@
qq:892637729
天津理工大学自动化学院
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2012年自动化专题
主要内容
一、概述 二、系统集成技术 三、先进控制技术 四、故障诊断技术 五、总结
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2012年自动化专题
一、概述
在石油、化工、电力、冶金等行业处于垄断地位的进口控制系统 供应商都有数十年的行业应用背景，在石油、化工、火电、核电 等行业上积累了丰富的应用经验，这些企业所提供的综合自动化 控制系统具有很好的针对性和适用性，能够满足这些行业重大工 程的各种特殊要求。
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技术的现状分析
3、国内技术优势（1）
（1）初步形成重大工程完整的自动化控制装备体系 1. 国内研究制造了SUPCON集散控制系统、现场总线控制系统和 Webfild网络化控制系统等一系列自动化装备，广泛应用于炼油、 化工、发电、冶金等行业的重大工程，特别是在炼油化工行业， 占有57%的市场份额，并已成功进入500万吨煤油、30万吨合成氨 、52万吨尿素等重大工程。目前已销售6000余套，迫使国外产品 降价1/3。 2. 国内研究制造的Suny全集成新一代主控系统，已广泛应用生物 化工、制浆造纸和机械电子等行业的重大装备，目前已销售1800 余套。 3. 以上控制系统是重大装备的重要组成部分，是重大工程的“神 经”和“心脏”。这些控制系统的研制成功和大面积推广应用， 以及形成的控制装备主控系统体系（DCS、FCS、PLC、PCC），有 力地武装了我国的装备制造业。为产业结构调整、带动国家、地 方经济发展作出了重要贡献。
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技术的现状分析
3、国内技术优势（2）
（2）初步形成重大工程自动化控制应用技术体系 1. 在控制工程领域，全世界普通存在着一种十分严重的问题，那 就是基础研究与工程应用之间存在着一条鸿沟。 2. 实际工程应用急需突破传统控制理论与控制方法的局限性和数 学化，研究以综合优化为目标的、应用于重大工程或重大装备这 一复杂对象的新型控制方法。 3. 国内一直以来致力于应用理论和关键技术研究，经过多年工程 化、实用化研究，取得了一大批应用理论和关键技术的研究成果 ，形成了自动化控制应用技术体系，并大面积应用于重大工程或 重大装备，为填平基础研究与工程应用之间的鸿沟作出了重要贡 献。
现代流程工业操作可调、工艺灵活、产品多样、控制系 统化的特点。
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5
工业过程的类型
» 流程工业（Process Industry） ˃ 连续生产过程 ˃ 产品论“斤”卖 ˃ 如：化肥
» 制造业（Manufacturing Industry） ˃ 离散制造过程 ˃ 产品论“个数”卖
工˃ 如业：螺丝过钉 程的类型
我国百千万瓦核电工程的自动化控制系统已发展到第三代（全数字化仪 控），全部被法国的AREVA、日本的三菱、美国的西屋、ABB等所垄断， 但和利时、中自仪等不仅承担外核全部自动化控制系统任务，而且开始进 入核岛。 在轻纺行业
我国1800米/分车速、10.8米门幅的特大型造纸机和大型、高效纺织的自 动化控制系统及控制装备，全部都由国外产品垄断，但是国产系统已全面 进入车速在500米/分以下的大型纸机，双园系统已淘汰进口系统56套。
MES
PCS 17
系统硬件平台结构
智能综合自动化系统硬件平台结构图
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系统硬件平台结构
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流程工业综合自动化面临的重大任务
流程工业综合自动化系统和自动化装备的研究与开发，是国 家的重大战略需求，是信息化带动工业化的战略重点，是全 国自动化工作者面临的重大任务，它是：
1.加快信息化带动工业化步伐的迫切需要； 2.加快振兴我国装备制造业的迫切需要； 3.确保我国国民经济绝对安全的迫切需要； 4.实现节能减排总体目标的迫切需要； 5.推动控制学科快速发展的迫切需要。
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工业控制的分类
» 过程控制（Process Control）
˃ 控制流程工业的生产过程
˃ 一条生产线只生产一种产品
˃ 主要控制手段是PID
˃ 现在流行叫Process Automation（过程自动化）
» 离散控制（Discrete Control）
˃ 控制制造业的加工过程
˃ 主要手段是顺序与逻辑控制
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» 什么是流程工业？
流程工业 (Process Industry)也称过程工业，通常是 指通过物理变化和化学变化进行的生产过程，其原 料和产品多为均一相（固、液或气体）的物料，而 非由零部件组装成的物品。其产品质量多由纯度和 各种物理、化学性质表征。化工、炼油、冶金、轻 工、建材等行业均属过程工业。