流程工业综合自动化技术发展讲座(ppt 92页).ppt

1、2012年自动化专题,流程工业综合自动化技术,天津理工大学自动化学院,主讲人：高 强 时 间：2012年11月13日 联系方式： qq:892637729,1,2012年自动化专题,主要内容,一、概述 二、系统集成技术 三、先进控制技术 四、故障诊断技术 五、总结,2,2012年自动化专题,一、概述,3,什么是流程工业？ 流程工业 (Process Industry)也称过程工业，通常是指通过物理变化和化学变化进行的生产过程，其原料和产品多为均一相（固、液或气体）的物料，而非由零部件组装成的物品。其产品质量多由纯度和各种物理、化学性质表征。化工、炼油、冶金、轻工、建材等行业均属过程工业。 过程

2、系统(Process System),4,流程工业的特点,现代流程工业愈来愈注重于物料、能量的综合利用。多次循环复杂网络系统。过程工业向高效、节能、洁净型发展。 流程工业系统模型为具有高度非线性的代数、微分(偏、常微分)方程混合组成的数学模型，模型中包含大量的过程参数和高维状态变量，且高度交联、耦合。 现代流程工业操作可调、工艺灵活、产品多样、控制系统化的特点。,5,5,工业过程的类型,流程工业（Process Industry） 连续生产过程 产品论“斤”卖 如：化肥 制造业（Manufacturing Industry） 离散制造过程 产品论“个数”卖 如：螺丝钉,工业过程的类型,6,过程

3、控制（Process Control） 控制流程工业的生产过程 一条生产线只生产一种产品 主要控制手段是PID 现在流行叫Process Automation（过程自动化） 离散控制（Discrete Control） 控制制造业的加工过程 主要手段是顺序与逻辑控制 现在流行叫Factory Automation（工厂自动化） 批量控制（Batch Control） 同一生产线上的间歇性、多品种生产过程，半连续过程。 既有顺序与逻辑控制，也有连续过程控制 每种产品有自己的“配方” 主要是食品和制药行业,工业控制的分类,7,连续控制：流程工业,8,离散控制：制造业,离散控制：制造业,9,批量过程

4、：制药行业,批量过程：制药行业,10,工业控制的分类,output,controller,+,-,plant state,display,control variable(analog),set-point,plant,measurement,plant state,sequencer,on/off,plant,display,过程控制：闭环的特征 closed-loop control / regulation,keywords: feedback, analog variables, continuous processes, process control,离散控制：开环的特征 open

5、-loop control / command,keywords: sequential / combinatorial, binary variables, discrete processes,batch control, manufacturing,output,error (deviation),binary,%,process value,measurement,clock,大部分工厂都是混合过程工厂,11,特点：兼有连续和离散生产特性，能源和资源消耗大，高温运作，单体设备大,连铸,炼钢,热 轧,精炼,板坯库,加热炉,高炉,炼铁,炼钢,精整线,冷轧,12,流程工业包括了石化、炼油、化

6、工、制药、造纸、冶金、采矿、电力、食品加工等在国民经济中占主导地位的行业 全球500强行业中，流程工业企业有70余家，占15%，其营业收入占总收入的16.5% 我国流程企业年产值占全国企业年总产值的66%，流程工业的发展状况直接影响国家的经济基础，流程工业是国家的重要基础支柱产业,流程工业在国民经济中的支柱地位,13,全球500强企业中， 流程工业企业占了70家 中国流程工业总产值占工业总产值66%,流程工业在国民经济中的支柱地位,14,国家中长期科学和技术发展规划纲要将“流程工业的绿色化、自动化及装备”列为优先发展主题，重点研究开发“基于生态工业概念的系统集成和自动化技术，流程工业需要的传感

