工业过程自动化技术的发展(精).ppt

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1、工业过程自动化技术的发展,一.概述,1.什么叫工业过程自动化技术 综合运用控制理论、电子装备、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量，提高质量、降低消耗、确保安全等目的，这样的一种综合性技术称之为工业工程自动化技术。它包括：工业过程自动化软件、硬件及系统三大部分。,工业生产过程指的是发电、冶金、炼油、石化、化工、化肥、生化、建材、造纸、制药、橡胶、环保、选矿、采矿等领域的生产加工过程，它是工业过程自动化的服务对象，可以是一个设备、一个装置、一个工段、一个生产线，也可以是一个工厂，一个联合企业。工业过程自动化技术是一门服务性技术是一门服

2、务性技术，它的服务对象是工业过程。工业过,程自动化中的变送器和执行器相当于人的“眼睛”和“手脚”，工业过程自动化中的主控系统相当于人的“大脑”。离开了眼睛、手脚和大脑，一个人无法行动和思考；离开了变送器、执行器和主控系统，一个生产过程无法正常运行。因此，工业生产离不开工业过程自动化技术。,2.工业过程自动化与传统产业的关系 自动化技术的发展都离不开社会环境和历史背景.科学,特别是技术科学的发展,常常是以技术的发展为先导.自动控制理论属于技术科学的范畴，它的发展主要受社会需求的的推动和技术进步的刺激，当然也受物理学、生物学等和作为工具的计算机的促进。,维纳时代及前期的自动控制理论（经典控制理论）

3、Nyquist（1932年）稳定性分析 Bode（1940年）Bode 图 Evans（1948年）根轨迹法 Wiener（1948年）控制论一书标志 着一门独“控制理 论”的诞生.,经典控制理论的形成 推动:受当时重大技术（通讯技术和火炮技术等）的深刻影响。物理学：牛顿力学中的“质点和姿态动力学”数学：线形常系数微分方程、单复变函数、概率、统计.工具：模拟电路和模拟计算机.,50年代到60年代的自动控制理论（现代控制理论）Bellman（50年代）最优性原理 动态规则（1954年）Poutrygin 等人（50年代末）提出“最 大值原理”（最优控制问题的基本原理）Kalman（60年代）状态

4、空间方法：能控性，能观测性。,现代控制理论的形成 推动：远程火箭技术与航天技术、现代航海 技术的直接影响.物理学（化学）：力学、电动力学、化学反应 机理.数学:线性代数（几何方法）和矩阵论；线性 常微分方程组理论；实、复变函数论 变分法；泛函分析；概率、统计.工具：电子计算机技术促进.,60年代以来.特别是80年代以来，自动控制理论有了新的发展 推动：微电子技术、计算机技术、通讯和网络技术、机器人技术.经济、技术全球化进程的加快.,向控制理论提出了新的课题.*含有各种不确定性系统的建模、分析综和、控制和优化设计.*具有层次性特征系统的建模、分析综合、控制和优化设计.*难于用传统方法建模系统的分

5、析和控制问题.方法:智能方法,工业过程自动化与传统产业的关系 利用电子技术改造传统产业是近二十年来中国经济发展的重要成果，大大促进了企业竞争实力和综合国力的增强。而在电子技术改造传统行业中，工业自动化技术又是其中的重要组成部分。对传统的过程工业而言，利用先进的自动化硬件及软件组成工业过程自动化系统，大大提高了生产过程的安全性、可靠性、稳定性。提高了产品产量和质量、提高了劳动生产率，企业的综合经济效益。,美国科学院曾对位于前列的五家实施综合自动化的企业进行全面的调查，结果表明：产品质量提高25倍，生产效率提高4070%；设备利用率提高23倍，生产周期缩短3060%，库存减少30%到60%，人工费

