流程工業(yè)信息化發(fā)展與展望清華大學自動化系金以慧教授

1、1,工業(yè)信息化中的測控技術發(fā)展與展望清華大學自動化系 金以慧,一、問題的提出二、工業(yè)企業(yè)的信息化三、測控技術的發(fā)展四、測控技術對計算機的要求五、結(jié)束語,2,一、問題的提出,,1、信息時代對國民經(jīng)濟的激勵 信息時代所具有的巨大能力，使國民經(jīng)濟中生產(chǎn) 與貿(mào)易的方式發(fā)生了根本性的變化，信息科技與 提高附加值的其他技術產(chǎn)生了密切的交互作用， 這正是當前我們所生存的時代特征 --來

2、自美國資料--,3,一、問題的提出,,2、中共十六大的號召 繼續(xù)完成工業(yè)化是我國現(xiàn)代化進程中的艱巨的歷史性任務，大力推進國民經(jīng)濟和社會信息化，是覆蓋現(xiàn)代化建設全局的戰(zhàn)略舉措。以信息化帶動工業(yè)化、工業(yè)化促進信息化，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，實現(xiàn)社會生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展,緊迫性,艱巨性,4,一、問題的提出,3、面對進入WTO的挑戰(zhàn)與機遇 本質(zhì)問題是：,,市場競爭能力的挑戰(zhàn),5,迎接全球市場競爭挑戰(zhàn)的途徑,,1、工業(yè)化道路 工藝的創(chuàng)新－－

3、工藝路線的革命 設備的更新?lián)Q代－－擴容和技術更新 產(chǎn)品的開發(fā)－－新產(chǎn)品的設計,2、信息化建設道路 采用信息化－－挖掘設備潛力，達到設備運行最優(yōu)化 觀念的改變－－通過實現(xiàn)信息化，促進管理科學化,,6,二、工業(yè)信息化,,1、什么是信息化2、自動化與信息化的關系3、國內(nèi)外信息化發(fā)展比較,7,1、什么是工業(yè)信息化,,1,工業(yè)信息化：在工業(yè)的生產(chǎn)、管理、經(jīng)營過程中，通過信息基礎設施，在集成平臺上，實現(xiàn)信息的采集（傳感

4、器及儀器儀表）、信息的傳輸（通信）、信息的處理（計算機）以及信息的綜合應用（自動化、管理、經(jīng)營等功能）等都是信息化的內(nèi)容。將信息技術用于企業(yè)產(chǎn)品設計、制造、管理和銷售的全過程，以提高企業(yè)的市場應變能力和競爭能力，這是企業(yè)信息化的主要內(nèi)容和目標,8,1、什么是工業(yè)信息化,,,信息化的內(nèi)容歸納為： 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)加工 信息傳輸 信息處理 信息綜合應用,,,,,結(jié)論：信息化需要信息學、

5、測量學、控制理論、系統(tǒng)學、計算機科學、管理科學以及各種專業(yè)的學科交叉與融合才能實現(xiàn),9,2、信息化與自動化的關系,,,廣義自動化,廣義自動化是指實現(xiàn)經(jīng)營管理、計劃調(diào)度、成本核算、生產(chǎn)監(jiān)控、故障診斷、自動控制等更大范圍內(nèi)的自動化，又稱之為“綜合自動化”或稱“流程工業(yè)CIMS”,自動化往往是指包括檢測、控制和繼電保護等常規(guī)自動化的概念,10,2、信息化與自動化的關系,,,,,工業(yè)化,信息化,自動化 （廣義）,,,,基礎,促進,帶

6、動,保證,依賴,提升,11,,,國外企業(yè)信息化發(fā)展的三個階段：70年代以前 基礎信息化80年代中期開始 信息集成（企業(yè)內(nèi)部）90年代后期開始 全球信息化（電子商務）,國內(nèi)企業(yè)信息化的現(xiàn)狀：基礎信息化尚未完成少數(shù)企業(yè)實現(xiàn)了信息集成極少數(shù)企業(yè)策劃進入全球信息化,3、國內(nèi)外信息化發(fā)展比較,12,三、測控技術的發(fā)展,,1、測量系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 測量系統(tǒng)的組成：,13,傳統(tǒng),,不平衡電橋 放

7、大器交流載波器等等,測量值計算 非線性校正 熱電偶補償?shù)鹊?指示儀表記錄儀表等等,多路切換器,熱電偶電阻 電容 電感 電磁 壓電 節(jié)流元件 等,14,發(fā)展趨勢,,,微波技術 激光與紅外技術 納米技術 超導技術 仿生技術 等等,15,發(fā)展趨勢,敏敏感件,,,,,,,,敏感元件,調(diào)理元件,信

8、號處理元件,顯示元件,多路切換元件,,,,,,? MEMS ? 多功能傳感器 ? 敏感、信號處理、 顯示等元件集成化 ? 等等,16,,發(fā)展趨勢,信號處理元件,多路切換元件,,,基于微處理器的智能儀表 具有自校正、自診斷、故障自定位、自修復、自適應跟蹤環(huán)境等能力,17,發(fā)展趨勢,,敏敏感件,,,,,,,,敏感元件,調(diào)理元件,信號處理元件,顯示元件,多路切換元件,,,,,,,基于PC的計算機測量儀表又稱

