久久久91-久久久91精品国产一区二区-久久久91精品国产一区二区三区-久久久999国产精品-久久久999久久久精品

一  工業(yè)過程控制的背景

    工業(yè)過程控制技術(shù)產(chǎn)品主要包括各種工業(yè)控制軟件、硬件系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，涉及上述領(lǐng)域的控制系統(tǒng)產(chǎn)品國內(nèi)需求達500億元以上。如此巨大的市場，吸引著眾多國內(nèi)外企業(yè)的注意力，如Honeywell、ABB、西門子、橫河電機、西屋電器、富士電機、貝利等早已在中國市場站穩(wěn)腳跟，并且占據(jù)了很大的市場份額。

    隨著計算機、工業(yè)自動化、網(wǎng)絡通信技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)管理和工業(yè)生產(chǎn)控制中的廣泛應用，向先進控制、過程優(yōu)化、生產(chǎn)管理要效益，已成為企業(yè)工程技術(shù)人員和經(jīng)營管理人員的共識。

    ⑴要保持過程控制工業(yè)在全球的銷售實力，就要保持更低的人價格和更可靠的服務，必須不斷將先進的信息技術(shù)融合到生產(chǎn)過程中。
  
    據(jù)調(diào)查，國外石油化工企業(yè)每年至少要降低3%的成本才能保持盈利。在過程控制中采用先進的控制方案，可平均降低15%的制造成本。美國杜邦公司通過改進控制方案，一年估計節(jié)省5億美元。人們開始認識到采用先進控制與優(yōu)化能比采用DCS帶來更顯著的經(jīng)濟效益。因此，目前工業(yè)自動化已從單一生產(chǎn)設備、單一生產(chǎn)流程的控制，發(fā)展到整個生產(chǎn)線的先進與優(yōu)化控制。

    ⑵正在探索的大量新技術(shù)領(lǐng)域，如材料生物學的納米技術(shù)、薄膜加工的微集成系統(tǒng)的設計、供應鏈管理和企業(yè)資源配置等也需要新的控制方法，以保證其獲得成功。

    ⑶生產(chǎn)過程中使用反饋控制能提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低材料和能源的消耗、減少對環(huán)境的影響、提高安全性、降低成本，從而，在全球經(jīng)濟中更具競爭力。

    在工業(yè)過程自動化軟件方面，國內(nèi)外競爭最激烈的要算實時監(jiān)控軟件平臺、先進控制和過程優(yōu)化。

二  實時監(jiān)控軟件平臺

    實時監(jiān)控組態(tài)軟件作為數(shù)據(jù)收集處理、遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心，已經(jīng)成為工業(yè)應用軟件的一個重要組成部分。自上世紀80年代初發(fā)展至今，該技術(shù)已較成熟，市場上活躍著各大廠商，國產(chǎn)組態(tài)軟件也已形成品牌之勢。隨著用戶對多樣化、智能化和實時需求的日益高漲，監(jiān)控組態(tài)軟件逐步走向開放性、標準化、信息化、系統(tǒng)性、導向性，并向上下兩端發(fā)展，成為工廠信息化的核心技術(shù)。

    在這些以企業(yè)經(jīng)營和生產(chǎn)管理的緊密集成成為目標的大型企業(yè)應用軟件中，對生產(chǎn)過程的集成、監(jiān)控、管理是整個應用軟件體系的基礎和平臺。因此，一種能夠網(wǎng)絡化集成監(jiān)控所有自動化設備的新型實時監(jiān)控軟件平臺已經(jīng)成為國內(nèi)外自動化廠商開發(fā)的方向。

    使用這種新型實時監(jiān)控軟件平臺能實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)的以下需求：

    ⑴集成監(jiān)控管理現(xiàn)存的和即將應用的自動化控制設備，逐步消除工廠內(nèi)各不相同的專有技術(shù)、網(wǎng)絡、協(xié)議所產(chǎn)生的平良效果；

    ⑵降低自動化系統(tǒng)的總體投資成本，并最大程度上保護在現(xiàn)有自動化系統(tǒng)上的投資；

    ⑶滿足工廠生產(chǎn)過程控制從單機生產(chǎn)到聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)的需要，最終提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益；

