濟南市科技發(fā)展計劃項目可行性研究報告 - 20090414185137.doc

歷下區(qū)科技發(fā)展計劃項目可行性研究報告 項目名稱：通用式生產過程控制系統(tǒng) 領 域：信息技術 起止時間：2006年1月-2007年12月歷下區(qū)科學技術局填報日期：2006年 1月12日一、 立項的背景和意義 隨著工業(yè)水平的不斷發(fā)展，工業(yè)生產的規(guī)模不斷擴大，對自動化控制的要求也越練越高。特別是在精細生產加工業(yè)和高危險高勞動強度的生產過程中，大量應用自動化生產過程控制系統(tǒng)不但能夠提高生產質量和生產效率，而且能大量節(jié)約生產成本。國內的一些有條件的企業(yè)為了提升自身企業(yè)的競爭力，保證產品的質量，提高生產率和企業(yè)的生產自動化水平，逐漸開始關注生產過程控制系統(tǒng)并進行了有效的探索和試用，這些項目很多是針對某一行業(yè)的單一生成過程，系統(tǒng)的通用性差，應用領域單一。為了適應眾多中小型生產企業(yè)生產過程控制自動化的需要，完成對生產過程的統(tǒng)一管理和控制，我們提出開發(fā)一種通用式的生產過程控制系統(tǒng)。該課題的實施，將大大提升生產企業(yè)生產過程自動化水平，將為我市、全國乃至全球發(fā)展中國家生產行業(yè)產品質量的提升，生產率的提高做出重要貢獻。同時，由于本課題具有廣闊的應用前景，將成為我市經濟發(fā)展的一個突出的增長點。本課題采取產學研合作形式，借助山東大學和山東省科學院雄厚的的技術力量和本單位員工多年自動控制、通訊、計算機軟件、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方面豐富的設計經驗，走自主研發(fā)為主的道路。近年來，本單位有以下成果：專利1項，軟件著作權3項，軟件產品3項，高新技術產品1項，國內領先省級科技成果2項。本項目的開發(fā)可以應用于不同生產過程的自動化控制，將不同的生產過程置于統(tǒng)一的控制平臺中，對整個生成過程進行統(tǒng)一的控制和管理，能夠大幅度的節(jié)約人力資源，降低生產成本，提高生產過程的自動化水平，使生產管理人員從總體上掌握生產過程，提高生產過程的可控性和可靠性。利用應用系統(tǒng)分解的原理，將大的，復雜系統(tǒng)分解成為規(guī)模相對較小，可以進行數(shù)學建模和控制的子系統(tǒng)，通過計算機和網絡技術實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的協(xié)調控制和資源共享，從而解決整個系統(tǒng)的控制問題。通用式生產過程控制系統(tǒng)應用多智能體技術，實現(xiàn)了系統(tǒng)資源全局共享和協(xié)調控制，從而成功地解決了復雜大系統(tǒng)分解和協(xié)調控制問題；它以面相對象程序設計技術、分布式數(shù)據(jù)庫技術和Web技術為基礎，所組成的多智能體系統(tǒng)具有界面和協(xié)議標準化等特點。分布式智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)產品工藝和流程設計的要求，重構出相應的控制系統(tǒng)，從而適應現(xiàn)代工業(yè)一體化生產的要求。分布式智能控制系統(tǒng)解決了現(xiàn)代工業(yè)一體化生產模式下傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)所無法解決的許多問題，可以廣泛應用于制鞋、造紙、食品、化工等行業(yè)。國外相關的研究進行較早，一些發(fā)達國家已經研制出了一些產品并開始占領中國的市場，由于進口產品價格非常昂貴，且不符合中國的國情和使用習慣，這些因素嚴重影響了中小型企業(yè)生產過程自動化的進程。