1 工业信息化中的测控技术发展与展望清华大学自动化系金以慧 一 问题的提出二 工业企业的信息化三 测控技术的发展四 测控技术对计算机的要求五 结束语 2 一 问题的提出 1 信息时代对国民经济的激励信息时代所具有的巨大能力 使国民经济中生产与贸易的方式发生了根本性的变化 信息科技与提高附加值的其他技术产生了密切的交互作用 这正是当前我们所生存的时代特征 来自美国资料 3 一 问题的提出 2 中共十六大的号召继续完成工业化是我国现代化进程中的艰巨的历史性任务 大力推进国民经济和社会信息化 是覆盖现代化建设全局的战略举措 以信息化带动工业化 工业化促进信息化 发挥后发优势 实现社会生产力的跨越式发展 紧迫性 艰巨性 4 一 问题的提出 3 面对进入WTO的挑战与机遇本质问题是 市场竞争能力的挑战 5 迎接全球市场竞争挑战的途径 1 工业化道路工艺的创新 工艺路线的革命设备的更新换代 扩容和技术更新产品的开发 新产品的设计 2 信息化建设道路采用信息化 挖掘设备潜力 达到设备运行最优化观念的改变 通过实现信息化 促进管理科学化 6 二 工业信息化 1 什么是信息化2 自动化与信息化的关系3 国内外信息化发展比较 7 1 什么是工业信息化 1 工业信息化 在工业的生产 管理 经营过程中 通过信息基础设施 在集成平台上 实现信息的采集 传感器及仪器仪表 信息的传输 通信 信息的处理 计算机 以及信息的综合应用 自动化 管理 经营等功能 等都是信息化的内容 将信息技术用于企业产品设计 制造 管理和销售的全过程 以提高企业的市场应变能力和竞争能力 这是企业信息化的主要内容和目标 8 1 什么是工业信息化 信息化的内容归纳为 数据采集数据加工信息传输信息处理信息综合应用 结论 信息化需要信息学 测量学 控制理论 系统学 计算机科学 管理科学以及各种专业的学科交叉与融合才能实现 9 2 信息化与自动化的关系 广义自动化 广义自动化是指实现经营管理 计划调度 成本核算 生产监控 故障诊断 自动控制等更大范围内的自动化 又称之为 综合自动化 或称 流程工业CIMS 自动化往往是指包括检测 控制和继电保护等常规自动化的概念 10 2 信息化与自动化的关系 工业化 信息化 自动化 广义 基础 促进 带动 保证 依赖 提升 11 国外企业信息化发展的三个阶段 70年代以前基础信息化80年代中期开始信息集成 企业内部 90年代后期开始全球信息化 电子商务 国内企业信息化的现状 基础信息化尚未完成少数企业实现了信息集成极少数企业策划进入全球信息化 3 国内外信息化发展比较 12 三 测控技术的发展 1 测量系统的现状与发展测量系统的组成 13 传统 不平衡电桥放大器交流载波器等等 测量值计算非线性校正热电偶补偿等等 指示仪表记录仪表等等 多路切换器 热电偶电阻电容电感电磁压电节流元件等 14 发展趋势 微波技术激光与红外技术纳米技术超导技术仿生技术等等 15 发展趋势 敏敏感件 敏感元件 调理元件 信号处理元件 显示元件 多路切换元件 MEMS 多功能传感器 敏感 信号处理 显示等元件集成化 等等 16 发展趋势 信号处理元件 多路切换元件 基于微处理器的智能仪表具有自校正 自诊断 故障自定位 自修复 自适应跟踪环境等能力 17 发展趋势 敏敏感件 敏感元件 调理元件 信号处理元件 显示元件 多路切换元件 基于PC的计算机测量仪表又称虚拟仪表集计算机技术 信号处理技术 图象处理技术等于一体 例如汽车发动机检测系统 自动计量系统等 18 发展趋势 敏敏感件 敏感元件 调理元件 信号处理元件 显示元件 多路切换元件 网络化仪表系统在局域网或互联网环境下将分布于网络各端口的数据或信息在任何时间任何地点均能加以采集的测量系统例如 网络化流量测量系统 网络化水文监测系统 网络化环境监测系统 智能交通系统 网络化控制系统等等 19 三 测控技术的发展 2 控制技术的发展 从一般控制技术向综合自动化技术发展 广义自动化 20 21 集成支撑系统 数据库 计算机网络 经营计划系统 BPS 生产执行系统 MES 生产过程控制系统 PCS 22 PCS 基础自动化 过程自动化 自动控制 物料平衡分析 自动整定 先进控制 实时监控 采集数据 23 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 24 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 25 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 26 制药工业中的典型设备 发酵罐的自动控制 27 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 28 29 销售服务管理 供应链管理 作业调度 资源分配 企业资源计划 车间管理系统 生产过程管理 物料跟踪 生产计划优化 设备维修管理 生产运行优化 生产状况分析 动态成本控制 质量管理 过程控制层 产品与工艺设计 MES MES层 30 31 PCS级以产品质量和工艺要求为的先进控制技术 多变量预测控制 MES级以生产综合指标为目标的生产过程优化控制 优化操作与优化管理技术 BPS级以财务分析决策为核心的整体资源优化技术 基于知识链的BPS MES PCS三级结构流程工业现代集成制造系统集成技术 32 33 国外信息化建设的经济效益分析 一般生产规模下可达1000万 3000万美元的效益 34 四 测控技术对计算机的要求 1 硬件 高速率 高精度 多功能 大容量数采系统 抗干扰性强 高稳定性的控制系统 高可靠性 高可用性 高可维护性 高可扩展性的测控系统平台例如 国产的新型数采系统 国产的DCS PLC FCS等 35 四 测控技术对计算机的要求 2 软件 各类系统的组态软件及其开发工具 针对不同行业需求的应用软件 例如 软测量软件 先进控制软件 操作优化软件 计划调度软件 动态成本分析软件 ERP软件等等 基于互联网 局域网和现场总线上控制软件 相应的通讯协议 负荷分配等网络控制软件 其他软件 36 四 测控技术对计算机的要求 3 集成系统基于现场总线 局域网和互联网的综合自动化系统例如 大型油田的自动开采系统 远程诊断治疗系统等 37 五 结束语 测控技术在当前信息技术突飞猛进的时代已成为主攻的关键技术之一目前 已经出现了微小化 集成化 智能化 网络化的基于计算机的测控新系统随着光 机 电 算 生 化 医 材料等新技术的不断涌现和融合 测控技术将迎来创新发展的新机遇