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、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，使国民经济中生产产 与贸贸易的方式发生了根本性的变变化，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战略举举措。以信息化带动带动 工业业 化、工业业化促进进信息化，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、面对进对进 入WTO的挑战战与机遇 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 迎接全球市场竞场竞 争挑战战的途径 1、工业化道路 u 工艺的创新工艺路线的革命 u 设备的更新换代扩容和技术更新 u 产品的开发新产品的设计 2、信息化建设道路 u 采用信息化挖掘设备潜力

2、，达到设备运行最优化 u 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 7 1、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 8 1、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 9 2、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

3、规自动化的概念 10 2、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 3、国内外信息化发展比较、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 测测量值值 计计算 非线线性 校正 热电热电 偶 补偿补偿 等等 指示 仪表 记录 仪表 等等 多 路 切 换换 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

4、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

5、 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） (Business Planning System) PCS (Process Control System) MES (Manufacturing Execution System) BPS/MES/PCS三层结构 21 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） 22 PCS 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 2

6、5 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 MES MES层 30 BPS 产品与工

7、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 EIP PCS MES ERP KRM 33 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 知识回顾知识回顾 Knowledge Knowledge ReviewReview

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