工业过程先进控制与故障诊断分析报告.ppt

Date: * File: FDD.* Advanced Control and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2015. All rights reserved. AC FD Lecture 工业过程先进控制与 故障诊断技术 彭开香 北京科技大学自动化学院 ◆ 概 要 ◆ 研究工业背景 工业过程先进技术 过程监控与故障诊断 团队介绍 研究背景 * * 现代化复杂工程系统规模越来越大 航空 航天 航海 核电 电网 高铁 石化 冶金 企业信息化系统结构 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 过程监控系统 系统优化 过程控制系统 控制信息 生产过程 监控层 控制层 关系数据库 实时数据库 以企业盈利优化为目标的过程 综合自动化的内容 ERP（企业资源计划）SCM (供应鏈) MES（制造执行系统）－－通过对生产系统的跟踪和监督，以有效实现生产计划和调度的优化 Monitoring SPC（Statistical Process Control）(过程监控与统计过程分析) ROP（Real-Time Optimization实时优化） APC R2R（Advanced Process Control Run to Run Control 先进控制与运行控制） （美国DMC公司提供） CLRTO: Closed-Loop Real-time Optimization闭环实时优化 DMC: Dynamic Matrix Control动态矩阵控制 TAC: Traditional Advanced Control传统先进控制 DCS: Distributed Control System集散控制系统 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 投 资 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 效益 DCS TAC DMC CLRTO 各层次经济效益分析 10:35 10:40 10:10 70:15 先进控制的提出与特点 大型复杂工业过程的特点： 规模庞大，结构复杂，不确定性，非线性，强耦合性 实现安全、平稳、高效生产的需要； 提高企业经济效益和增强竞争力的重要对策； 先进控制与在线优化在工厂综合优化控制中起着承上启下的重要作用 先进控制的提出的背景 美国的化学工业每年的产值四千亿美元，提供一百多万个就业岗位，2000年出口总值达725亿美元，占美国出口的10%。 要保持化工工业在全球的销售实力，就要保持更低的价格和更可靠的服务，必须不断将先进的信息技术和过程控制技术融合到生产过程中。 生产过程中使用反馈控制能提高产品的质量、降低材料和能源的消耗、减少对环境的影响、提高安全性、降低成本，从而，在全球经济中更具竞争力。 先进过程控制的发展历史 20世纪60年代后期，过程控制已被广泛应用于石化和材料的加工过程，主要是单回路局部反馈控制形式，各控制器之间几乎没有联系。 在80年代和90年代，多变量控制特别是基于模型预测控制的多变量优化控制得到迅速的发展。 先进过程控制的发展历史－续 基于模型预测控制近几年已用于处理大规模的过程控制问题。 基于模型预测控制的多变量优化控制，在具有控制约束和状态约束的工业过程中，已成为一种标准的控制技术。 在2000年据控制厂商报道，模型预测控制已有5000多例，包括炼油、石化、纸浆和造纸、空气分离、食品加工、炼钢、航空和汽车。 先进控制的发展现状 基于模型控制的理论体系已基本形成，出现了许多基于模型预测的多变量约束模型控制 ，如AspenTech 的DMCplus、 MCC等工程化软件包，是应用广泛和最有前途的先进控制策略 专家控制系统：过程故障诊断，监督控制，检测仪表和控制回路有效性 神经网络：非线性过程的建模，软测量，控制系统的设计 先进控制的发展现状－续 模糊系统：模糊控制理论基础，表达不确定性知识； 非线性控制：开发中，应用不多； 鲁棒控制：研究热点，理论性太强，实际应用需做大量的改进和简化；使先进控制具备鲁棒性是重要的发展方向。 其他先进控制还包括：内模控制，自适应控制，增益调整，解耦控制，时滞补偿等； 过程监控与统计过程控制（PM SPC）的内容 过程监测（PM, Process Monitoring） 统计过程控制（SPC, Statistical Process Control） 过程故障检测与诊断（FDD, Fault Detection and Diagnosis） 过失误差检测和数据校正（Gross Error Detection Data Rectification） 控制系统性能的实时监测与评估（Re