6、减少520%。*工业过程自动化技术是从传统产业中产生出来的技术，是传统产业发展的需求所在。,20实际40年代是自动化技术和理论形成的关键时期。工业过程自动化首先来自于传统机械制造业生产方式的变更，即从汽车流水线开始的。1946年美国福特汽车公司副经理D.S哈特首先提出用“自动化”一词来描述这种流水线。1947年4月，福特汽车公司建立了自动化研究部,门，称作自动化工程司的专家到这个部门工作1948年，美国机械师杂志，把自动化技术义为“用机械装置去操纵工件的进出，在各项操作之间转送零件，消除废料，使生产设备按照一定的时序去完成这些任务，使流水线能部分或全部地处在集中控制站的按键控制之下的一种技术。

7、自动化一出现就显示出强大的生命力。应用这种 流水线，建立起单一品种大规模生产方式，大大,提高了劳动生产率。不到3年的时间，使汽车成本下降了近3倍，只用了8年的时间就使汽车销售价格下跌到原来的9%使汽车走进了普通家庭。汽车工业的发展，带动了冶金、化工、石油等工业，促进了连续生产过程自动化的发展。,传统产业的发展推动了工业过程自动化技术的进步 70年代以来，由于世界范围内出现的能源危机和市场剧烈竞争，工业生产规模更趋庞大。如：每个电站的装机容量已经从20万、60、100万KW石化工业中年产30万吨以上的乙烯、合成氨等工厂大批建成。设备的更新换代，市场竞争，要进一步提高产,量，降低成本，节约原材料和

8、减少能源。要求自动化技术能充分发挥设备的生产能力，最终达到优质高产低耗的控制目标。另一方面，面对的工业过程越来越复杂，如反应过程、生化过程等等，本身机理就十分复杂，一些还没有完全被人们充分认识。而这类过程往往还受到众多随机因素的干扰和影响，具有高度的不稳定性、高度的非线形、高度的关联性、特大的滞后性,和状态不完全性，难以建立精确的数学模型。出现了克服和解决这些问题的先进控制方法和先进控制策略。人工智能、控制理论、运筹学等智能控制应用于化工、炼油、造纸、发电、冶金等各种工业过程之中，极大的推动了自动化技术的发展。目前，生产过程自动化的程度已成为衡量工业企业现代化水平的重要标志。,二 工业过程自动

9、化技术国内外现状分析、及发展趋势 工业过程自动化技术及产品主要包括各种工业控制软件、硬件及系统，其中主要包括各种工业控制软件、硬件及系统，其中主要关键技术有：,*新一代主控系统（包括集散控制系统、可编程控制器、仪表、器件、网络、传感器等）*现场总线技术（包括HART总线、FF、Canbus、Lonworks、Profibus等）*实时监控软件平台（信息集成软件平台）*先进控制技术（多变量约束控制、广义预测控制、多变量鲁棒控制、自适应解耦控制等）,*过程优化技术（冶金、炼油、化工、化肥造纸等领域的一批在线优化技术）*变送器及执行器技术（以现场总线技术为基础的智能变送器及执行器*特种检测技术（钢铁

10、、炼化、轻化、冶金等领域的各种特种变量的检测技术）*专用优化软件及专用控制装置（包括冶金、炼油、石化、化工、化肥、生化、制药、建材、造纸、环保等工业领域关键设备的专用优化软件和专用控制装置）,涉及上述领域和控制系统产品国内需要达500亿元以上。主要是欧美日等国的大企业在国内市场瓜分市场份额。如：Honeywell，ABB、西门子、横河电机、西屋电气、富士电机、贝利等。以下从工业控制软件、工业控制硬件和控制系统三个方面分析国内外现况和发展趋势。,2.1 工业过程自动化软件 2.1.1 实时监控软件平台 近年来，随着电子技术、计算机技术、网络通讯技术和自动化技术的迅猛发展，传统的过程控制系统已经逐

11、渐演变为数字化、智能化、开放化和新型控制系统，并且越来越多的应用于工业企业。使得从单个设备、单个车间的自动化发展为整个工厂、整个企业的自动化已成为可能。已信息集成为基础，,的工厂综合自动化、智能工厂等大型企业应用软件等大型企业应用软件，对提高企业的生产效益，产品质量和竞争力有着重要作用。在这些以企业经营管理和企业生产管理的紧密集成为目标的大型企业应用软件中，对生产过程的集成、监控、管理是整个应用软件体系的基础和平台。因此，一种能够网络化集成监控所有自动化设备的新型实时监控软件平台是开发的方向。这种新型的实时监控软件平台能够实现工业企业的以下需求。,*集成监控管理现存的和即将应用的自动化控制设备

