工业生产过程的控制和优化技术.doc

1、工业生产过程的控制和优化技术【摘要】随着计算机科学、人工智能、微电子学等学科的迅速发展, 人类对自身智能活动机理的认识也逐渐深化。1971 年 Fu 提出以控制理论与人工智能相结合为主体的智能控制概念, 从而掀起了应用人工智能方法解决工业过程优化控制问题的高潮。经过国内外学者多年的努力, 在理论及实际应用中取得了大量研究成果。本文将围绕工业生产过程的控制和优化技术进行探讨。 【关键字】工业生产控制技术优化 中图分类号：TD223 文献标识码：A 文章编号： 一、工业自动化的内涵 工业自动化就是工业生产中的各种参数为控制目的，实现各种过程控制，在整个工业生产中，尽量减少人力的操作，而能充分利用动

2、物以外的能源与各种资讯来进行生产工作，即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产之过程称为工业自动化。 1、工业自动化控制系统组成 自动化控制是一种现代工业、农业、制造业等生产领域中机械电气一体自动化集成控制技术和理论。工业控制系统指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术工具的总称。 2、工业自动化控制系统产品 （1）可编程序控制器（PLC）：按功能及规模可分为大型 PLC，中型PLC 及小型 PLC。 （2）分布式控制系统（DCS）：按功能及规模亦可分为多级分层分布式控制系统、中小型分布式控制系统、两级分布式控制系统。 （3）工业 PC 机：适合工业恶劣环境，配有各

3、种过程输入输出接口板组成工控机。 （4）嵌入式计算机及 OEM 产品，包括 PID 调节器及控制器 二、工业自动化控制的现状 1、PLC PLC 主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/ 输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。 2、DCS DCS 在国内自控行业又称之为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等 4C 技术，其基本思想是分散

4、控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。DCS 具有高可靠性、灵活性和开放性。DCS 的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。 3、工业 PC 工业 PC 主要包含两种类型：IPC 工控机和 CompactPCI 工控机以及它们的变形机。由于基础自动化和过程自动化对工业 PC 的运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高，现有的 IPC 已经不能完全满足要求，将逐渐退出该领域，IPC 将占据管理自动化层。多种不同的工业 PC 机能够兼做服务器和客户机，并形成了按区域划分的工业 PC 机群，依靠网络形成了集管理和控制为一体的综合系统，实现了企业内部之间的信息交换和沟通。 三、自动化工业的

5、发展趋势 1、智能化 从工业自动化仪表的发展趋势看智能化是其核心部分所谓智能化表现在其具有多种新功能。如一台智能化执行器由于具有多种自诊断功能使维修预报成为可能。如当执行器调节阀的阀杆行程累计超过一定长度时就会发出信号通知维修人员进行密封填料的换；又当阀门的动作过于频繁时也可通知工作人员进行干预，以免发生事故；当用于具有蚀性的介质时，如超过一定流量及工作时间时，也能发出信号。以便及时更换因为绝不会发生腐蚀的材质是没有的。在工业控制力面过去控制的算法只能由调节器或 DCS 米完成如今一台智能化的，变送器或者执行器只要植入 PID 模块就可以与现场有关的仪表在一起，在现场实现自主调节，从而实现控制

6、的彻底分散，从而减轻了 DCS主机的负担使调节更加及时并提高了整个系统的可靠性。 2、高精度化 由于工业生产对成品质量的要求日益提高国家的政策和法令对节能减排也有具体的要求和规定因此提高测量仪表与控制系统的精度就被提上了议事日程。例如变送器的精度普遍从百分之零点七五提高到百分之零点零四。用于贸易交换计量的科氏质量流量计，精度已达到百分之零点零五部分气体超声波流量计精确度已达到百分之零点五同时新一代的 DCS 也以此作为一个重要的指标。 3、工业无线化 现场总工业无线技术能够实现非接触传输，特别适用于恶劣环境或振动、高速旋转对象的监控，而且降低了安装成本、持续降低运行维护成本同时更换方便，方便升

7、级，还能够减少接插件故障，移动自由且不受限制，工业无线技术是工厂测控模式的变革传统认为成本过高，无法使大规模部署传感器进行监侧的应用成为可能。工业生产要求高产稳定优质低耗安全环保。如果现场仪表能够现场通信无线化，电缆和维护的工人量都会大大减少因此研发低功耗可靠的无线通信是当前的一个重要课题。 4、数字化 以往绝大多控制系统的被控蟹是连续时问信号随着数字信号处理技术的成熟和大规模集成芯片的推广，数字信号的处理方式越来越得到了推崇 MD 和 DA 构成了机算机与自动控制系统其它部分联系的桥梁数字计算机的工作需要硬件和软件两大支撑条件一个计算机控制系统也必须包括硬件和软件两部分硬件组成：计算机主机由

8、中央处理器(CPU)、存储器和接口组成的主机是控制系统的核心，它根据输入设备送来的反映设备或过程工作状态的信息以及既定的控制规则方法进行运算处理并将处理结果通过输出设备向设备或过程发送控制命令软件组成：软件是计算机控制系统的神经中枢负责指挥计算机控制系统的活动，软件主要有系统软件和应用软件两部分，系统软件指为用户使用、管理、维护计算机所提供的计算机程序一般包拈操作系统、算法语言、数据库、诊断程宁等应用软件，指为完成具体对象自动控制任务而编制的专门软件通常包括数据采集及处理程序、控制程序、过程监视程序、打印制表程序等。 5、网络化 网络控制系统，即刚络化的控制系统。分布式控制系统或称集散控制系统

9、(DCS)、工业以太网和现场总线系统都属于网络控制系统，这体现在控制系统正向网络化、集成化、分布化，节点智能化的方向发展随着计算机领域的局域通信逐步被以太网垄断，过程控制领域中上层的通信也逐步统一到以太网和快速以太网。以太网被用于网络制系统已成为一种发展趋势；以太网技术具有数字式互联网、互操作性，开放性和高网络性能，是最符合网络控制系统现场总线的特点工业以太网成为现场总线技术的发展方向。 【参考文献】 1 刘威, 王冠, 等. 钢铁企业生产过程动态成本控制模式研究 J , 控制工程, 2004, 11( 1) : 59- 62. 2 温艳芬, 李化民 , 贾九林, 等. 氧化铝生产过程制造执行系统的研究 J , 控制工程, 2004, 11( S0) : 124-126. 3 张志檩. 国内外制造执行系统 (MES) 的应用与发展 J .自动化博览, 2004, ( 5) : 5- 14. 4 柴天佑. 科研、开发、应用共促 MES 发展 J . 中国制造业信息化, 2005, ( 6) : 19- 20.