7、器、智能化检测控制技术、装备和调控系统。”,国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见指出，在“发展重大工程自动化控制系统和关键精密测试仪器，满足重点建设工程及其他重大（成套）技术装备高度自动化和智能化的需要 ”实现重点突破。,用先进控制技术提高流程工业自主创新能力,国家发展战略要求,15,综合自动化系统,流程工业系统由企业资源计划系统（ERP）、生产执行系统（MES）、生产过程控制系统（PCS）、综合生产指标优化系统和集成支撑系统组成,智能综合自动化系统结构图,16,ERP、MES 和 PCS的主要功能:将综合生产指标转化为生产计划、作业计划、作业计划转化为作业标准，作业标准转化为生产指令，由操

8、作者去操作和控制生产过程,过 程 控 制 系 统,设备 起停 顺序,工 业 生 产 过 程,生产 计划 部,产量、能源、成本、设备检修及运行、原料、质量,作业计划： 原料、能源、设备 （运行、检修）、 产量,作业班,资源供应系统,水、 煤、 电、 气、 原料,操作员,生产过程数据,资源 调配,生产过程管理部,质量、能源、成本、 设备（运行、检修）,MES,PCS,产量,质量,成本,利润,经营决策部,综合生产指标,生产计划,作业计划,作业标准,生产指令,17,系统硬件平台结构,智能综合自动化系统硬件平台结构图,18,系统硬件平台结构,19,流程工业综合自动化面临的重大任务,流程工业综合自动化系统

9、和自动化装备的研究与开发，是国家的重大战略需求，是信息化带动工业化的战略重点，是全国自动化工作者面临的重大任务，它是： 1.加快信息化带动工业化步伐的迫切需要； 2.加快振兴我国装备制造业的迫切需要； 3.确保我国国民经济绝对安全的迫切需要； 4.实现节能减排总体目标的迫切需要； 5.推动控制学科快速发展的迫切需要。,20,技术的现状分析,1、技术发展现状（1） 在国家发改委两个工业过程自动化和工业自动化重大专项支持下，我国流程工业综合自动化技术和控制装备取得了长足进步，中小工程、中低端自动化控制系统与装备全部实现了国产化，在重大工程和高端技术市场也形势喜人： 在石化行业 石化工程主体装置的自

10、动化控制系统虽然被Honeywell 28.3%、Emerson 21.2%、Yokogawa 17.7%所垄断，但中控集团已进入500万吨炼油、30万吨合成氨、52万吨尿素等主体工程； 在火电行业 1000MW超超临界火电机组的综合自动化控制系统全部被进口产品所垄断，但是，国产自动化控制系统在600MW亚临界、超超临界火电机组获得成功应用，上自仪、和利时、国电智深有一批系统投入运行；,21,技术的现状分析,1、技术发展现状（2） 在国家发改委两个工业过程自动化和工业自动化重大专项支持下，我国流程工业综合自动化技术和控制装备取得了长足进步，中小工程、中低端自动化控制系统与装备全部实现了国产化，

11、在重大工程和高端技术市场也形势喜人： 在核电行业 我国百千万瓦核电工程的自动化控制系统已发展到第三代（全数字化仪控），全部被法国的AREVA、日本的三菱、美国的西屋、ABB等所垄断，但和利时、中自仪等不仅承担外核全部自动化控制系统任务，而且开始进入核岛。 在轻纺行业 我国1800米/分车速、10.8米门幅的特大型造纸机和大型、高效纺织的自动化控制系统及控制装备，全部都由国外产品垄断，但是国产系统已全面进入车速在500米/分以下的大型纸机，双园系统已淘汰进口系统56套。,22,技术的现状分析,1、技术发展现状（3） 从总体上看，目前国内石化、电力、冶金、高铁、造纸等重大工程的自动化控制系统的控制

