工业过程智能综合自动化系统

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1、工业过程智能综合自动化系统柴天佑东北大学国家冶金自动化工程技术研究中心1.引言2.工业生产过程控制与管理流程3.智能综合自动化系统4.选矿生产过程的工程应用5.结论提纲1.1过程工业对实现综合生产指标优化的综合自动化系统的需求不断增长（1）国际工业界在全球市场环境下，改进产品质量、生产效率和成本的需求不断增长，实时优化受到过程工业的重视并广泛采用。（Tosukhowong，2003）为了适应变化的经济环境，减少消耗，降低成本，提高生产效率，提高运行安全性，必须对于控制、优化、计划与调度以及生产过程管理实现无缝

2、集成（Havlena，IFACsemi-plenary,2005）对于降低生产成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗，只能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现（欧洲钢铁工业技术指南，1999）1.引言（2）国内工业界流程工业是我国国民经济的重要支柱产业之一国民经济的支柱产业，工业产值占全国工业总产值的66％；钢产量连续9年世界第一；氧化铝、镁、稀土等产量世界第一；流程工业面临的突出问题是能耗高，资源消耗大单位能耗高出先进国家30％以上需要通过优化控制实现流程工业节能、降耗实现综合生产指标优化的综合自动化

3、系统成为过程控制的新的研究方向过程控制、过程优化、生产调度、企业管理和经济决策五层结构的综合自动化系统(TheodoreJ.Williams,1989)1.2.1系统结构的研究现状1.2综合自动化系统的研究现状过程稳定化、过程优化、过程管理三层结构组成的选矿生产过程自动化系统(Houseman,etal.2001)基于企业资源计划（ERP）/制造执行系统（MES）/过程控制系统（PCS）三层结构的金矿企业综合自动化系统(柴天佑、金以慧等,2003)ERP(EnterpriseResourcePlanning)

4、PCS(ProcessControlSystem)MES(ManufacturingExecutionSystem)石化行业静态优化控制（万百五，1990）基于模型预测控制的在线动态优化控制方法（Nath，2000）提出了采用三层结构将生产全流程中的多个模型预测控制器进行协调控制实现全流程的优化方法（Lu，2003，Qin，2003）1.2.2优化控制的研究现状其他流程行业停留在过程单元的优化控制，以控制系统自身的性能指标为优化控制目标，要求优化指标能用控制系统的输入与输出的精确数学模型来描述（Smets，2

5、004；Hrovat，1997）冶金工业过程的热轧层流冷却和步进式加热炉提出了由底层控制与上层监控两层结构组成的基于工艺指标的集成优化控制方法（Chai，1998；Li，2001；Guan,2001;Wang,2004）提出的方法只适合具体的工业过程，还没有形成流程工业的全流程优化控制的一般理论与方法通过全流程优化控制和计划与调度实现综合生产指标分解与协调研究甚少1.3主要工作实现综合生产指标优化的混合智能控制方法工业过程智能综合自动化系统成功应用于中国最大的赤铁矿选矿生产过程，取得明显应用成效调度部工艺技术

6、部过程控制系统设备起停顺序工业生产过程产量质量成本利润生产计划部控制回路设定值（工艺参数、给料量）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、原料操作员操作员经营决策部质量(产品质量)成本（生产成本）产量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）综合生产指标生产计划作业计划作业标准工艺指标生产过程数据生产过程管理与控制流程图2.工业生产过程控制与管理流程生产指令经营决策部决定与质量、产量、成本和消耗相关

7、的综合生产指标计划部门将综合生产指标分解为产量、能源、成本、设备检修及运行、原料、质量的生产计划调度部门将生产计划分解为原料、能源、设备运行及检修、产量作业计划生产过程管理部门接受质量、能源、成本、设备（运行、检修）生产计划和原料、能源、设备（运行、检修）、产量作业计划，将其转化为作业标准，下达给作业班工艺技术部门接受质量、成本、产量生产计划和原料、能源、设备（运行、检修）、产量作业计划，将其转化为工艺指标，下达给作业班作业班将作业标准变为生产指令，将工艺标准变为控制回路设定值（包括工艺参数、给料量）；通过资

8、源供应系统和过程控制系统来操作与控制生产过程生产过程管理与控制流程早期生产过程操作与控制实施中主要由人来完成，造成金字塔式管理结构关键问题是如何构建综合自动化系统来实现扁平化管理和综合生产指标优化3.智能综合自动化系统集成支撑系统数据库计算机网络企业资源计划系统（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3.1智能综合自动化系统3.1.1系统结构智能综合自动化系统由