12、，逐步消除工厂内各不相同的专用技术、网络、协议所产生的不良效果；*降低自动化系统的总体投资成本，并最大程度上保护在现在动化系统上的投资；*满足工厂实时生产过程信息进入企业内所有的计算机平台，满足企业对生产更深入、更及时地管理；,*提供开放、标准的方式或方法，使得先进控制软件（APC）、生产调度软件能够方便的开发；*统一自动化控制系统的基础设施网络，为将自动化系统最终融入信息管理系统提供条件和可能；*充分利用网络通讯技术、InternetIntranet技术，使得生产管理人员和现场操作人员能够在任何地方对机器、生产过程乃至工厂生产管理进行远程监控；,现在，国外商品化的实时监控软件正在朝这个 方向

13、发展，典型的产品有美国Intellution公司 Dynamics 软件、Wonderware公司的InTouch软件、以色列 PCSoft 国际公司的Wizcon软件、澳大利 亚Citect公司Citect软件、法国ARC公司PCVUE32 软件等，这些软件大都已经或多或少地进入中国 市场。,另一方面，面临即将到来的21世纪，我国企业的经营管理人员在面临市场全球化机遇的同时正面临着更大的挑战，高效率、高质量、低消耗、弹性生产的全球市场需求正在给我国企业生产经营管理人员带来巨大的压力。随着企业规模的扩大和管理水平的提高，企业越来越迫切需要具有大型分布式数据库的综合集成软件平台。企业经营管理人员

14、和技术研究人员一般都认为,保证全厂生产过程的平稳控制、协调生产是是提高企业竞争力的主要途径。因此，企业经营管理人员习惯采用企业资源计划管理系统（ERPEnterpri seRe sourcePlanning）或企业供应链管理系统（Supply ChainManagement）来管理生产过程原料及其他资源的供给计划。但是，这些计划管理系统仍然缺少对全厂生产过程的控制、调度和集成能力。而在过程控制中，由于各种数字化自动控制系,统的广泛应用，我们已经可以获得大量有关生产过程运行的“海量数据”。但是，这些数据只是各个生产过程的一些细节，片面的信息，并不能从全厂的角度反映产品质量、生产计划执行情况、能源

15、消耗情况。这种存在于企业经营管理系统和自动控制系统之间的信息鸿沟上所有企业在实施企业资源计划管理系统（ERP）或企业供应链管理系统时所遇到的实际问题。,针对这种实际情况，国外软件开发商已经成功开发 成功商品化的软件平台，专门用于经营决策管理和实时过程控制的信息交换和紧密集成。典型产品有美国OSI公司的PI软件、CAMSTARSYSTEM公司InSite 软件、RealtimeInfo 公司的InfoLink 软件等。,2.1.2 先进控制软件 现代工业的一个重要特征是向大型化和自动化发展。在现在的大工业生产过程中，人们对生产过程的安全、高效、优质、低耗的要求不断提高，追求更大的经济效益，因而对

16、控制的要求也越来越高。但是在复杂的工业过程中经常遇到的诸如多种约束条件、多变量和强耦合问题、非线性、大时滞、难建立精确的模型、不确定性严重、多控制目标等问,题给控制带来了很大的困难、以上这些问题使用常规的控制技术已不能满足其要求，而必须采用先进的控制技术来解决。采用先进的控制，可以处理各种约束，可以把各种要求以性能指标的形式结合到控制中加以考虑，以提高控制的动态质量。动态控制的质量高，上层优化级就可以将工作点设置到临界约束边界，从而进行卡边生产，在保证安全性的同时使经济效益大大提高。理论和实践都证明，只,只要设计合理，先进控制完全可以取得优于常规控制的实际效果。从目前先进控制技术应用的情况来看