    ⑷使全廠實時生產(chǎn)過程信息進入企業(yè)內(nèi)所有計算機平臺，滿足企業(yè)對生產(chǎn)更深入、更及時地管理；

    ⑸提供開放、標準的方式或方法，使得先進控制軟件（APC）、生產(chǎn)調(diào)度軟件能方便的開放；

    ⑹統(tǒng)一自動化控制系統(tǒng)的基礎設施網(wǎng)絡，為將自動化系統(tǒng)最終融入信息管理系統(tǒng)提供條件和可能；

    ⑺充分利用網(wǎng)絡通信技術(shù)、Internet/Intranet技術(shù)，使得生產(chǎn)管理人員和現(xiàn)場操作人員能在任何地方對機器、生產(chǎn)過程乃至工廠生產(chǎn)管理進行遠程控制。

    現(xiàn)在，國外商品化的實時監(jiān)控軟件正在全力朝這個方向發(fā)展，典型的產(chǎn)品有美國Intellution公司的FIX Dynamics軟件、Wonderware公司的inTouch軟件、以色列車PCSoft國際公司的WizCon軟件、澳大利亞Citect軟件、法國ARC公司的Pcvue32軟件等，這些軟件大都已經(jīng)或多或少地進入中國市場。

    國內(nèi)目前已具人相當基礎，國產(chǎn)實時監(jiān)控軟件平臺在圖形界面上已具有相當國外水平，以協(xié)外實時監(jiān)控軟件已形成威脅。

    下表是國內(nèi)外主要商品化實時監(jiān)控軟件平臺的市場銷售情況一覽表。

    中國國內(nèi)各行業(yè)每年的實時監(jiān)控軟件市場的總裝機容量已達到2萬套，實時監(jiān)控軟件平臺產(chǎn)品的每年總價值已經(jīng)達到40億元人民幣，并以高于國際平均水平的速度快速增長。

三  先進過程控制（APC）軟件

    1，工業(yè)過程控制的發(fā)展

    在80-90年代，多變量控制特別是基于模型預測控制的多變量優(yōu)化控制得到迅速發(fā)展，近幾年，已用于處理大規(guī)模的過程控制問題。

    ⑴基于模型預測控制的多變量優(yōu)化控制，在存在控制約束和狀態(tài)約束的工業(yè)過程中已成為一種標準的窮折騰技術(shù)。模型預測控制在在線計算控制量時，明確地考慮了這些約束。

    ⑵在2000年據(jù)控制廠商報道，模型預測控制已有5000多例，包括煉油、石化、紙漿和造紙、空氣分離、食品加工、煉鋼、航空和汽車。

    然而，這并不表明所有過程控制的問題已解決了。最具挑戰(zhàn)性的化工和材料加工等過程工業(yè)還需新的控制技術(shù)來解決所有問題。

    采用先進控制，可以處理各種約束，可以把各種要求以性能指標的形式結(jié)合到控制中加以考慮，以提高控制的動態(tài)質(zhì)量。動態(tài)控制的質(zhì)量高，上層優(yōu)化級就可以將工作點設置到臨近約束邊界，從而進行卡邊生產(chǎn)，在保證安全性的同時使經(jīng)濟效益大大提高。理論和實踐都證明，只要設計合理，先進控制完全可以取得明顯優(yōu)于常規(guī)控制的實際效果。

    從目前先進控制技術(shù)應用的情況看，在今后的幾年內(nèi)，預測控制、模糊控制、魯棒控制、智能控制、自適應控制、軟測量等將社會成為先進控制技術(shù)的軟件發(fā)展主流，將對我國冶金、煉油、化工、造紙、制藥、石化等行業(yè)的技術(shù)改造、技術(shù)進步起到積極的推動作用。

    國外從70年代末80年代初就開始先進控制技術(shù)的商品化軟件開發(fā)及應用，在DCS的基礎上實現(xiàn)優(yōu)化控制和先進過程控制。在控制算法上，將控制理論研究的新成果，如多變量約束控制、各種預測、推斷控制和估計、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡控制和軟測量技術(shù)等應用于工業(yè)生產(chǎn)過程并取得明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。目前國外，特別是美國、加拿大、歐洲等國已有SetPoint、Adersa、Aspen、Tech、Treiber Controls等公司開發(fā)出適合于實時控制與優(yōu)化的多變量先進控制和實時在線優(yōu)化的商品化工程軟件，大量推向市場，在上千家大型石化、化工、煉油、冶金等企業(yè)獲得成功應用，取得巨額利潤。
    
    2，先進控制軟件中的預測控制等技術(shù)具有誘人的市場價值

   應用預測控制等先進控制軟件可以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及生產(chǎn)質(zhì)量；通過優(yōu)化實現(xiàn)“卡邊”控制提高產(chǎn)品的質(zhì)量；通過采用故障時的后備操作來提高控制系統(tǒng)的可靠性和有效性，縮短故障停產(chǎn)時間；產(chǎn)生最大限度的利潤。這對于市場巨大的大系統(tǒng)和裝置，無論是新建項目還是技改傳統(tǒng)項目，都有著誘人的市場價值。據(jù)資料統(tǒng)計，國外比較著名的先進控制軟件包已有2233套得到應用，可見市場之大。