發(fā)展自主知識產權的生產過程控制系統(tǒng)，滿足廣大中小生產企業(yè)的需要，取代進口產品，帶動我市的經濟發(fā)展，同時提高我國企業(yè)自動化水平，推動全國的制造業(yè)獲得更快的發(fā)展是我們的重要任務。二、 國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢隨著工業(yè)大革命的發(fā)展，工業(yè)生產的規(guī)模越來越大，有人提出了工業(yè)過程自動控制理論，但是受限于當時的電子技術、計算機技術和網絡技術的發(fā)展情況，很多理論無法成為現(xiàn)實。近年來，計算機、電子、網絡技術獲得了突飛猛進的發(fā)展，為生產過程自動控制的實現(xiàn)提供了可能。國內的一些有條件的企業(yè)為了提升自身企業(yè)的競爭力，保證產品的質量，提高生產率和企業(yè)的生產自動化水平，逐漸開始關注生產過程控制系統(tǒng)并進行了有效的探索和試用，這些項目很多是針對某一行業(yè)的單一生成過程，系統(tǒng)的通用性差，應用領域單一。為了適應眾多中小型生產企業(yè)生產過程控制自動化的需要，完成對生產過程的統(tǒng)一管理和控制，我們提出開發(fā)一種通用式的生產過程控制系統(tǒng)。國外相關的研究進行較早，一些發(fā)達國家已經研制出了一些產品并開始占領中國的市場，由于進口產品價格非常昂貴，且不符合中國的國情和使用習慣，這些因素嚴重影響了中小型企業(yè)生產過程自動化的進程。為了擺脫對國外產品的依賴，我們必須發(fā)展自主知識產權的生產過程控制系統(tǒng)，滿足廣大中小企業(yè)的需要。這將對我市、全國乃至全球發(fā)展中國家生產行業(yè)產品質量的提升，生產率的提高做出重要貢獻。本單位近年來，成功的研發(fā)了以下與此應用相關的項目：l 科奧鋁業(yè)的變電站保護信息綜合管理系統(tǒng)l 濟三電廠水源地集中監(jiān)控系統(tǒng)l 壽光供電本單位大用戶抄表系統(tǒng)l 淄博供電公司無線遠動通道建設l 保碩化工廠廠用電管理系統(tǒng)l 挪威水表抄收系統(tǒng)l 濟南鐵路局機車信號監(jiān)視系統(tǒng)l 華星助劑生產過程監(jiān)控系統(tǒng)在這些項目的實施過程中，我們積累了豐富的通訊管理和自動控制實現(xiàn)的經驗，本單位還成功的認定了濟南市高新技術企業(yè)，2004年本單位的ListenTec數(shù)據(jù)通業(yè)務平臺、ListenTec泵房綜合自動化系統(tǒng)通過了山東省科學技術廳的成果鑒定，兩個系統(tǒng)技術水平均達到了國內領先水平。三、 現(xiàn)有研究基礎、特色和優(yōu)勢本單位近年來，成功的研發(fā)了多個與此領域相關的項目，在實施過程中我們成功地滿足了一些工礦企業(yè)的生產需求。我們在科奧鋁業(yè)的變電站保護信息綜合管理系統(tǒng)中，完成了科奧鋁業(yè)整流變電站的變壓器溫度實時在線檢測和繼電保護裝置信息集中管理；濟三電廠水源地集中監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了15個泵房的遠程自動控制；壽光供電本單位大用戶抄表系統(tǒng)完成了大用戶用電信息的遠程管理；淄博供電公司無線遠動通道建設實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡乩砦恢脽o關性；保碩化工廠廠用電管理系統(tǒng)實現(xiàn)了工廠用電信息管理自動化；挪威水表抄收系統(tǒng)使我們的產品走出了國門；濟南鐵路局機車信號監(jiān)視系統(tǒng)完成了機車信號在線檢測；華星助劑生產過程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了化工企業(yè)的生產信息在線監(jiān)控。