工業(yè)過程先進控制與故障診斷

1、Date:10/31/2021File: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)自動化學(xué)院北京科技大學(xué)自動化學(xué)院Date:10/31/2021File:FDD.2Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture 概概 要要 Date:10/31/2021File:FDD.3

2、Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture32021-10-31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:10/31/2021File: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)計劃生產(chǎn)計劃生產(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)庫實時數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫Date:10/31/2021File:FDD.5Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture ERP（企業(yè)資源計劃）（企業(yè)資源計劃）&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，以有效實現(xiàn)生產(chǎn)計劃和調(diào)度

4、的優(yōu)化和監(jiān)督，以有效實現(xiàn)生產(chǎn)計劃和調(diào)度的優(yōu)化Monitoring & SPC（Statistical Process Control）(過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程分析過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程分析)ROP（Real-Time Optimization實時優(yōu)化）實時優(yōu)化）APC & R2R（Advanced Process Control & Run to Run Control 先進控制與運行控制）先進控制與運行控制）Date:10/31/2021File: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:10/31/2021File: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，強耦合性規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不確定性，非線性，強耦合性u實現(xiàn)安全、平穩(wěn)、高效生產(chǎn)的需要；實現(xiàn)安全、平穩(wěn)、高效生產(chǎn)的需要；u提高企業(yè)經(jīng)濟效益和增強競爭力的重要對策；提高企業(yè)經(jīng)濟效益和增強競爭力的重要對策；u先進控制與在線優(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:10/31/2021File: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，提供一百多萬個就業(yè)崗位，位，2000年出口總值達年出口總值達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)在全球的銷售實力，就要保持更低的價格和更可要保持化工工業(yè)在全球的銷售實力，就要保持更低的價格和更可靠的服務(wù)，必須不斷將先進的信息技術(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)濟中更具競爭力。球經(jīng)濟中更具競爭力。Date:10/31/2021File: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:10/31/2021File: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)控制廠商報道，模型預(yù)測控制已有年據(jù)控制廠商報道，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:10/31/2021File: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，是是的先進控制的先進控制策略策略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)計制系統(tǒng)的設(shè)計Date:10/31/202

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)，表達不確定性知識模糊控制理論基礎(chǔ)，表達不確定性知識；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，理論性太強，實際應(yīng)用需做研究熱點，理論性太強，實際應(yīng)用需做大量的改進和簡化；使先進控制具備魯棒性是重要大量的改進和簡化；使先進控制具備魯棒性是重要的發(fā)展方向。的發(fā)展方向。l其他先進控制其他先進控制還包

13、括：內(nèi)?？刂疲赃m應(yīng)控制，增還包括：內(nèi)?？刂疲赃m應(yīng)控制，增益調(diào)整，解耦控制，時滯補償?shù)?；益調(diào)整，解耦控制，時滯補償?shù)?；Date:10/31/2021File:FDD.13Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程控制過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程控制（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)計過程控制（統(tǒng)計過程控制（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)性能的實時監(jiān)測與評估（控制系統(tǒng)性能的實時監(jiān)測與評估（Real-Time Monitoring Control & System Evaluation）Date:10/31/2021File:FDD.14Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All ri

15、ghts reserved.AC & FD Lecture14Date:10/31/2021File: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檢測并排除，就有可能造成整個系統(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)正常運行的故障的發(fā)生和發(fā)展運行的故障的發(fā)生和發(fā)展就成為一個重要的有待解決的問題就成為一個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:10/31/2021File:FDD.16Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD LectureDate:

17、10/31/2021File:FDD.17Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD LectureDate:10/31/2021File:FDD.18Advanced Control and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.AC & FD Lecture 傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺 計算機網(wǎng)絡(luò)平臺計算機網(wǎng)絡(luò)平臺集成軟件平臺集成軟件平臺數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)平臺信息集成信息集成PCS系統(tǒng)

18、監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控MESERP知識管理知識管理Date:10/31/2021File: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：軋鋼過程先進博士生導(dǎo)師。研究方向：軋鋼過程先進控制控制，副教授。研究方向：故障診斷與容錯控制，副教授。研究方向：故障診斷與容錯控制，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