    許多國外PLC、DCS公司的產(chǎn)品在控制功能上已附有仿人智能控制、模糊控制、專家控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡控制等已被實踐證明是解決日益復雜問題的智能控制技術(shù)。這些方法已成功地用于石化、冶金等工業(yè)領(lǐng)域，取得了十你好可觀的經(jīng)濟效益。

    據(jù)不完全統(tǒng)計，我國石化、冶金等工業(yè)領(lǐng)域的過程自動化，每年需要預測控制、魯棒控制、最優(yōu)控制、自適應控制等先進控制軟件約1500套。大量復雜的工業(yè)過程還需要智能控制、模糊控制、專家控制、補綴網(wǎng)絡控制等人工智能技術(shù)。這種與AI技術(shù)相結(jié)合的先進控制，一旦實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將對我國各行各業(yè)的應用產(chǎn)生重大作用，對提高產(chǎn)品質(zhì)量和國際競爭力具有十分重要的意義。

    3，先進控制軟件中的軟測量等技術(shù)具有驚人的市場

    先進控制軟件中的軟測量技術(shù)的使用不僅提高控制品質(zhì)，而且可以省去一些昂貴的在線分析儀表、遠紅外分析儀、質(zhì)譜儀、紙漿硬度分析儀、黑液濃度測試儀、辛烷值分析儀和油品特性分析儀等，這些儀表目前一般依賴進口費用從十幾萬—幾十萬美元/臺。成功的軟測量控制軟件不僅能為化工、造紙、生化、冶煉等行業(yè)節(jié)省每年上千萬美元的外匯，還能診斷設備故障、控制產(chǎn)品質(zhì)量、促進企業(yè)提高效益。

    先進控制軟件中的數(shù)據(jù)校正技術(shù)可以充分收集利用、優(yōu)化、評估一切有價值的原始數(shù)據(jù)，提高現(xiàn)有企業(yè)在同等技術(shù)條件下的數(shù)據(jù)集成質(zhì)量，有廣泛的應用前景。

    故障診斷和容錯控制技術(shù)可以提高控制系統(tǒng)的可靠性，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本有實際意義。這一技術(shù)可以用于我國市場龐大的傳統(tǒng)行業(yè)的技術(shù)改造、技術(shù)裝備創(chuàng)新，特別對研究和開發(fā)工業(yè)生產(chǎn)過程的高可靠性控制系統(tǒng)有推動作用。同時，結(jié)合人工智能技術(shù)，從可靠性理論出發(fā)，開發(fā)提高裝備作業(yè)率、增加產(chǎn)量、改善質(zhì)量和減少維護費用為目的的設備管理的設備診斷系統(tǒng)，可以獲得更大的經(jīng)濟效益，有著廣泛的應用前景。

    據(jù)調(diào)查，我國石化、冶金等工業(yè)領(lǐng)域，在信息管理系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)中，每年需要軟測量、數(shù)據(jù)校正、故障診斷和容錯控制技術(shù)2000套。

    4，先進控制軟件中的專用系統(tǒng)軟件具有巨大的市場容量

    先進控制技術(shù)的軟件開發(fā)具有很強的實際應用背景。從實際控制對象出發(fā)，針對不同工業(yè)系統(tǒng)中的不同裝置和過程，建立各種工業(yè)過程的動態(tài)數(shù)學模型、軟測量模型、研究開發(fā)應用相應的先進控制應用軟件，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，有著巨大的國內(nèi)外市場。
    
    據(jù)調(diào)查，我國鋼鐵、煉油、石化、化工、化肥、造紙、生化、環(huán)境等工業(yè)領(lǐng)域中，典型的關(guān)鍵設備和關(guān)鍵過程，全部開發(fā)完成先進控制專用應用軟件，每年的需求量將達到12000—15000套。