17、，在今后的几年内，预测控制、模糊控制、鲁棒控制、智能控制、自适应控制、软测量等将会成为先进控制技术软件发展的主流，将对我国冶金、炼油、化工、造纸、制药、石油等行业的技术改造、技术进步起到积极的推动作用。国外从70年代末80年代初就开始先进的控制技术的商品化产品开发及,国外从70年代末80年代初就开始先进的控制技术的商品化软件开发及应用，在DCS的基础上实现优化控制和先进的过程控制。在控制算法上，将控制理论研究的新成果，如多变量约束控制、各种预测控制、推断控制和估计、人工神经元网络控制和软测量技术等应用于工业生产过程并取得明显的经济效益和社会效益。,目前国外，特别是美国、加拿大、欧洲等国已有Se

18、tpoint，DMC，HoneywellProfimatics、Adersa，ASPEN Tech，Treiber Controls等多家从事先进控制和优化的软件公司开发出适合于实时控制与优化的多变量先进控制和实时在线优化的商品化的工程软件产品，大量推向市场，在上千家大型石化、化工、炼油、冶金等企业获得成功应用，取得巨额利润。,据有关资料统计，国外比较著名的先进控制软件包已有2233套获得应用，目前正在抢占我们的 国内市场，详细的情况如表2。1所示。,2.1.3 过程优化软件 过程优化是工业过程自动化的核心技术之一，它通过生产装置的安全平稳运行和优化操作使生产计划高效地实施。为了这一目标，首先

19、需获取正确反映生产装置状态的原始生产数据，利用数据校正技术，分析、综合出产品质量、装配能力及状况、能源消耗、故障报警信息，实现质量监控、故障诊断，,和安全管理，同时，利用流程模拟模型和装置状况，进行生产作业计划和优化调度，以最少的能耗、最高的安全性或最大的产品效益，确定各个生产装置的负荷并通过静态实时优化向先进控制层提供最优操作条件。过程优化层主要由七大软件产品组成：,数据校正 质量监控故障诊断 安全管理 生产调度优化 流程模拟 静态实时优化 生产信息综合集中平台,过程优化软件是实现工业企业节能、降耗、安全生产、环境保护和增加效益的重要工具。国内外产业界对此非常重视，国外80年代起已逐步出现流

20、程模拟、生产计划调度优化、数据校正、统计质量控制和静态优化商品化软件，90年代以来，各类商品化软件的功能日趋完善，在不同计算机硬件、网络及数据库平台上的通用性进一步加强，针对特定工业,过程优化软件的工程服务受到广泛的重视，工程服务水平和用户的参与程度已成为软件应用成败的重要因素。90年代后期，国外的软件厂商除了不断扩展各应用软件的功能，还十分重视各应用软件的综合集成和相互组合，既有大公司（如Aspentech）力图提供过程优化层全面软件产品，也有多家软件企业提供富有特色的专业优化软件。今后的发展趋,势是进一步提供优化软件的工程适用性，提供 Internet远程维护，为综合集成商提供即插即用式

21、应用软件和面向目标的图形化软件组态界面。但是各种优化软件在功能上都因若干技术上的难点而不够完善，市场需要功能更优的优化软件出现。,2.2 工业过程自动化硬件 2.2.1 发展趋势 工业过程自动化硬件即工业自动化仪表与装置是一个对高技术特别敏感的行业，近十年来，计算机技术、微电子技术、通讯技术与自动化控制技术相结合，使得在技术上达到新的高度。其主要特征是，产品实现数字化、智能化、网络化，并在性能上向高精度、高可靠性、高环境适应性方向发展。由于,上述的发展趋势，产生了四个方面的明显变化。以现场总线为基础的智能化现场仪表将不断涌现，并逐渐成为主流产品，这类仪表以具有多功能、智能化、可组态、自诊断、可

22、互操作、可双向通信为特点。目前影响比较大的现场总线通信规约有：FF（Foundation Fieldbus，基金会现场总线）、Profibus、Lonworks以及基于CAN的现场总线系列。,启用新型智能模块，如专家系统、模糊控制、预测控制、神经元控制，从而使控制系统得以充分地发挥其能力和潜质。自动化仪表与装置在其自身智能化的基础上，通过现场总线、Internet或Intranet等通信网络与计算机管理系统相沟通，构成控制与管理一体化的IPS（计算机集成过程系统，Computer Integrated Process System）系统。,因此,今后为形成该类系统的各种网关、网桥，以及各种大型