12、装备，高端技术市场基本上为进口产品所垄断，主要问题是： 自主创新能力低下：开发设计能力薄弱，自主知识产权匮乏； 自动化孤岛现象严重：应用系统相互独立，技术集成程度偏低； 产品竞争实力不强：低端技术产品泛滥，高端技术产品奇缺； 全面树立国产系统形象不力：参于重大工程建设的能力薄弱，国家重大工程的应用业绩缺乏。,23,技术的现状分析,2、技术发展趋势（1） （1）大规模化 在大型石化、电力、冶金等行业中，要求综合自动化控制系统（装备）具有较大的规模，通过多域网络和多控制器协同技术，使系统规模超过10000点，并且能够长期稳定运行，以满足石化、电力、冶金等重大装备长期稳定可靠运行的需要。 （2）高安

13、全性 由于石油、化工、电力、冶金等行业的生产流程具有高温、高压、易燃、易爆等特点，通常要求综合自动化控制系统具备高安全性、高可靠性、高稳定性、高环境适应性来保障重大装备长期正常的运转。此外，为了应对特殊情况，还要求自动化控制系统提供紧急停车系统和安全仪表系统来保障生产过程的安全。,24,技术的现状分析,2、技术发展趋势（2） （3）高开放性 为了提高生产效率、管理效率，石油、化工、电力、冶金等行业对于综合自动化控制系统的管控一体化和信息化要求越来越高，这就要求控制系统具备高开放性来支持厂级的综合自动化系统。目前进口系统大多具备多种现场总线接入的能力，实现异构系统互联，具有很高的系统开放性。 （

14、4）高适用性 在石油、化工、电力、冶金等行业处于垄断地位的进口控制系统供应商都有数十年的行业应用背景，在石油、化工、火电、核电等行业上积累了丰富的应用经验，这些企业所提供的综合自动化控制系统具有很好的针对性和适用性，能够满足这些行业重大工程的各种特殊要求。,25,技术的现状分析,3、国内技术优势（1） （1）初步形成重大工程完整的自动化控制装备体系 1. 国内研究制造了SUPCON集散控制系统、现场总线控制系统和Webfild网络化控制系统等一系列自动化装备，广泛应用于炼油、化工、发电、冶金等行业的重大工程，特别是在炼油化工行业，占有57%的市场份额，并已成功进入500万吨煤油、30万吨合成氨

15、、52万吨尿素等重大工程。目前已销售6000余套，迫使国外产品降价1/3。 2. 国内研究制造的Suny全集成新一代主控系统，已广泛应用生物化工、制浆造纸和机械电子等行业的重大装备，目前已销售1800余套。 3. 以上控制系统是重大装备的重要组成部分，是重大工程的“神经”和“心脏”。这些控制系统的研制成功和大面积推广应用，以及形成的控制装备主控系统体系（DCS、FCS、PLC、PCC），有力地武装了我国的装备制造业。为产业结构调整、带动国家、地方经济发展作出了重要贡献。,26,技术的现状分析,3、国内技术优势（2） （2）初步形成重大工程自动化控制应用技术体系 1. 在控制工程领域，全世界普通

16、存在着一种十分严重的问题，那就是基础研究与工程应用之间存在着一条鸿沟。 2. 实际工程应用急需突破传统控制理论与控制方法的局限性和数学化，研究以综合优化为目标的、应用于重大工程或重大装备这一复杂对象的新型控制方法。 3. 国内一直以来致力于应用理论和关键技术研究，经过多年工程化、实用化研究，取得了一大批应用理论和关键技术的研究成果，形成了自动化控制应用技术体系，并大面积应用于重大工程或重大装备，为填平基础研究与工程应用之间的鸿沟作出了重要贡献。,27,技术的现状分析,3、国内技术优势（3） （3）初步形成重大工程节能减排先进控制与优化算法库 一直以来致力于研究重大工程和重大装备节能减排的自动化

