工業(yè)過程先進(jìn)控制與故障診斷

1、Date:12/25/2021File:FDD.1Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture彭開香彭開香北京科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院Date:12/25/2021File:FDD.2Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture 概概 要要 Date:12/25/2021File:FDD.3

2、Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture32021-12-25航空航空 航天航天 航海航海 核電核電 電網(wǎng)電網(wǎng) 高鐵高鐵 石化石化 冶金冶金 Date:12/25/2021File:FDD.4Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture決策層決策層管理層管理層調(diào)度層調(diào)度層經(jīng)營決策系統(tǒng)經(jīng)營決策系統(tǒng)產(chǎn)品策略

3、產(chǎn)品策略管理信息系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度指令調(diào)度指令系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)優(yōu)化控制信息控制信息生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫Date:12/25/2021File:FDD.5Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）（企業(yè)資源計(jì)劃）&SCM (供應(yīng)鏈供應(yīng)鏈)MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）通過對生產(chǎn)系統(tǒng)的跟蹤（制造執(zhí)行系統(tǒng)）通過對生產(chǎn)系統(tǒng)的跟蹤和監(jiān)督，以有效實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度

4、的優(yōu)化和監(jiān)督，以有效實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度的優(yōu)化Monitoring & SPC（Statistical Process Control）(過程監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)過程分析過程監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)過程分析)ROP（Real-Time Optimization實(shí)時(shí)優(yōu)化）實(shí)時(shí)優(yōu)化）APC & R2R（Advanced Process Control & Run to Run Control 先進(jìn)控制與運(yùn)行控制）先進(jìn)控制與運(yùn)行控制）Date:12/25/2021File:FDD.6Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All

5、rights reserved.AC & FD Lecture1010202030304040505060607070808090901001000 0投投資資0 0101020203030404050506060707080809090100100效益效益DCSDCSTACTACDMCDMCCLRTOCLRTO10:3510:3510:4010:4010:1010:1070:1570:15Date:12/25/2021File:FDD.7Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserve

6、d.AC & FD Lectureu規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不確定性，非線性，強(qiáng)耦合性規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不確定性，非線性，強(qiáng)耦合性u實(shí)現(xiàn)安全、平穩(wěn)、高效生產(chǎn)的需要；實(shí)現(xiàn)安全、平穩(wěn)、高效生產(chǎn)的需要；u提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和增強(qiáng)競爭力的重要對策；提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和增強(qiáng)競爭力的重要對策；u先進(jìn)控制與在線優(yōu)化在工廠綜合優(yōu)化控制中起著承上先進(jìn)控制與在線優(yōu)化在工廠綜合優(yōu)化控制中起著承上啟下的重要作用啟下的重要作用Date:12/25/2021File:FDD.8Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reser

7、ved.AC & FD Lecture美國的化學(xué)工業(yè)每年的產(chǎn)值四千億美元，提供一百多萬個(gè)就業(yè)崗美國的化學(xué)工業(yè)每年的產(chǎn)值四千億美元，提供一百多萬個(gè)就業(yè)崗位，位，2000年出口總值達(dá)年出口總值達(dá)725億美元，占美國出口的億美元，占美國出口的10%。要保持化工工業(yè)在全球的銷售實(shí)力，就要保持更低的價(jià)格和更可要保持化工工業(yè)在全球的銷售實(shí)力，就要保持更低的價(jià)格和更可靠的服務(wù)，必須不斷將先進(jìn)的信息技術(shù)和過程控制技術(shù)融合到生靠的服務(wù)，必須不斷將先進(jìn)的信息技術(shù)和過程控制技術(shù)融合到生產(chǎn)過程中。產(chǎn)過程中。生產(chǎn)過程中使用反饋控制能提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低材料和能源的生產(chǎn)過程中使用反饋控制能提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低材料

8、和能源的消耗、減少對環(huán)境的影響、提高安全性、降低成本，從而，在全消耗、減少對環(huán)境的影響、提高安全性、降低成本，從而，在全球經(jīng)濟(jì)中更具競爭力。球經(jīng)濟(jì)中更具競爭力。Date:12/25/2021File:FDD.9Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lectureu2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代后期，過程控制已被廣泛應(yīng)用年代后期，過程控制已被廣泛應(yīng)用于石化和材料的加工過程，主要是于石化和材料的加工過程，主要是單回路局單回路局部反饋控制形式部反饋控制形式，各控制器

9、之間幾乎沒有聯(lián)，各控制器之間幾乎沒有聯(lián)系。系。u在在80年代和年代和90年代，多變量控制特別是年代，多變量控制特別是基于基于模型預(yù)測控制模型預(yù)測控制的多變量優(yōu)化控制得到迅速的的多變量優(yōu)化控制得到迅速的發(fā)展發(fā)展。Date:12/25/2021File:FDD.10Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lectureu基于模型預(yù)測控制基于模型預(yù)測控制近幾年已用于處理大規(guī)近幾年已用于處理大規(guī)模的過程控制問題。模的過程控制問題?；谀Ｐ皖A(yù)測控制的多變量優(yōu)化控制，在具

10、有基于模型預(yù)測控制的多變量優(yōu)化控制，在具有控制約控制約束和狀態(tài)約束束和狀態(tài)約束的工業(yè)過程中，已成為一種標(biāo)準(zhǔn)的控制的工業(yè)過程中，已成為一種標(biāo)準(zhǔn)的控制技術(shù)。技術(shù)。在在2000年據(jù)控制廠商報(bào)道，模型預(yù)測控制已有年據(jù)控制廠商報(bào)道，模型預(yù)測控制已有5000多多例例，包括煉油、石化、紙漿和造紙、空氣分離、食品，包括煉油、石化、紙漿和造紙、空氣分離、食品加工、煉鋼、航空和汽車。加工、煉鋼、航空和汽車。Date:12/25/2021File:FDD.11Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC

11、& FD Lecturel基于模型控制的理論體系已基本形成，出現(xiàn)基于模型控制的理論體系已基本形成，出現(xiàn)了許多了許多基于模型預(yù)測的多變量約束模型控制基于模型預(yù)測的多變量約束模型控制 ，如如AspenTech AspenTech 的的DMCplusDMCplus、 MCCMCC等等工程化工程化軟件包軟件包，是是的先進(jìn)控制的先進(jìn)控制策略策略l專家控制系統(tǒng)：專家控制系統(tǒng)：過程故障診斷，監(jiān)督控制，過程故障診斷，監(jiān)督控制，檢測儀表和控制回路有效性檢測儀表和控制回路有效性l神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：非線性過程的建模，軟測量，控非線性過程的建模，軟測量，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Date:12/25/202

12、1File:FDD.12Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecturel模糊系統(tǒng)：模糊系統(tǒng)：模糊控制理論基礎(chǔ)，表達(dá)不確定性知識(shí)模糊控制理論基礎(chǔ)，表達(dá)不確定性知識(shí)；l非線性控制：非線性控制：開發(fā)中，應(yīng)用不多；開發(fā)中，應(yīng)用不多；l魯棒控制：魯棒控制：研究熱點(diǎn)，理論性太強(qiáng)，實(shí)際應(yīng)用需做研究熱點(diǎn)，理論性太強(qiáng)，實(shí)際應(yīng)用需做大量的改進(jìn)和簡化；使先進(jìn)控制具備魯棒性是重要大量的改進(jìn)和簡化；使先進(jìn)控制具備魯棒性是重要的發(fā)展方向。的發(fā)展方向。l其他先進(jìn)控制其他先進(jìn)控制還包

13、括：內(nèi)?？刂疲赃m應(yīng)控制，增還包括：內(nèi)模控制，自適應(yīng)控制，增益調(diào)整，解耦控制，時(shí)滯補(bǔ)償?shù)?；益調(diào)整，解耦控制，時(shí)滯補(bǔ)償?shù)?；Date:12/25/2021File:FDD.13Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture過程監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)過程控制過程監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)過程控制（PM & SPC）的內(nèi)容的內(nèi)容過程監(jiān)測（過程監(jiān)測（PM, Process Monitoring）統(tǒng)計(jì)過程控制（統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC, Statistical Process Contr

14、ol）過程故障檢測與診斷（過程故障檢測與診斷（FDD, Fault Detection and Diagnosis）過失誤差檢測和數(shù)據(jù)校正（過失誤差檢測和數(shù)據(jù)校正（Gross Error Detection & Data Rectification）控制系統(tǒng)性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測與評估（控制系統(tǒng)性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測與評估（Real-Time Monitoring Control & System Evaluation）Date:12/25/2021File:FDD.14Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All ri

15、ghts reserved.AC & FD Lecture14Date:12/25/2021File:FDD.15Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture系統(tǒng)龐大的規(guī)模與高度的復(fù)雜程度系統(tǒng)龐大的規(guī)模與高度的復(fù)雜程度系統(tǒng)中出現(xiàn)的某些微小故障若不能及時(shí)檢測并排除，就有可系統(tǒng)中出現(xiàn)的某些微小故障若不能及時(shí)檢測并排除，就有可能造成整個(gè)系統(tǒng)的失效、癱瘓，甚至導(dǎo)致巨大的災(zāi)難性后果能造成整個(gè)系統(tǒng)的失效、癱瘓，甚至導(dǎo)致巨大的災(zāi)難性后果如何提高系統(tǒng)的安全性

16、、可靠性，防止和杜絕影響系統(tǒng)正常如何提高系統(tǒng)的安全性、可靠性，防止和杜絕影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的故障的發(fā)生和發(fā)展運(yùn)行的故障的發(fā)生和發(fā)展就成為一個(gè)重要的有待解決的問題就成為一個(gè)重要的有待解決的問題提高系統(tǒng)安全性、可靠性的方法有多種，其中一個(gè)重要的方提高系統(tǒng)安全性、可靠性的方法有多種，其中一個(gè)重要的方法就是采用故障檢測與診斷技術(shù)法就是采用故障檢測與診斷技術(shù)Date:12/25/2021File:FDD.16Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD LectureDate:

17、12/25/2021File:FDD.17Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD LectureDate:12/25/2021File:FDD.18Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture 傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)集成軟件平臺(tái)集成軟件平臺(tái)數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)平臺(tái)信息集成信息集成PCS系統(tǒng)

18、監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控MESERP知識(shí)管理知識(shí)管理Date:12/25/2021File:FDD.19Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture，教授，教授/ /博士生導(dǎo)師。研究方向：復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)博士生導(dǎo)師。研究方向：復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化控制與故障診斷優(yōu)化控制與故障診斷，教授，教授/ /博士生導(dǎo)師。研究方向：軋鋼過程先進(jìn)博士生導(dǎo)師。研究方向：軋鋼過程先進(jìn)控制控制，副教授。研究方向：故障診斷與容錯(cuò)控制，副教授。研究方向：故障診斷與容錯(cuò)控制，副教授。研究方向：高性能控制系統(tǒng)集成開發(fā)，副教授。研究方向：高性能控制系統(tǒng)集成開發(fā)，副教授。研究方向：大數(shù)據(jù)及其工業(yè)應(yīng)用，副教授。研究方向：大數(shù)據(jù)及其