23、商品化的监视、优化调度、管理软件亦将不断涌现。在发展通用、普及、标准产品的同时，将十分注意“专用控制装置”（如：工业锅炉、药业反应器等）和“特种检测仪表”（如黏度、浊度等）的开发和应用。软测量技术在需要特殊检测的场,合，也是常被采用的技术之一。代表技术发展趋势的典 型产品是基于现场总线的FCS（现场总线控制系统，FieldbusControl System)和智能现场仪表。见表2。2。,2.2.2 国内外现状 国内的工业自动化仪表及装置虽然得到了较大的发展，但是形势不容乐观。各方面都面临强大的压力，产品的技术水平亟待加快。,对于主控系统 我国自行开发的分散型控制控制系统（DCS）具有八十年代末

24、的水平，浙大中控的SUPCON Jx，和利时的HS2000，上海自动化仪表研究所的叮K-2900等均已能供应市场。据1995年底资料统计，国内各工业部门应用DCS共计1387套，其中进口1336套，占96%，近两年，国内供应的套数明显增加，但比,例变动不大。我国生产的以PC为基础的开放型控制装置和PLC在中、小型系统中已广泛应用，并呈上升趋势。引进的DCS具有八十年代中后期水平，国产化率达35%以上，但批量不大，没有规范经济效应。,对于变送器 变送器类产品通过引进，提高了灵敏度和可靠性具有八十年代中期水平的智能式变送器和具有九十年代中期水平的带HART通信接口的智能式变送器已开始试产、试用。但

25、是，对于冶金、炼油、化工、石化、生化、造纸和环保等工业领域急需的特种变送器十分缺乏。,对于执行器执行器类产品发展较快，一般产品达到八十年代中期水平。但是，对于大流量、强腐蚀、高粘度、高压差、超低温、多相流等的特种执行器，目前的品种太少，不能满足生产需求。对于其他仪表国内生产的常规仪表50%还是七十年代至八十年代水平的以模拟技术为基础的仪表,如电动单元组合仪表。此外。自动系统的仪表品种满足率太底，一般工程项目为80%，大型工程项目为60%特殊工程项目不到40%。对于现场总线在国内现场总线技术引起了自动化行业的普遍重视，在国家计委的支持下，已开始现场总线技术的科技攻关，并已开发出大批研究成果。,但

26、到目前为止，尚无一家企业批量投产现场总线仪表，国内的自动化仪表市场正在被国外的现场总线仪表所主导，FF总线仪表在国内工程应用中尚不多见，但HART总线仪表的应用已越来越多。国内进 行现场总线仪表的开发与生产，还受到“一致性”和“互操作性”的检验和认证等关键性问题，尚受制于国外，目前并找到满意的解决办法。,国外的工业自动化仪表及装置，分析一下现场总线仪表就可见一般。国际上，现场总线技术的研究和开发已取得重大进展，出现了各种基于现场总线技术的智能仪表和系统，在实际工程上得到越来越多的应用，现在国际上有10多种较有影响的国家或企业的现场总线标准，在断续过程控制领域的推广应用发展迅速，但在连续过程控制

27、领域中的应用,因为标准不统一而受到阻力，因此，国际标准化组织（IEC）正在加大制订国际标准的力度，可望在 近期完成FF标准的全部制定工作，FF标准在国际上已被近200家自动化仪表企业接受，并积极推出符 合FF标准的产品。HART标准作为一种模拟量转换 到数字量的过度标准，事实上得到了世界各国的认可，因此符合HART标准的产品在今后十年内将是一个发展时期。,2.3 工业过程自动化系统 由工业过程自动化软件和硬件组成工业控制系统，应用于钢铁、炼油、化工、石化、化肥、造纸、生化和环保等工业领域，形成了各具特色的系统结构、控制策略和设计方法，特别是专用控制装置和专用优化软件。下面分钢铁、炼化、和轻化等