本單位在這些項目的研發(fā)和實施過程中，積累了豐富的信號采集與分析、通訊、實時控制系統(tǒng)軟件的開發(fā)經驗，一些系統(tǒng)的指標達到了國內領先的水平：電量采集精度達到了0.01%；非電量采集精度達到了0.05%；系統(tǒng)平均無故障時間達到了87600小時。相關產品的產值達到了500萬。通用式生產過程控制系統(tǒng)采用系統(tǒng)分解的原理，將大的，復雜系統(tǒng)分解成為規(guī)模相對較小，可以進行數(shù)學建模和控制的子系統(tǒng)，應用計算機技術實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的協(xié)調控制和資源共享，從而解決整個系統(tǒng)的控制問題。系統(tǒng)應用多智能體技術，實現(xiàn)了系統(tǒng)資源全局共享和協(xié)調控制，從而成功地解決了復雜大系統(tǒng)分解和協(xié)調控制問題；它以面相對象程序設計技術、分布式數(shù)據(jù)庫技術和Web技術為基礎，所組成的多智能體系統(tǒng)具有界面和協(xié)議標準化等特點。通用式生產過程控制系統(tǒng)可以根據(jù)產品工藝和流程設計的要求，重構出相應的控制系統(tǒng)，從而適應現(xiàn)代工業(yè)一體化生產的要求。系統(tǒng)解決了現(xiàn)代工業(yè)一體化生產模式下傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)所無法解決的許多問題，可以廣泛應用于機械、造紙、食品、化工等行業(yè)。系統(tǒng)具備以下創(chuàng)新點和優(yōu)勢：u 采集終端采用嵌入式技術實現(xiàn)，具備智能和升級容易的特點u 儀電一體化設計，可以作為一般的儀表使用，同時具備智能性u 硬件適度分散，既可保證系統(tǒng)的可靠性同時能夠提升系統(tǒng)的性能u 實時智能控制，確保實現(xiàn)生產過程的實時性和智能性u 高速現(xiàn)場總線，冗余配置，保證系統(tǒng)的可靠運行本項目采用廠校合作的方式開發(fā)，可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補。項目由本單位、山東大學和山東省科學院共同合作開發(fā)，課題組由山大教授、山東省科學院的領域專家和本單位經驗豐富的開發(fā)人員組成，有效的結合了理論和實踐的優(yōu)勢。本單位的開發(fā)人員都有五年以上的相關工作經驗，有著深厚堅實的實踐基礎，開發(fā)出的所有產品都經過了市場的實際應用的考驗，并創(chuàng)造了巨大的社會效益。此次結合山東大學先進的理論基礎提出的產品開發(fā)方案同樣具有非常廣闊的市場前景和實際的社會應用價值。在本項目實施之前，所有相關人員對技術方案進行了反復討論和修改，使之最大可能的與市場需要吻合，并采用比較成熟的生產工藝，保證了產品將來投入市場的高可靠性。針對采用到的設備模塊進行了先期的開發(fā)和試驗，最大限度的降低了項目實施過程中的不可控因素。本單位雄厚的技術和資金實力，生產和技術水平在同行業(yè)中處于領先地位，本單位的開發(fā)團隊主要由具有多年研究開發(fā)經驗的技術人員和多個高校本領域相關的專家組成。各成員大多從事過大型項目的開發(fā)工作，本項目的負責人參與開發(fā)的DA-2000配電網綜合自動化系統(tǒng)通過了國家電力部、機械部兩部鑒定，結論為國內領先水平，ListenTec數(shù)據(jù)通業(yè)務平臺通過了山東省科學技術廳得省級鑒定，結論為國內領先；硬件的主要設計人員負責的通用式機車信號管理系統(tǒng)獲得了濟南鐵路局的科技進步2等獎，ListenTec泵房綜合自動化系統(tǒng)通過了山東省科學技術廳得省級鑒定，結論為國內領先。