四  過程優(yōu)化軟件

    過程優(yōu)化是工業(yè)自動化的核心技術(shù)之一，它通過生產(chǎn)裝置的安全平穩(wěn)運行和優(yōu)化操作使生產(chǎn)計劃高效地實施。為了實現(xiàn)這一目標，首先需要獲取正確反映生產(chǎn)裝置狀態(tài)的原始數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)校正技術(shù)，分析、綜合出產(chǎn)品質(zhì)量、裝置能力及狀況、能源消耗、故障報警信息，實現(xiàn)質(zhì)量監(jiān)控、故障診斷和安全管理，同時，利用流程模型和裝置狀況，進行生產(chǎn)作業(yè)計劃的優(yōu)化調(diào)度，以最少的能耗、最高的安全性或最大的產(chǎn)品效益，確定各個生產(chǎn)裝置的負荷并通過靜態(tài)實時優(yōu)化向先進控制層提供最優(yōu)操作條件。

    1，過程優(yōu)化組成

    過程優(yōu)化層主要由七大軟件產(chǎn)品組成：數(shù)據(jù)校正、質(zhì)量監(jiān)控、故障診斷、生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化、靜態(tài)實時優(yōu)化、生產(chǎn)信息綜合集成平臺。

    過程優(yōu)化軟件是實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)節(jié)能、降耗、安全生產(chǎn)、環(huán)境保護和增加效益的重要工具。國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界對此非常重視，國外80年代起已逐步出現(xiàn)流程模擬、生產(chǎn)計劃調(diào)度優(yōu)化、數(shù)據(jù)校正、統(tǒng)計質(zhì)量控制和靜態(tài)優(yōu)化商品化軟件，90年代以來，各類商品化軟件的功能日益完善，在不同計算機硬件、網(wǎng)絡及數(shù)據(jù)庫平臺上的的通用性進一步加強，針對特定工業(yè)過程優(yōu)化軟件的工程服務受到廣泛的重視，工程服務水平和用戶參與程度已成為優(yōu)化軟件應用成敗的重要因素。90年代后期，國外的軟件廠商除了不斷擴展各應用軟件的功能，還十分重視各應用軟件的綜合集成和相互組合，既有大公司（如AspenTech）力圖提供過程優(yōu)化層全面軟件產(chǎn)品，也有多家軟件企業(yè)提供富有特色的專用優(yōu)化軟件。今后發(fā)展趨勢是進一步提供優(yōu)化軟件的工程適用性，提供Internet遠程維護，為綜合集成商提供即插即用式應用軟件和面向目標的圖形化軟件組態(tài)界面。但是各種優(yōu)化軟件在功能上都因若干技術(shù)的難點而不夠完善，市場需要功能更優(yōu)的優(yōu)化軟件出現(xiàn)。

    我國工控界近20年來在靜態(tài)優(yōu)化、質(zhì)量控制、故障診斷、數(shù)據(jù)校正方面進行了許多理論研究和應用開發(fā)，但均未形成商品化的優(yōu)化軟件離高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化更有一定距離。其原因是優(yōu)化軟件的研究開發(fā)者尚未找到發(fā)展軟件企業(yè)的運行模式；優(yōu)化技術(shù)的理論與工程應用研究自身水平有待提高；用戶企業(yè)的基礎自動化程度、管理模式和經(jīng)營觀念限制了過程優(yōu)化軟件的市場空間。

    2，過程優(yōu)化軟件技高一籌

    過程優(yōu)化是工業(yè)過程自動化的核心技術(shù)之一，它通過生產(chǎn)裝置和安全平穩(wěn)運行和優(yōu)化操作使生產(chǎn)計劃高效地實施。目前國際許多工業(yè)過程都強調(diào)過程在線優(yōu)化的經(jīng)濟效益，德國OPTILM及英國ICL公司都不能報道了乙烯裝置及氣體分離裝置使用在線優(yōu)化技術(shù)取得的成果。英國KBC過程技術(shù)公司采用了煉廠仿真系統(tǒng)及優(yōu)化器實現(xiàn)了全廠實時優(yōu)化，可在先進控制基礎上再增加經(jīng)濟效益10—25美分/每桶加工量，據(jù)國外權(quán)威軟件公司估計，實現(xiàn)在線優(yōu)化的工業(yè)過程，增加收益的典型值為裝置產(chǎn)量的3—5%。開發(fā)在線優(yōu)化技術(shù)已成為一種特有的高技術(shù)智力產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的市場前景。以我國石化企業(yè)為例，據(jù)測算，現(xiàn)有1000套生產(chǎn)裝置，其中已有400套具有DCS系統(tǒng)，可作為在線優(yōu)化的軟、硬件基礎。如果每套在實現(xiàn)在線優(yōu)化后，其利潤可提高3-5%，相當于500—600萬元的經(jīng)濟效益，則在400套裝置實現(xiàn)在線優(yōu)化的年增長效益將達到20—24億元左右。

                                                                            邵慧鶴 教授