工業(yè)信息化中的測控技術(shù)

發(fā)展與展望

清華大學(xué)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(shù)的發(fā)展四、測控技術(shù)對計算機的要求五、結(jié)束語1一、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(shù)產(chǎn)生了密切的交互作用，這正是當(dāng)前我們所生存的時代特征--來自美國資料--2一、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(wù)，大力推進國民經(jīng)濟和社會信息化，是覆蓋現(xiàn)代化建設(shè)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3一、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)政策信息化新技術(shù)體制4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－－工藝路線的革命設(shè)備的更新?lián)Q代－－擴容和技術(shù)更新產(chǎn)品的開發(fā)－－新產(chǎn)品的設(shè)計2、信息化建設(shè)道路采用信息化－－挖掘設(shè)備潛力，達到設(shè)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(xué)化5二、工業(yè)信息化1、什么是信息化2、自動化與信息化的關(guān)系3、國內(nèi)外信息化發(fā)展比較61、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(chǔ)設(shè)施，在集成平臺上，實現(xiàn)信息的采集（傳感器及儀器儀表）、信息的傳輸（通信）、信息的處理（計算機）以及信息的綜合應(yīng)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(shù)用于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、制造、管理和銷售的全過程，以提高企業(yè)的市場應(yīng)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(biāo)71、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(yīng)用

結(jié)論：信息化需要信息學(xué)、測量學(xué)、控制理論、系統(tǒng)學(xué)、計算機科學(xué)、管理科學(xué)以及各種專業(yè)的學(xué)科交叉與融合才能實現(xiàn)82、信息化與自動化的關(guān)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92、信息化與自動化的關(guān)系工業(yè)化信息化自動化

（廣義）基礎(chǔ)促進帶動保證依賴提升10國外企業(yè)業(yè)信息化化發(fā)展的的三個階階段：70年代代以前基基礎(chǔ)信息息化80年代代中期開開始信信息集集成（企企業(yè)內(nèi)部部）90年代代后期開開始全全球信信息化（（電子商商務(wù)）國內(nèi)企業(yè)業(yè)信息化化的現(xiàn)狀狀：基礎(chǔ)信息息化尚未未完成少數(shù)企業(yè)業(yè)實現(xiàn)了了信息集集成極少數(shù)企企業(yè)策劃劃進入全全球信息息化3、國內(nèi)內(nèi)外信息息化發(fā)展展比較11三、測控控技術(shù)的的發(fā)展1、測量系系統(tǒng)的現(xiàn)現(xiàn)狀與發(fā)發(fā)展測量系統(tǒng)統(tǒng)的組成成：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12傳統(tǒng)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不平衡電電橋放放大器交交流載波波器等等測量值計計算非非線性性校正熱熱電偶補補償?shù)鹊戎甘緝x表表記錄儀表等等多路切換換器熱電偶電電阻電電容電電感電電磁壓壓電節(jié)流元件件等13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發(fā)展趨勢1、采用新技術(shù)：微波技術(shù)術(shù)激激光與與紅外技技術(shù)納納米技技術(shù)超超導(dǎo)導(dǎo)技術(shù)仿仿生技術(shù)術(shù)等等等14發(fā)展趨勢敏敏感件敏感元件調(diào)理元件信號處理元件件顯示元件多路切換元件件2、向微型化集成化發(fā)展

MEMS多功能傳感器敏感、信號處處理、顯示等元件集集成化等等15發(fā)展趨勢信號處理元件件多路切換元件件基于微處理器器的智能儀表表具有自校正、、自診斷、故故障自定位、、自修復(fù)、自自適應(yīng)跟蹤環(huán)環(huán)境等能力敏敏感件敏感元件調(diào)理元件顯示元件多路切換元件信號處理元件16發(fā)展趨勢敏敏感件敏感元件調(diào)理元件信號處理元件件顯示元件多路切換元件件基于PC的計算機測量量儀表又稱虛擬儀表集計算機技術(shù)術(shù)、信號處理理技術(shù)、圖象象處理技技術(shù)等于一體體，例如汽車車發(fā)動機機檢測系統(tǒng)、、自動計量系系統(tǒng)等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件顯示元件多路切換元件件網(wǎng)絡(luò)化儀表表系統(tǒng)在局域網(wǎng)或互互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下下將分布于網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)各端口的的數(shù)據(jù)或信息息在任何時間間任何地點均均能加以采集集的測量系統(tǒng)統(tǒng)例如：網(wǎng)絡(luò)化化流量測量系系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化化水文監(jiān)測系系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化化環(huán)環(huán)境監(jiān)測測系統(tǒng)，智能能交通系統(tǒng)、、網(wǎng)絡(luò)化控制制系統(tǒng)等等18三、測控技術(shù)術(shù)的發(fā)展2、控制技術(shù)的的發(fā)展從一般控制技技術(shù)向綜合自動化技技術(shù)發(fā)展（廣義自動化化）19經(jīng)營決策企業(yè)管理生產(chǎn)調(diào)度過程優(yōu)化過程控制Purdue模型BPS（包括ERP）(BusinessPlanningSystem)PCS(ProcessControlSystem)MES(ManufacturingExecutionSystem)BPS/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)20集成支撐系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)庫計算機網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營計劃系統(tǒng)統(tǒng)（BPS）生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)統(tǒng)（MES）生產(chǎn)過程控制制系統(tǒng)（PCS）21PCS基礎(chǔ)自動化過程自動化自動控制物料平衡分析析自動整定先進控制實時監(jiān)控采集數(shù)據(jù)22相對傳統(tǒng)的以以溫度、壓力力、液位等為目標(biāo)的的單回路控制制而言，先進控制則是以質(zhì)量和工藝要要求為指標(biāo)的多多變量控制先進控制系統(tǒng)統(tǒng)的本質(zhì)：23加熱爐的控制制單回路控制系系統(tǒng)有：1、燃燒系統(tǒng)統(tǒng)－燃料、送送風(fēng)、負壓、、含氧量等控控制2、加熱系統(tǒng)統(tǒng)－物流的溫溫度控制3、物流系統(tǒng)統(tǒng)－流量、壓壓力等控制各種控制回路路之間存在著著強耦合系統(tǒng)具有非線線性因素各參數(shù)之間有有互動作用作干擾處理24燃料