團隊的其他人員也具有多年的設計經驗，具備強硬的專業(yè)素質。我們完全有信心順利的完成此項目的開發(fā)工作。加上山東大學先進的理論和試驗條件，有足夠的能力完成本項目的開發(fā)，并且產品市場前景廣闊，必將帶來巨大的經濟效益和社會效益。四、 應用或產業(yè)化前景、市場需求通用式生產過程控制系統(tǒng)的一個重要特點就是可以應用到不同的生產過程中，并且使不同的生產過程都置于統(tǒng)一的控制平臺下，所以通用式生產過程控制系統(tǒng)可以廣泛應用于：l 自動化生產流水線l 化工生產過程自動控制l 水處理過程自動控制l 發(fā)電廠生產過程自動控制l 食品加工業(yè)生產過程自動控制l 造紙廠生產過程自動控制l 水泥廠生產過程自動控制本項目的成功實施，除了可以為我市經濟做出良好的貢獻。還可以幫助應用企業(yè)提高自動化管理水平，對于提升產品質量和生產效率，增加他們的產品競爭力，降低生產過程的事故發(fā)生率有著重要的意義。隨著社會的不斷發(fā)展，工業(yè)生產的規(guī)模越來越大。保證大規(guī)模生產的正常運行就要依賴于生產過程的自動控制。通用式生產過程控制系統(tǒng)應用多智能體技術，實現(xiàn)了系統(tǒng)資源全局共享和協(xié)調控制，解決了復雜大系統(tǒng)分解和協(xié)調控制問題；系統(tǒng)具有界面統(tǒng)一和協(xié)議標準化等特點，解決了現(xiàn)代工業(yè)一體化生產模式下傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)應用范圍單一的問題，有著廣泛的應用前景，可以廣泛應用于機械、造紙、食品、化工等行業(yè)。下表對此項目的市場情況進行了分析和統(tǒng)計。行業(yè)名稱全國工廠數(shù)量采用進口設備費用采用國產系統(tǒng)費用節(jié)約費用機械加工3萬90億30億60億造紙3萬100億35億65億食品10萬200億70億130億化工5萬1000億350億750億水泥3千150億50億100億發(fā)電5千200億70億140億合計1740億600億1140億上述表格僅是對該項目的市場情況進行的相對保守的統(tǒng)計。據(jù)估計，全國的生產型企業(yè)的自動化進程將在今后的10年內完成，作為濟南市的高新技術企業(yè)，我們有責任完成這一產品的國產化研究，減少我國企業(yè)對外來產品的依賴性，提升自主創(chuàng)新能力，替代進口產品。我本單位自成立以來一直以自動化系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)的生成和銷售為主，有一支成熟的生成和銷售隊伍，銷售范圍遍及全國大部分范圍，銷售渠道通暢。對于符合市場需求的通用式生產過程控制系統(tǒng)，我們很有信心完成這一課題的研發(fā)及市場開拓過程。五、 研究內容與預期目標項目執(zhí)行期間預計投資總額120萬元，項目完成后：年生產能力達到20套，銷售收入3500萬元，交稅總額830萬元，凈利潤620萬元，創(chuàng)匯額1059萬元，單位資產規(guī)模達到500萬元，在實施的過程中培養(yǎng)出一批優(yōu)秀的研發(fā)和市場銷售生產人員，單位人員規(guī)模達到150人，其中技術人員70人，市場人員30人，生產人員50人。項目完成時，本單位將通過ISO9000質量體系認證，并取得以下成果：論文2篇，國內領先成果1項，專利1項，軟件著作權2項，軟件產品1項，高新技術產品1項，全部系統(tǒng)都將通過第三方測試。六、 研究方案、技術路線、組織方式與課題分解技術路線：l 以理論分析計算和模擬實驗為手段，研究通用式生產過程控制系統(tǒng)的工作特點。l 鑒于此系統(tǒng)需要大量數(shù)據(jù)的采集和復雜運算，所以必須采用比較嚴格、復雜的檢測手段，可以考慮采用多種檢測方法相結合的方式進行綜合處理。