智能制造系统控制技术

仲崇权，，大连理工大学电子信息与电气工程学部教授用协同自动化系统，打造绿色智能工厂智能制造系统控制技术汇报提纲-11、智能制造控制技术与问题2、系统控制技术与趋势3、突破几个关键技术4、应用案例智能制造控制系统原油煤炭矿石然油等有机材料电力等能源动力金属等无机材料汽车高铁飞机家电微机通信纺织轻工食品工程机械高效、绿色、安全、智能流程制造(DCS/大型PLC)离散制造(PLC/ECU)工业机器人服务机器人特种机器人无人制造(MC/NC/Robot)4德国工业4.0的特性通过信息技术改变制造模式实现产业工人与制造过程分离实现用户对制造过程的深度参与

德国工业4.0的重点是创造智能产品、程序和过程人、机器、资源如同在一个社交网络里自然的相互沟通协作智能产品和制造过程与用户密切结合，产品功能和服务能力得到较大提高德国工业4.0信息技术深度融合制造过程全产业链能够自组织集成制造具有个性化制造特征德国工业4.0的内涵解决四个关键技术：1）数据智能采集技术支持设备、条码、IC卡以及视频等信息集成；信息自动获取。2）全互联网络集成技术

各种生产过程数据全集成，消除各种信息壁垒。3）协同自动化技术

实时数据和数据库多种信息集成，实现监控（HMI）、制造执行（MES）、企业资源管理（ERP）以及产品全生命周期管理（PLM）。4）制造全信息化技术

人、机器、资源如同在一个社交网络里自然的相互沟通协作智能制造内涵制造智能：随着互联网、物联网、大数据、云制造等技术的发展，使制造装备和过程与信息技术深度融合，制造具有概念、判断、推理以及自诊断、自维护，自恢复等能力。如：德国推出工业4.0、美国提出智能制造、日本提出的“智能制造系统计划”等

。智能装备和智能产品嵌入式可编程控制器，具有视觉测量、距离测量、环境测量、输出驱动、运行执行和网络通信等功能。智能制造控制系统要解决问题网络由现场总线、控制总线、车间级管理总线组成，多种网络集成技术是控制系统要解决的问题开放的感知、控制和驱动一体化控制技术是系统控制技术的新特点多种信息有效集成和管理为制造过程智能化提供技术基础；统一数据描述、一致性、互操作性标准化技术体系是技术发展趋势汇报提纲-21、智能制造控制技术与问题2、系统控制技术与趋势3、突破几个关键技术4、应用案例

智能制造系统控制技术组成

智能制造控制系统组成:1）单元控制技术——解决特种仪表、控制器和执行器中的关键单元技术2）系统控制技术——用可编程系统解决制造高效/安全/绿色等关键技术3）开发平台技术——程序开发、组态监控和信息集成等开发平台技术4）智能控制技术——对数据进行分析和处理，实现系统的智能化（知识自动化）5）网络互联技术——解决不同系统的信息互通和统一理解（不同系统的集成）组件智能制造控制系统DCCENEAS信息开发平台（HMI/MES/ERP)网络化程序开发平台软PLC控制系统可编程控制器（PLC/NC/DCS）关键控制单元EPA/WIA