17、装备和控制系统： 在钢铁工业方面，研究开发了大型高炉、大型加热炉和大型冷热连轧机等重大装备节能降耗一系列先进控制与装备优化系统，一个大型高炉炉气的能量优化系统，年节电就达到1亿度； 在炼化工业方面，研究开发出大型常减压、大型催裂化、大型铂重整等重大工程节能降耗的自动化装备和优化控制系统，一个炼化厂的能量优化系统就使该厂的能量消耗因素降低11.94； 在轻纺工业方面，研发的大型造纸机、大型蒸发器和大型纺织机等装备的节能减排自动化控制系统，取得了重大的节能减排效果，一个年产10万吨纸和浆的造纸厂，节能达到35，减排15。 国内针对重大工程和重大装备研发的节能减排先进控制和优化技术，已形成了一个较为

18、完整的算法库，为节能减排总体目标的实现作出了重要贡献。,28,今后的推进任务,1、全集成新一代工业自动化系统 (1). 全集成新一代工业自动化系统是以获取最大的经济效益和社会效益为目标，以具有高可靠性、高稳定性、高环境适应性等特点为基础，以复杂工程系统先进控制与优化理论及方法为指导，以将DCS、PLC、FCS和MCS、PCS、QCS综合集成为特征，以在关键装置和大型企业获得成功应用为标志的高端工业自动化系统。 (2). 目前已推广应用1800余套，在制浆造纸工业中的应用，累计销量世界第一，年销量世界第一，与国内外著名公司35项指标的比较，该系统优于同类产品。,29,今后的推进任务,2、新一代主

19、控系统平台技术 (1). 以DCS技术为基础，将PLC、ESD、工业以太网技术集成为新一代主控系统，首创控制多重热备冗余；开发了符合IEC61131-3标准，支持FBD/LD/SFC/ST/IL，具有自主知识产权的控制编程语言；独创基于灵巧总线的I/O模块智能调理技术，实现I/O模块点点隔离、点点互隔、通用输入、在线校正、任意配置等功能。 (2).新一代主控系统平台基于全智能化、全数字化、全网络化设计思想；具有模块化柔性设计；实现过程控制、逻辑控制、顺序控制综合；支持先进控制与过程优化算法集；提供开放数据接口、现场总线与互联网接入；性能价格比优。,30,今后的推进任务,3、装备自动化系统设计开

20、发平台 自动化仪表与控制装置设计开发平台 实现系列化、标准化、模块化的硬件开发，包括综合仪表、可编程逻辑控制器、可编程人机界面，集成控制器； 工业控制应用软件开发平台 实现图形监控、控制编程、实时数据库、人机界面编程等，构建一个形象友好、功能强大、稳定开放的软件开发环境； 先进控制与装备优化设计开发平台 研究和开发装备建模、控制与优化算法及系统集成技术，建立多种关键装备、多种工艺条件、多种产品规格的模型库、先进控制与装备优化算法库及工程应用模板； 成套专用控制装置设计开发平台 结合装备特点，采用先进的测量技术、计算机技术、控制技术、装备优化技术，配备专用建模、控制、优化、管理软件，开发专用自动

21、化集成系统。,31,2012年自动化专题,二、系统集成技术,32,过程控制发展回顾,先进的控制工具， DCS、现场总线控制系统的出现与完善； 现代控制理论的不断发展与提高。如预测控制、自适应控制、非线性控制、鲁棒控制以及智能控制等控制策略与方法仍然为目前国内外学术界与工程界的热点研究课题。,33,过程控制重要发展阶段,模拟监测仪表手动控制（1930以前） 模拟单回路反馈控制器（1930以后） 1945年美国人Bode，奠定了控制理论的基础。 监督控制（SCADA：Supervisory Control and Data Aquisition） 计算机开始用于过程控制，主要是监视功能（1950s