送風(fēng)機

引風(fēng)機

噴水

壓力

風(fēng)燃比

負壓

溫度

水位

給水

結(jié)論：1、在在耦合作用下下各被控參數(shù)數(shù)必然有很大大波動2、人們關(guān)心心的控制指標(biāo)標(biāo)：燃燒效率率、尾氣含氧量、影響安安全因素（水水位、負壓））等3、必需將加加熱爐作一整整體來考慮－－多變量系統(tǒng)統(tǒng)25制藥工業(yè)中的的典型設(shè)備－－發(fā)酵罐的自自動控制菌體濃度還原糖濃度氨氮濃度青霉素效價

營養(yǎng)液氨水硫氨（氮）苯乙酸26多變量魯棒預(yù)預(yù)測控制器結(jié)結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫辨識器多變量預(yù)測控制器軟儀表快速、平穩(wěn)地地控制整套裝裝置、可提高高生產(chǎn)過程的的處理能力增加高附加值值的產(chǎn)品率采用預(yù)測測原理，可克克服過程大滯滯后現(xiàn)象和外外部干擾，達達到“卡邊””生產(chǎn)的目標(biāo)標(biāo)27先進控制器實施現(xiàn)場曲線初餾塔干點航煤初餾點航煤干點航煤閃點輕柴95%航煤冰點28銷售服務(wù)管理供應(yīng)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)統(tǒng)生產(chǎn)過程管理物料跟蹤生產(chǎn)計劃優(yōu)化化設(shè)備維修管理理生產(chǎn)運行優(yōu)化化生產(chǎn)狀況分析析動態(tài)成本控制制質(zhì)量管理過程控制層產(chǎn)品與工藝設(shè)計MESMES層29BPS產(chǎn)品與工藝設(shè)計（P/PE）企業(yè)資源計劃（ERP）供應(yīng)鏈管理（SCM）電子商務(wù)（EC）銷售服務(wù)管理（SSM）30★PCS級以以產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量和工藝要要求為目標(biāo)的的先進控控制技術(shù)（多多變量預(yù)測控控制）★MES級以生產(chǎn)綜合指指標(biāo)為目標(biāo)的的生產(chǎn)過程優(yōu)化控制、優(yōu)優(yōu)化操作與優(yōu)優(yōu)化管理技術(shù)術(shù)★BPS級以以財務(wù)分析析決策為核心心的整體資源源優(yōu)化技術(shù)★基于知識鏈的BPS/MES/PCS三級結(jié)構(gòu)流程程工業(yè)現(xiàn)代集成制造造系統(tǒng)集成技術(shù)31

物理平臺集成平臺數(shù)據(jù)平臺EIPPCSMESERPKRM32國外信息化建建設(shè)的經(jīng)濟效效益分析一般生產(chǎn)規(guī)模模下可達1000萬－3000萬美美元的效益33四、測控技術(shù)術(shù)對計算機的的要求1、硬件高速率、、高精度、多多功能、大容容量數(shù)采系統(tǒng)統(tǒng)抗干擾性性強、高穩(wěn)定定性的控制系系統(tǒng)高可靠性性、高可用性性、高可維護護性、高可擴擴展性的測控系系統(tǒng)平臺例如，國產(chǎn)的的新型數(shù)采采系統(tǒng)，國產(chǎn)產(chǎn)的DCS、PLC、FCS等34四、測控技術(shù)術(shù)對計算機的的要求2、軟件各類系統(tǒng)統(tǒng)的組態(tài)軟件件及其開發(fā)工工具針對不同同行業(yè)需求的的應(yīng)用軟件（例如，軟測測量軟件、先先進控制軟件件、操作優(yōu)化軟件、計計劃調(diào)度軟件件、動態(tài)成本本分析軟件、ERP軟件等等）基于互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)網(wǎng)和現(xiàn)場總線線上控制軟件、相應(yīng)的通通訊協(xié)議、負負荷分配等網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制軟件其他軟件件35四、測控技術(shù)術(shù)對計算機的的要求3、集成系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線線、局域網(wǎng)和和互聯(lián)網(wǎng)的綜綜合自動化系統(tǒng)