9、 虛擬儀表集計算機技術、信號處理技術、圖 象處理技術等于一體，例如汽車發(fā) 動機檢測系統(tǒng)、自動計量系統(tǒng)等,18,發(fā)展趨勢,,敏敏感件,,,,,,,,敏感元件,調(diào)理元件,信號處理元件,顯示元件,多路切換元件,,,,,,,?網(wǎng)絡化儀表系統(tǒng) 在局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下將分布于網(wǎng)絡各端口的數(shù)據(jù)或信息在任何時間任何地點均能加以采集的測量系統(tǒng)例如：網(wǎng)絡化流量測量系統(tǒng)，網(wǎng)絡化水文監(jiān)測系統(tǒng)，網(wǎng)絡化 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，智能交通系統(tǒng)

10、、網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)等等,19,三、測控技術的發(fā)展,2、控制技術的發(fā)展,從一般控制技術向 綜合自動化技術發(fā)展 （廣義自動化）,20,,,21,,集成支撐系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫,計算機網(wǎng)絡,經(jīng)營計劃系統(tǒng)（BPS）,生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）,生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（PCS）,,,,,,,22,,PCS,,,,,基礎自動化,過程自動化,自動控制,物料平衡分析,自動整定,,,,,,先進控制,實時監(jiān)控,,,,,采集數(shù)據(jù),,23,,相

11、對傳統(tǒng)的以溫度、壓力、液位等為目標的單回路控制而言，先進控制則是以質(zhì)量和工藝要求為指標的多變量控制,先進控制系統(tǒng)的本質(zhì)：,24,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、負壓、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耦合 系統(tǒng)具有非線性因素 各參數(shù)之間有互動作用,,25,,,,結(jié)論：1、在耦合作用下各被控參數(shù)必然有很大波動

12、 2、人們關心的控制指標：燃燒效率、尾氣含 氧量、影響安全因素（水位、負壓）等 3、必需將加熱爐作一整體來考慮－多變量系統(tǒng),26,制藥工業(yè)中的典型設備－發(fā)酵罐的自動控制,27,多變量魯棒預測控制器結(jié)構(gòu),? 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,? 采用預測原理，可克服過程大滯后現(xiàn)象和外部干擾，達到“卡邊”生產(chǎn)的目標,28,29,

13、,,銷售服務管理,供應鏈管理,作業(yè)調(diào)度,資源分配,企業(yè)資源計劃,車間管理系統(tǒng),生產(chǎn)過程管理,物料跟蹤,生產(chǎn)計劃優(yōu)化,設備維修管理,生產(chǎn)運行優(yōu)化,生產(chǎn)狀況分析,動態(tài)成本控制,質(zhì)量管理,過程控制層,產(chǎn)品與工藝設計,MES,MES層,30,,,31,★ PCS級 以產(chǎn)品質(zhì)量和工藝要求為目標的先進控制技術（多變量預測控制）,,★ MES級 以生產(chǎn)綜合指標為目標的生產(chǎn)過程 優(yōu)化控制、優(yōu)化操作與

14、優(yōu)化管理技術,★ BPS級 以財務分析決策為核心的整體資源 優(yōu)化技術,★ 基于知識鏈的BPS/MES/PCS三級結(jié)構(gòu)流程工業(yè) 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)集成技術,32,33,國外信息化建設的經(jīng)濟效益分析,,,,一般生產(chǎn)規(guī)模下可達1000萬－3000萬美元的效益,34,四、測控技術對計算機的要求,,1、硬件 ? 高速率、高精度、多功能、大容量數(shù)采系統(tǒng) ? 抗干擾性強、高穩(wěn)定性的控制系統(tǒng) ? 高可靠性、高可

15、用性、高可維護性、高可擴 展性的測控系統(tǒng)平臺 例如，國產(chǎn)的 新型數(shù)采系統(tǒng)，國產(chǎn)的DCS、 PLC、FCS 等,35,四、測控技術對計算機的要求,2、軟件 ? 各類系統(tǒng)的組態(tài)軟件及其開發(fā)工具 ? 針對不同行業(yè)需求的應用軟件 （例如，軟測量軟件、先進控制軟件、操作 優(yōu)化軟件、計劃調(diào)度軟件、動態(tài)成本分析 軟件、ERP 軟件等等） ? 基于互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)和現(xiàn)場總線上控制軟 件、相

16、應的通訊協(xié)議、負荷分配等網(wǎng)絡控 制軟件 ? 其他軟件,36,四、測控技術對計算機的要求,3、集成系統(tǒng) 基于現(xiàn)場總線、局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的綜合自 動化系統(tǒng) 例如：大型油田的自動開采系統(tǒng)、遠程診斷 治療系統(tǒng)等,37,五、結(jié)束語,,? 測控技術在當前信息技術突飛猛進的時代已成為主攻的關鍵技術之一目前，已經(jīng)出現(xiàn)了微小化、集成化、智能化、網(wǎng)絡化的基于計算機的測控新系統(tǒng) 隨著光、機、電、算、生、化、醫(yī)、材料等新