22、） 设定值控制（SPC：Set Point Control） 由计算机计算出给定值，输出给模拟调节器（1960s） 直接数字控制（DDC：Direct Digital Control） 模拟PID电路变成了数字PID（1960s） 可编程控制器（PLC：Programmable Logic Controller） Dick Morley博士，1968年，Modicon公司，084系列 分布式控制系统（DCS：Distributed Control System） 分布式控制器，集中CRT监视（1975年，Honeywell：TDC2000） 现场总线仪表（Fieldbus Instrument

23、） 用数字信号仪表取代420mA模拟仪表（1990s）,34,信息化工厂的层次,DCS,35,信息化工厂的层次,MES,单元控制,回路控制,输入输出,传感器、变送器、执行器,A,V,控制室操作接口,control room,被控主设备,工作流与生产执行过程控制,SCADA =,Supervisory Control,And Data Acquisition,T,ERP,企业管理,36,流程工业综合自动化系统功能层次,通常分为：直接控制级、过程管理级、生产管理级、经营管理级。各级从“上级”获取指示，从“下级”获取信息，产生对“下级”的控制。,直接控制,经营 管理,生产管理,过程管理,连续过程,间

24、歇过程,离散过程,经营管理级居于工厂自动化系统的最高一层，负责全厂广泛的工程、经济、商务、人事以及其它的工作。如：市场分析、销售和生产计划,过程管理级主要功能包括回路组态、优化控制、性能监视、故障监测、记录、报警,生产管理主要完成生产规划，生产监视，根据用户订单、库存、能耗约束、能耗需求等指标进行生产调度。在许多DCS中，这级就充当最高管理层。,直接控制级主要功能包括现场数据采集、过程监视、故障诊断，控制输出、安全性能和冗余性能的实施,37,现场设备：传感器、变送器、执行器,现场设备：传感器、变送器、执行器,38,控制器与输入输出,控制器与输入输出,39,控制室人机接口：模拟时代,控制室人机接

25、口：模拟时代,40,控制室人机接口：数字时代,控制室人机接口：数字时代,41,各层次系统的相应时间,Planning Level,Execution Level,Control Level,Supervisory Level,ms Seconds Hours Days Weeks Month Years,ERP(Enterprise Resource Planning),DCS,MES (Manufacturing Execution System),PLC (Programmable Logic Controller),(Distributed Control System),(Superv

26、isory Control and Data Acquisition),SCADA,各层次系统的相应时间,42,DCS基本体系结构,43,一个专业的仪控工程师（I2009年全行业排放废水41.6亿吨,化学需氧量63.9万吨,氨氮9.9万吨,二氧化硫174.1万吨,氮氧化物89.9万吨,均居工业部门前列。 装置故障率高,48,先进控制技术的出现,解决目前流程工业控制中存在的问题，实现生产过程运行的“安、稳、长、满、优” 先进控制技术是一个广泛的概念，是指不同于常规控制方案的一切控制新方法 预测控制技术 软测量技术 过程监控技术,49,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

27、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：,50,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,51,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,52,制药工业中的典型设备发酵罐的自动控制,53,多变量鲁棒预测控制器结构, 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

28、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,54,55,先进控制技术应用的效益,Aspen公司 数据表明： 实施APC取得的效益中，降低能耗占10，产品质量提高占10%，提高装置生产平稳与安全性占15，提高回收率占15，提高加工能力占30。 Chemshare公司数据表明： 用DCS改造常规仪表获得10的效益，在DCS上实现APC获得40的效益,56,先进控制技术的作用,控制 + 优化 + 监控 = 效益,先进控制,优化/在线优化,过程监控,Operators,工程界形成共识：,先进控制 确保操作运行在局部约束条件边界上 优化 /在线优化 追求效益最大化目标

29、 过程监控 改进、提高运行效率,57,先进控制技术的作用,原材料信息获取/生产计划优化 Raw Material Acquisition / Run Plan Optimization 采用简化模型，仅考虑主要约束条件 优化全厂装置 优化预期进料、操作条件和价格 以效益最大化为驱动目标，实现经济定价 生产计划每月/每周平均计划 操作条件实时优化 Current - Real Time - Operations Optimization 详细的工程模型，准确预测所有约束 进行各个装置的单元优化，非全厂规模 基于当前生产操作条件与价格进行优化 优化目标值能够自动执行 先进控制应用 Advanced

