流程工业信息化发展与展望清华大学自动化系金以慧教授

1工业信息化中的测控技术发展与展望清华大学自动化系金以慧一、问题的提出二、工业企业的信息化三、测控技术的发展四、测控技术对计算机的要求五、结束语2一、问题的提出1、信息时代对国民经济的激励信息时代所具有的巨大能力，使国民经济中生产与贸易的方式发生了根本性的变化，信息科技与提高附加值的其他技术产生了密切的交互作用，这正是当前我们所生存的时代特征--来自美国资料--3一、问题的提出2、中共十六大的号召继续完成工业化是我国现代化进程中的艰巨的历史性任务，大力推进国民经济和社会信息化，是覆盖现代化建设全局的战略举措。以信息化带动工业化、工业化促进信息化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展紧迫性艰巨性4一、问题的提出3、面对进入WTO的挑战与机遇本质问题是：市场竞争能力的挑战政策信息化新技术体制5迎接全球市场竞争挑战的途径1、工业化道路工艺的创新－－工艺路线的革命设备的更新换代－－扩容和技术更新产品的开发－－新产品的设计2、信息化建设道路采用信息化－－挖掘设备潜力，达到设备运行最优化观念的改变－－通过实现信息化，促进管理科学化6二、工业信息化1、什么是信息化2、自动化与信息化的关系3、国内外信息化发展比较71、什么是工业信息化1工业信息化：在工业的生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，在集成平台上，实现信息的采集（传感器及仪器仪表）、信息的传输（通信）、信息的处理（计算机）以及信息的综合应用（自动化、管理、经营等功能）等都是信息化的内容。将信息技术用于企业产品设计、制造、管理和销售的全过程，以提高企业的市场应变能力和竞争能力，这是企业信息化的主要内容和目标81、什么是工业信息化信息化的内容归纳为：数据采集数据加工信息传输信息处理信息综合应用结论：信息化需要信息学、测量学、控制理论、系统学、计算机科学、管理科学以及各种专业的学科交叉与融合才能实现92、信息化与自动化的关系广义自动化广义自动化是指实现经营管理、计划调度、成本核算、生产监控、故障诊断、自动控制等更大范围内的自动化，又称之为“综合自动化”或称“流程工业CIMS”自动化往往是指包括检测、控制和继电保护等常规自动化的概念102、信息化与自动化的关系工业化信息化自动化（广义）基础促进带动保证依赖提升11国外企业信息化发展的三个阶段：70年代以前基础信息化80年代中期开始信息集成（企业内部）90年代后期开始全球信息化（电子商务）国内企业信息化的现状：基础信息化尚未完成少数企业实现了信息集成极少数企业策划进入全球信息化3、国内外信息化发展比较12三、测控技术的发展1、测量系统的现状与发展测量系统的组成：敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件显示元件多路切换元件13传统敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件显示元件多路切换元件不平衡电桥放大器交流载波器等等测量值计算非线性校正热电偶补偿等等指示仪表记录仪表等等多路切换器热电偶电阻电容电感电磁压电节流元件等14敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件显示元件多路切换元件发展趋势1、采用新技术：微波技术激光与红外技术纳米技术超导技术仿生技术等等15发展趋势敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件显示元件多路切换元件2、向微型化集成化发展MEMS多功能传感器敏感、信号处理、显示等元件集成化等等16发展趋势信号处理元件多路切换元件基于微处理器的智能仪表具有自校正、自诊断、故障自定位、自修复、自适应跟踪环境等能力敏敏感件敏感元件调理元件显示元件多路切换元件信号处理元件17发展趋势敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件显示元件多路切换元件基于PC的计算机测量仪表又称虚拟仪表集计