28、三个领域进行分析。,2.3.1 钢铁工业 钢铁工业自动化的发展趋势大多数发达国家的钢铁工业自动化，基本上达到了局部综合自动化的要求，其功能包括控制、优化、调度、管理和决策等。,范围广、功能强的管理系统实用化以及时、高效、服务周到为目的的广域化管理系统逐渐实用化，在不少钢铁公司得到应用。生产操作和运行指挥系统智能化以继承专家操 作诀窍及有效操作为目的的人工智能、模糊控制、专家系统和神经网络技术在各工序得到应用。,现代控制理论提供高质量在连铸结晶器、带钢连扎机等关键设备采用预测控制、多变量最优控制、自适应解耦取得重大效益。监控过程应用多媒体实现可视化操作运用传感器群的信息，利用多信息融合技术、多媒

29、体技术和图象处理技术，使铸胚内部凝固过程达到可视化的要求。,普遍建立故障诊断设备维护专家系统以提高作业率和维护费用，发展大规模设备诊断、过程诊断、远程诊断、状态诊断、优化维护等技术，在钢铁企业已取得重大经济效益。生产系统和管理系统实现网络化从现场总线到车间网、工厂网、企业网，在钢铁企业系统网络化已成为不可逆转的趋势，为建立综合自动化提供了灵活性。,特种检测技术和执行器得到快速发展采用新技术（如激光、超声等）、新理论（如神经网络、模式识别等）、新器件（如CCD），使得过去无法直接检测关键参数成为可能。,钢铁工业自动化的国内现状 一批引进工程和自建项目奠定了我国钢铁工业自动化的基础一批引进工程提高

30、了我国钢铁工业水平，并丰富了自动化技术来源和获得移植消化的榜样：多车间成套自动化工程（如宝钢一、二期工程、天津钢管公司工程等），这些当代国际先进水平的成套自动化系统大大提高我国工业自动化水平。,我国自行建设的基础或技术改造项目均把自动化作为重要环节。如高炉占总容的25%的大型高炉都采用了较为完善的自动化系统，中小型高炉43%不同程度的实现了自动化。这些工程的投产使我国钢铁工业自动化按钢铁生产设备能力计算，“七五”末实现了设备控制级自动化约占16.4%。,全国装有过程计算机的机组，大型高炉的生产能力占炼铁总能力比重，由“七五”末的6.9%提高到“八五”末的19%，炼钢则由16.35%提高到37%

31、，轧钢则由17%提高到20%。,自行开发的检测仪表、控制系统和数学模型发展了我国钢铁工业自动化在检测仪表方面有高炉单支管煤粉两相流量计、铁水温度和硅含量连续检测仪、炉内料面温度热成象仪、微波料面形状计、炼钢连铸的新渣仪、装炉的声学化渣测量仪、结晶器开口度及倒锥度测量仪、钢水测温钨株热电偶、,连铸辊间距测量仪、板带扎机的激光测量仪和板型仪等均已投产使用。据统计自70年代以来，我国通过自行开发、研制，总计开发生产了百余种冶金专用仪表，约占国外已实用化仪表的50%。在控制系统方面有焦炉加热自控系统、高炉信息调度系统、炼钢直流电弧炉控制系统，铁合金炉电极压放和上,料系统，全连铸生产调度系统，板坯方坯连

32、铸自控系统，电炉全连铸热送热扎生产线过程自控系统，水平连铸的自控系统，中板和冷热板带轧机的液压AGC系统等均已投产，使自动化水平得到提高。,人工智能技术的普遍应用促进了我国钢铁工业自动化的发展我国人工智能技术虽然起步与西方国家大致相同，但速度不快，在高炉先后投入的人工智能技术有宣钢300立方米高炉、首钢和宝钢大型高炉、石家庄钢铁厂300立方米高炉、安阳300立方米高 炉、马钢250立方米高炉，大都已验收或投产运行，且取得明显的经济效益。,如石家庄300立方米的高炉使用了人工智能炉况预报系统以后年新增利税151.6万元，创利润57.78万元；首钢二高炉采用 了冶炼专家系统以后，为稳定高炉操作，避