30、 Control Applications 通过装置测试获取线性动态模型 应用范围小于RTO（单一指标、控制回路等） 进行动态约束控制 各约束条件预先定义的、区分优先级别,计划优化系统 （PIMS）,在线优化 （RTO）,先进控制 （APC）,每月/周,小时,分钟,调度约束、 价格等,计划、调度的过程变量,过程约束,优化目标,58,先进控制技术的实施过程,59,预测控制基本知识,预测控制：模型预测控制，Model Predictive Control， MPC 20世纪70年代末，在工业过程控制领域出现的一种基于模型的计算机控制算法。 有着深刻的实际应用背景，首先应用于实际工业问题的解决，来自

31、于工业实践者。 1978年，Richalet首先发表论文进行了介绍，随后引起研究热潮，是目前工业过程中最为成功研究最多的先进控制算法。,60,预测控制基本知识,预测控制的基本原理,输入输出模型 假设未来输入预测未来输出,以滚动方式对未来有限时域进行优化 在线计算并实现当前控制作用,每一时刻检测实际输出 以预测误差补偿对未来输出的预测,61,预测控制基本知识,与预测控制有关的例子：过马路，下棋,62,预测控制基本知识,与预测控制有关的例子：过马路，下棋,63,预测控制算法的类型,动态矩阵控制 (Cutler et al, 1980) （Dynamic Matrix Control, DMC） 模

32、型算法控制(Richalet et al, 1978) （Model Algorithm Control, MAC） 广义预测控制(Clarke et al, 1987) （Generalized Predictive Control, GPC） 预测函数控制(Adersa et al, 1987) （Predictive Functional Control, PFC） 单值预测控制、状态空间预测控制、。,64,预测控制技术的工业应用,预测控制理论产生于工业过程控制领域的需求和实践，具有很强的应用背景 目前已经在炼油、化工、电力、航空航天、汽车控制等多个方面有着成功应用 尤其是在油田石化方面

33、有大量应用，在催化裂化、加氢重整、常减压、延迟焦化等大型装置上有许多应用报道 国内外流程工业中几乎所有先进控制软件都与预测控制技术相关，是工业过程应用中最具代表性的先进控制算法,65,预测控制技术的应用软件,第一代：IDCOM 、DMC 主要处理无约束多变量过程控制 第二代：QDMC 解决了输入输出约束问题 第三代：SMOC、SMCA、HIECON、IDCOM-M 解决了有约束多变量过程MPC优化中的不可行解问题 第四代：DMC+（Aspen)、RMPCT(Honeywell) 多目标优化、鲁棒设计、系统辨识技术,66,当前预测控制软件特点,典型代表：DMC+和RMPCT 1995年，HONE

34、YWELL兼并Profimatics公司，将RMPC与PCT算法整合形成RMPCT软件包 1996年，ASPEN兼并Setpoint和DMC公司，将SMCA和DMC融合形成DMC+软件 特点 都采用了Windows图形用户界面，可以处理具有优先权控制目标的多目标优化问题，增强了稳态目标优化的适应性，优化中直接考虑了模型的不确定性，采用先进的模型辨识技术,67,国内预测控制应用情况,国内最早是齐鲁石化公司胜利炼油厂引进了美国Setpoint公司的IDCOM-M软件，并应用于催化裂化装置取得成功 近些年来，我国已经引进了SMCA、DMC+、RMPCT等多个公司的先进控制软件，在许多石油石化装置取得