算机技术、信号处理技术、图象处理技术等于一体，例如汽车发动机检测系统、自动计量系统等18发展趋势敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件显示元件多路切换元件网络化仪表系统在局域网或互联网环境下将分布于网络各端口的数据或信息在任何时间任何地点均能加以采集的测量系统例如：网络化流量测量系统，网络化水文监测系统，网络化环境监测系统，智能交通系统、网络化控制系统等等19三、测控技术的发展2、控制技术的发展从一般控制技术向综合自动化技术发展（广义自动化）20经营决策企业管理生产调度过程优化过程控制Purdue模型BPS（包括ERP）(BusinessPlanningSystem)PCS(ProcessControlSystem)MES(ManufacturingExecutionSystem)BPS/MES/PCS三层结构21三、工业综合自动化三、工业综合自动化发展的趋势发展的趋势集成支撑系统数据库计算机网络经营计划系统（BPS）生产执行系统（MES）生产过程控制系统（PCS）22PCS基础自动化过程自动化自动控制物料平衡分析自动整定先进控制实时监控采集数据23相对传统的以温度、压力、液位等为目标的单回路控制而言，先进控制则是以质量和工艺要求为指标的多变量控制先进控制系统的本质：24加热炉的控制单回路控制系统有：1、燃烧系统－燃料、送风、负压、含氧量等控制2、加热系统－物流的温度控制3、物流系统－流量、压力等控制•各种控制回路之间存在着强耦合•系统具有非线性因素•各参数之间有互动作用作干扰处理25燃料送风机引风机喷水压力风燃比负压温度水位给水结论：1、在耦合作用下各被控参数必然有很大波动2、人们关心的控制指标：燃烧效率、尾气含氧量、影响安全因素（水位、负压）等3、必需将加热炉作一整体来考虑－多变量系统26制药工业中的典型设备－发酵罐的自动控制菌体浓度还原糖浓度氨氮浓度青霉素效价营养液氨水硫氨（氮）苯乙酸27多变量鲁棒预测控制器结构集散控制系统实时数据库辨识器多变量预测控制器软仪表快速、平稳地控制整套装置、可提高生产过程的处理能力增加高附加值的产品率采用预测原理，可克服过程大滞后现象和外部干扰，达到“卡边”生产的目标28先进控制器实施现场曲线初馏塔干点航煤初馏点航煤干点航煤闪点轻柴95%航煤冰点29销售服务管理供应链管理作业调度资源分配企业资源计划车间管理系统生产过程管理物料跟踪生产计划优化设备维修管理生产运行优化生产状况分析动态成本控制质量管理过程控制层产品与工艺设计MESMES层30BPS产品与工艺设计（P/PE）企业资源计划（ERP）供应链管理（SCM）电子商务（EC）销售服务管理（SSM）31★PCS级以产品质量和工艺要求为的先进控制技术（多变量预测控制）★MES级以生产综合指标为目标的生产过程优化控制、优化操作与优化管理技术★BPS级以财务分析决策为核心的整体资源优化技术★基于知识链的BPS/MES/PCS三级结构流程工业现代集成制造系统集成技术32物理平台集成平台数据平台EIPPCSMESERPKRM33国外信息化建设的经济效益分析一般生产规模下可达1000万－3000万美元的效益34四、测控技术对计算机的要求1、硬件高速率、高精度、多功能、大容量数采系统抗干扰性强、高稳定性的控制系统高可靠性、高可用性、高可维护性、高可扩展性的测控系统平台例如，国产的新型数采系统，国产的DCS、PLC、FCS等35四、测控技术对计算机的要求2、软件各类系统的组态软件及其开发工具针对不同行业需求的应用软件（例如，软测量软件、先进控制软件、操作优化软件、计划调度软件、动态成本分析软件、ERP软件等等）基于互联网、局域网和现场总线上控制软件、相应的通讯协议、负荷分配等网络控制软件其他软件36四、测控技术对计算机的要求3、集成系统基于现场总线、局域网和互联网的综合自动化系统例如：大型油田的自动开采系统、远程诊断治疗系统等37五、结束语测控技术在当前信息技术突飞猛进的时代已成为主攻的关键技术之一目前，已经出现了微小化、集成化、智能化、网络化的基于计算机的测控新系统随着光、机、电、算、生、化、医、材料等新技术的不断涌现和融合，测控技术将迎来创新发展的新机遇