33、免和减少高炉严重失常确保高炉强化，创直接经济效益750万元；成功地在宝钢实现了大板坯连铸漏钢神经元预报系统，它解决了从日本引进的原来以模型为基础的漏钢预报系统运行不好的,的问题,能较准确预报漏钢，在原材料方面也成功地投入了宝钢原料场混匀推积管理智能化系统，效果显著，匀矿质量大大提高，作业干扰引起的BS堆积断料停机降低了70%左右等；AI技术在重钢更获得了大规模的成功，且长期运行至今，包括：4#高炉出铁场除尘风。模糊控制，投运后节电73.79%；4#水泵站模糊控制，投运后节电57%。,数字模型方面有高炉炉况预报GOSTOP模型、软熔带推断模型、炉热推断模型、炉料下降仿真模型、连铸二次冷却水控制模

34、型、质量判别模型、最优切割模型，炼钢连铸调度模型、焦炉加热模型、均热炉烧钢模型、冷轧设定模型等等均已投入运行，并取得一定的效果。,管理信息系统的普遍采用推动了我国钢铁工业自动化的发展我国重点钢铁企业，特钢以及地方骨干企业等大都开发了不同层次的MIS，由于各企业 规模和管理方式不尽相同，取得效果也不相同。MIS加快信息传递，提高功效，实现经营预测，发挥了辅助决策功能，合理安排资金，减少了流动资金占用，促进了业务改革，提高了管理售货员,素质和管理水平，产生了明显的经济效益。工厂综合自动化系统通过网络将各个自动化孤岛（过程计算机、管理计算机等）有机地集成起来，收集利用各种信息资源，以适应复杂多变的市

35、场竞争需求，进行高效率、高效益、高质量的生产和经营。国内大多数冶金企业仍处于发展过程自动化和建设信息,管理系统阶段，尚未具备建成综合自动化系统的基础条件，故我国目前只能在全厂自动化水平较高，全面装备完善的基础自动化、过程自动化，且管理水平较高、管理人员和自动化人员具有较高的企业进行实施。,三 有色冶金工业过程自动化的几个问题 3.1 有色金属工业的特点及存在的主要问题 有色金属工业是集地质、采矿、选矿、冶炼、加工为一体的基础原材料产业。改革开放以来，我国有色金属的产量取得了持续、快速的发展。,我国十种常用有色金属已连续四年处于世界第二位，成为世界有色金属生产大国。目前，有色金属作为国民经济和国

36、防建设的重要材料和战略物质，已广泛地应用于机械、电子、化工、建筑、交通、航空、航天、军工等各个行业，在国家建设和发展中具有十分重要的地位。,有色金属冶炼过程是有色金属生产的主要过程。生产品种多、流程长、工艺杂、环境恶劣（高温、高尘、高腐蚀性）。近几年来，通过引进、消化和吸收国外先进技术，进行自主研究与开发，我国有色金属冶炼的技术和装备水平得到了较大的提高，,主要技术经济指标有了较好的改善。然而，总体水平与国外相比还有较大的差距，还远不属于有色金属生产的强国。主要表现在劳动生产率、生产成本和能耗高、环境污染严重及矿物回收率低等方面：,（1）矿产资源有用矿物回收率低。据全国3498个矿山企业统计，

37、我国有色金属矿 采选回收率为50%60%，采、选、冶总回收率比国际水平低10%20%；从采矿到冶炼的资源综合利用率为30%35%，仅为工业发达国家的二分之一左右。,（2）环境污染严重。我国重点有色冶炼厂硫的利用率，仅有极少数几个大型冶炼厂接近或达到国外先进水平，绝大多数硫的利用率却只有4060%。而国外冶炼厂硫的利用率普遍达到95%以上，美国肯尼科特公司犹他冶炼厂的硫利用率达99%以上。,（3）劳动生产率低。以株冶、韶冶葫芦岛锌厂等技术经济指标较好的铅锌冶炼厂为代表统计，按90年不变的价格计算，折合实物量：铅约4045吨/人年，锌3035吨/人年，劳动生产率仅及世界水平的1/10。,（4）成本