+其它网络嵌入式可编程序控制器单元控制系统控制技术开发平台技术网络集成大数据的智能控制技术智能技术控制网络和信息网络融合日趋明显1）网络功能无处不在（移动互联）有线无线通信技术已经成熟现场总线、控制总线、互联网、移动终端可以混合使用系统统控控制制技术术趋趋势势2）硬硬件件软软件件化化趋趋势势日日益益明明显显仪表表功功能能集集成成到到控控制制器器中中，，测测量量功功能能做做成成软软件件功功能能块块执行行器器中中具具有有可可编编程程控控制制功功能能，，执执行行器器就就是是一一个个可可编编程程序序控控制制器器+=+=系统统控控制制技术术趋趋势势3）可可编编程程控控制制系系统统，，嵌嵌入入式式系系统统（（板板级级，，芯芯片片级级））和和MEMS（微微机机电电系系统统））等等多多种种形形态态的的统统一一仪表表、、控控制制器器和和驱驱动动器器统统一一成成整整体体控制制系系统统形形式式多多样样化化(1)符合合工工业业应应用用环环境境，，(2)具有有可编编程程功功能能，，(3)支持持网网络络功功能能汇报报提提纲纲-31、智智能能制制造造控控制制技技术术与与问问题题2、系系统统控控制制技技术术与与趋趋势势3、突突破破几几个个关关键键技技术术4、应用案例智能工厂：面向产品全产产业链环节，，综合应用现现代传感技术术、网络技术术、自动化技技术、智能化化技术和管理理技术等先进进技术，与现现有生产过程程的工艺和设设备运行技术术高度集成的的新型工厂，，以实现复杂杂环境下生产产运营的高效效、节能和可可持续为目标标。智能工厂的必必要技术传感器网络数据互操作性性大规模动态建建模与仿真智能化自动控控制可伸缩的、多多层次的信息息安全智能工厂带来来的收益降低产品上市周期期推动动态的、、基于需求的的生产模式带来全局性的的竞争力优势势使过程向零事事故和零排放放方向发展利用能耗管理理与智能电网网集成的优势势快速响应消费费者需求的变变化智能工厂当前前的潜在应用用利用嵌入操作作员工具和服服务信息系统统的数字化控控制系统，优优化生产操作作和提高安全全性利用预防性维维护、统计评评价和度量进进行资产管理理，提高工厂厂的可靠性利用智能传感感器检测异常常，避免非正正常和灾难性性事件智能系统、能能耗管理系统统、外部智能能电网集成，，进行实时能能源优化智能工厂的定定义关键技术1）监控管理开开发平台像生产汽车一样样生产软件，，像搭积木一一样构建系统统。由用户自己开开发所需要的的软件，修改改、维护和升升级自由通信业务使用统一一模型描述。。业务系统按统统一组件化标标准开发。开发过程全部部工具化。重复劳动环节节全部自动化化。统一标准的组组件可以快速速装配出适合合业务需要的的系统。不同业务系统统间自由通信信、协作，无无缝集成。业务变化时，，业务系统可可以快速重组组，适应变化化。快速开发降低成本无缝集成敏捷应变产出产出开发团队1装配装配开发团队2可复用组件集集业务系统A业务系统B重组新版业务系统统A将HMI/MES/ERP开发平台整合合，形成信息息集成开发平平台，解决制制造企业数据据开发平台项目规划（1）建立工厂模模型描述相关的工工厂管理及信信息层面的逻逻辑结构部署模型定义系统中各各站点服务器器的功能角色色，并能在整整个项目周期期进行调整，，而不受时间间网络拓扑的的限制整个设计项目规划开发安装运行调试诊断及维护升级扩容工厂模型全互联制造网网络系统架构构（2）工业互联网网技术全互联制造信息息一体化集成成平台能够实现各各类生生产数数据和和制造造信息息的一一体化化集成成，并并对其其进行行合理理的、、有效效的组组织、、管理理和展展示，，实现现从现现场、、控制制和管管理信信息的的无缝缝融合合，为为制造造企业业提供供能自自主实实现跨跨层、、跨系系统的的纵向向集成成和跨跨应用用、跨跨组织织的横横向集集成的的能力力。