35、成功应用 引进国外软件的问题 价格非常高（licence约5080万美元，加工程服务费） 核心技术保密,68,国内预测控制应用情况,国内在八五和九五期间实施科技攻关，相当多的院校开发先进控制技术和软件 浙江大学:APC-Hiecon、APC-PFC 石油大学 上海交通大学 MCC 清华大学 国内先进控制实施中问题 多数研究侧重于单个工程实施，仍然缺乏知名的先进控制商品化软件，目前难以与国际厂商抗衡,69,软测量技术,软测量技术的主要思想 对于过程中难以在线测量的重要过程变量（主导变量或一次变量)，选择与之相关的一组易测变量(辅助变量或二次变量)，构造两者之间的某种数学关系，用计算机软件实现重要

36、工艺参数的估计，为过程监控和优化控制提供重要信息。 软测量结构示意图,70,为什么需要软测量技术,我国流程工业装置质量控制中普遍存在的问题 重要质量指标波动较大 产品质量难以严格在线控制 解决问题的关键是围绕预测控制的先进控制算法，而先进控制的实施关键是质量指标的在线实时测量。,71,为什么需要软测量技术,质量指标工业检测的现状 主要是离线化验分析，频次1次/2小时或1次/4小时。 在线质量分析仪表 : 价格昂贵、维护困难、在线使用率低 软测量技术 是可行方案 选择易测变量，推断和估计质量变量 以软件代替硬件，实现质量实时测量 克服装置波动、提高产品质量和产量、减少过渡料 经济效益显著,72,

37、2012年自动化专题,四、故障诊断技术,73,系统监控的意义,现代化工业正朝着大规模、复杂化的方向发展通常包含高温、高压、易燃、易爆的生产过程，系统一旦发生事故就会造成人员和财产的巨大损失。 系统监控有2层含义： 1.以保证主要设备乃至生产全过程的安全为目标：避免生产事故、减少财产损失； 2.为保证产品质量为目标：减少产品质量波动、实现优质高效。,74,流程工业可能出现的故障,过程参数变化：催化剂中毒、热交换器结垢等 干扰参数变化：进料流股中的浓度变化、环境温度变化等 执行器问题：卡住、空气泄露、气源故障等 传感器问题：堵塞、标定误差等造成仪表损坏或偏差 控制器问题：控制性能等,75,典型事故

38、案例,1997年，北京东方化工厂发生乙烯装置起火爆炸事故。 2000年，罗马尼亚的一家黄金制品厂废品溶化炉发生故障，造成了欧洲特大环境灾难。 2005年11月13日，吉林石化双苯厂爆炸，松花江水污染，事故原因为操作工误操作导致进料系统温度超高,76,为什么要开展故障诊断研究,过程监控与故障诊断可以减少经济损失 仅美国石化行业，每年估计因缺乏对异常事件的有效监控而损失200亿美元 过程监控与故障诊断可以改变维修方式 据美国统计局统计，每年工业设备维修费用约2500亿美元，专家估计其中约750亿美元是“ 过剩维修”费用。 由事后维修和计划维修向更为先进的状态维修和预防维修方式转变,77,故障诊断在

39、系统中的定位,78,故障诊断在系统中的定位,决策层,管理层,调度层,经营决策系统,产品策略,管理信息系统,生产计划,生产调度系统,调度指令,故障诊断系统,系统优化,计算机控制系统,控制信息,生产过程,监控层,控制层,实时数据库,79,故障诊断技术方法体系,80,基于解析模型的方法,以系统的数学模型为基础，构造基于状态或者参数的残差，使用某种准则对残差进行分析与评价，实现故障检测与诊断。 故障诊断过程比较清晰，易辨识故障变量，寻找障原因。系统建模误差、外部干扰对诊断结果影响较大。,81,基于知识的方法,20世纪80、90年代，人工智能领域部分研究的突破, 专家系统、神经网络，模糊推理等技术的研究形成热潮，并逐渐应用于故障诊断技术。 不需要精确的系统数学模型，充分利用