38、和能耗高。我国每吨火法铜的成本在1600美元左右，镍6000美元左右，而国外先进工厂铜的生产成本已降到12001300美元左右，镍4500美元以下。再如能耗，按单位铅锌产品能耗折合标准煤计算，近年来铅从采矿到电铅为1.686吨，锌从采矿到电锌为3.568吨，而世界1990年炼锌能耗平均仅为1.9吨标煤。,另外，在高纯度有色金属的生产方面，产品质量也不够稳定，稳定率远低于世界先进水平。这些差距对我国有色金属工业产生了严重的制约作用，特别是在我国加入国际关贸总协定后，将严重威胁到我国有色金属工业的生存与发展，大大,削弱其参与国际市场竞争的能力。造成这些差距的原因是多方面的，但是我国有色金属冶炼过程

39、控制技术落后、自动化、信息化水平低是主要原因之一。,3.2 我国有色金属冶炼过程自动化存在的问题 有色金属冶炼过程是一个复杂的工业过程，具有工艺流程长、大滞后、物理和化学反应机理复杂、时变、非线性、强耦合、许多工艺参数难于实时准确测量等特点。由于过程的异常复杂性，目前主要,是采用集散控制系统，把复杂过程作为多个单回路，对过程参数进行单回路跟踪控制。虽然我国有色金属大中型骨干企业的生产工艺技术已达到或接近国外较高水平，但是在过程自动化控制技术应用中普遍存在着下述几个方面的问题：,（1）我国有色金属冶炼过程的操作条件相对比较 恶劣，由于部分检测和控制装置难于适应这种恶劣条件，检测精度较低、检测实时

40、性差、或控制灵敏度不高，严重影响了有色金属冶炼过程自动化控制的实施；,（2）尽管我国一些有色金属大中型骨干企业已采用集散控制系统，但是由于缺乏优化控制的支持，这些控制系统仅仅取代了原有的III 型仪表，远没有发挥集散控制系统的作用，难于保证整个过程运行最优状态；,（3）由于我国用于有色金属冶炼的原料成分波动大，传统的和单一的控制方法不能确保整个冶炼过程的稳定运行，严重影响了有色金属生产能力的发挥和产品质量的稳定；（4）一般的有色金属冶炼企业仍然没有建立过程控制与信息管理一体化网络，难于从生产到市场的全方位实现有色金属冶炼过程高质量和低成本的控制目标；,（5）在有色金属冶炼的环境保护方面缺乏有效

41、的自动化检测与控制手段，导致严重的环境污染，直接威胁到有色金属冶炼企业的生存与发展。（6）有色金属生产企业的各类信息收集、处理、共享及应用水平较低，一般没有建立实用的企业信息及决策系统，严重影响了企业决策和管理现代化水平的提高。,主要原因：一些在恶劣环境的特殊在线检测仪表和执行机构，由于不属量大面广且有难度的产品。因此在经营和开发人力的投入上均有不足。,3.3 关于复杂冶炼过程的集成建模与优化控制问题 有色金属采、选、冶生产过程的目标是以尽可能低的成本，尽可能多的回收有价金属。真正给生产过程带来效益的是优化。,(1)关于生产过程优化控制问题.主要是以系统的性能指标为优化目标（如：二次型性能指标

42、）。而冶炼过程往往是工艺要求：如，回收率、成分等问题（选矿、冶炼过程均如此）。提出的问题：以生产工艺要求为指标的优化控制。,（2）以生产工艺要求为指标的优化控制需解决的关键问题.*工业要求，如：成分、回收率等往往难以实时在线检测，有的则成本昂贵。*工艺要求的目标与生产过程参数之间的关系十分复杂，往往不可能直接用数字模型来描述。*原料来源复杂，成分多变.,（3）智能集成建模的优化控制 建模的主要依据-化学平衡、物理平衡等。问题：物料多变、机理复杂、无法检测，难以得到精确的机理模型。对模型的要求：要有自学习、自适应等智能。对复杂过程的建模：用任何单一的建模方法或单一类型的模型描述都难以解决。,机理分析模糊知识 描述逻辑 集成模型 复杂过程神经网络专家经验。,（4）几个优化问题*原料采购优化问题*配料过程优化问题*电解过程负荷优化问题*烧结过程操作优化问题*鼓风炉料制优化问题*鼓风炉操作优化问题,结 束 谢 谢！,