（3）形成成监控控管理理开发发平台信息开发平台说明工程开发提供工程创建、编辑等开发功能和运行管理功能设备管理提供设备描述管理、工程师站配置、设备拓扑编辑功能变量管理提供变量表编辑、变量组编辑功能、IO变量、内存变量、HMI的临时变量画面开发提供图片库、图形库、曲线库、表格等丰富部件视频管理提供视频控件，软件具有视频显示和管理功能地理信息提供地理信息和场地信息图形化导航用户管理提供现场用户的权限配置与依据权限页面操作或发布功能实时数据提供变量的实时数据的读取功能，提供外部访问服务数据库包括历史数据库存储器，与数据库服务器报表管理提供各种报表模板，与数据库连接运行管理提供操作过程设备、人员、原材料、产成品等管理Web发布提供Web发布功能，使用移动终端访问监控页面在已有有的人人机界界面组组态软软件基基础上上开发发数据据库管管理功功能，，实现现制造造过程程管理理在统统一一一个平平台上上开发发，解解决车车间运运行监监控和和管理理问题题。（4）开放放的智智能组组件集集成技技术以应用为目标标，研发数据分分析和处理软件；建立知知识库库，实现对对制造过过程指导和和优化；；提高整整个制制造过过程和和产品品的智智能化化水平平；将专家家经验验转换换成智智能应应用组组件(iAPP），形形成积累和和汇集专专家经经验的的平台台软件件关键技技术2）感知知、控控制和和执行行一体体化开开发平平台根据IEC61131-3、IEC61499和PLCOPEN等编程程语言标准、、定义逻辑处理、变量处处理、过程程控制制、运动控制和和程序控控制等等图形形化编编程指指令，，以分布式式体系结结构为为基础础，开开发程程序统统一执执行平平台软软件，，实现现全分分散系系统下下的统一编程开发和和系统统管理。（1）程序开发平平台支持IEC61131/IEC61499/PLC_Open等标准的图形化程序序开发发，支持逻辑、、运动动、过过程控制等编程程指令。支持程序的的编辑、编译译、下下载、、运行行、调调试、、仿真真与监控控功能能。与CAD/CAE/CAM接口。形成成制造造执行行系统统的自自动执执行单单元（2）网络络化运运动控控制系系统以无人人工厂厂的替替人装装备专专机或或机器器人为为目标标，研研发专专机运运动或或机器器人控控制系系统(1)嵌入式式运动控控制技技术(2)网络化化运动动控制制技术(3)嵌入式式视觉觉定位位技术(4)伺服驱驱动技技术(5)特种电电机工业机机器人人技术术功能安安全（FunctionalSafety）IEC61508系列标标准等等物理安全（PhysicalSafety）IEC61010系列标准等等信息安全（Security）IEC62443系列标准等等产品安全的的核心是物物理安全网络安全的的核心是信信息安全安全仪表系系统的核心心是功能安安全关键技术3）智能制造造系统安全全技术控制系统安安全分为物物理安全、、信息安全全和功能安安全人员干预安全系统(自动地)基本自动控制过压阀,破裂片收集池主动的保护被动的保护灾难保护灾难保护安全仪表系统(SIS)

过程值过程报警标准的行为过程控制系统安全停车功能安全社区应急响应机械缓解系统安全仪表系统机械防护系统具有操作人员纠正措施的过程警报

安全仪表系统基本过程控制系统监测系统(过程警报)操作人员监督工厂应急响应过程（1）功能安全保护层层分级昆山中荣金金属制品有有限公司铝粉粉尘爆炸75人死亡,185人受伤美国西部制制药厂公司司聚乙烯粉尘爆炸6人死亡,38人受伤昆山预防粉尘爆炸的的发生，降降低粉尘爆爆炸危害，，必须针对产生粉尘的制造造过程进行行安全研究究，提高制制造安全等等级，避免免粉尘爆炸发生！西部制药（2）工业粉尘爆炸预预防、控制汇报提纲-41、智能制造造控制技术术与问题2、系统控制制技术与趋趋势3、突破几个个关键技术术4、应用案例例DCCE-iFactory智能工厂iFactory针对工业生生产如何执执行、监控控、追溯等等问题，提提供生产工艺配配置、生产资源管管理、生产过程监监控和质量控制优优化四大方面的的功能，并并提供与企企业级计划划层、控制制层、设备备层的数据