l 裝置的在滿足原理要求的前提下，盡量采用典型設計和當今成熟、流行的技術，并且要考慮到將來裝置運行時與其他系統(tǒng)和裝置的相互配合和協(xié)作。l 由于該系統(tǒng)結構復雜，需要采用分期建設和逐步完善的方式來實現(xiàn)：第一步：進行此項目的研制開發(fā)工作，在我省部分地區(qū)作試點；第二步：由于此項目關系甚大，必須有一點穩(wěn)定考察期；第三步：如果試點成功則在全國范圍內大力推廣。關鍵技術：l 穩(wěn)定的儀電一體化智能終端。穩(wěn)定的終端是系統(tǒng)的基礎，我們設計的終端除了能夠完成普通的儀表功能外，還可以具備智能通訊功能，具備將自己監(jiān)測對象的情況匯報給其他系統(tǒng)的能力。l 高速可靠的通訊網絡。高速可靠的通訊網絡是整個系統(tǒng)的神經，我們將采用符合工業(yè)標準的高速冗余網絡完成系統(tǒng)的通訊。l 靈活易用的后臺監(jiān)控系統(tǒng)。通用式生產過程控制系統(tǒng)的中樞在于集控部分，所以后臺必須具備靈活的組態(tài)功能，以滿足廣大用戶的不同需求。工藝流程：工藝流程參照ISO 9000質量管理體系的要求執(zhí)行。主要技術參數(shù)：精確度：模擬量輸入大信號誤差不大于0.05%模擬量輸入小信號誤差小于0.1%模擬量輸出誤差不大于0.2%事件順序記錄(SOE)時間分辨率120db模入通道差模干擾抑制比60db輸入隔離電壓1500V網絡性能數(shù)據(jù)表：網絡帶節(jié)點類型節(jié)點通訊速率節(jié)點距離通訊介質訪問標準通訊協(xié)議I-NetHMI、PRN1024100Mbps 100M雙絞IEEE802.3uTCP/IPR-NetPCU、HMI1024100Mbps2KM，20KM雙絞,光纖IEEE802.3uTCP/IPI/O-BusPCU、I/O2561Mbps1000M總線板IEC61158ISO/OSIS-BusPCU、HMI10100Mbps2-20KM光纖IEC61158ISO/OSIF-NetFCS100100Mbps100M，2KM雙絞,光纖IEEE802.3uTCP/IP實時性：實時數(shù)據(jù)掃描周期開關量50ms，模擬量100ms控制周期50ms200s可調,增量50ms實時畫面操作響應時間2SCRT 畫面對鍵盤操作指令響應時間1SCRT 畫面數(shù)據(jù)刷新周期1S從鍵盤發(fā)出指令到通道板輸出和返回信號從通道板輸入到CRT 上顯示的2S信號輸入到CRT 顯示總時間1S系統(tǒng)可靠性評價：系統(tǒng)MTBF 不低于200000h，MTTR 5 min。系統(tǒng)可用率不低于99.95%容量：全局實時數(shù)據(jù)庫容量：72000 個I/O點分布式處理單元（PCU）容量(10-30%負荷)；控制器的I/O最大點數(shù)：4096點；控制回路數(shù)：無嚴格限定，根據(jù)系統(tǒng)負荷、系統(tǒng)控制周期、控制機柜的物理空間容量要求，一個I/O站的控制回路數(shù)數(shù)建議為： 3264 個；歷史數(shù)據(jù)庫容量：20000點，典型6個月；CRT顯示畫面配備：1棒狀圖顯示20 根/幅至少50幅視硬盤容量2模擬圖顯示512 點/幅至少512幅視硬盤容量3成組顯示200 點/組至少100組視硬盤容量4趨勢顯示至少20 個月600 點視硬盤容量5報警顯示6 級/6 色20點/頁共2000 點可定義6其他標準顯示系統(tǒng)狀態(tài)/操作記錄報表配備：1班報表所有點/半年視硬盤容量2日報表所有點/半年視硬盤容量3月報表所有點/半年視硬盤容量4成組參數(shù)報表所有點/半年視硬盤容量5跳閘追憶報表240 點/前后10 分視硬盤容量6事故順序報表最大3840 視硬盤容量7趨勢報表所有點/半年視硬盤容量8歷史數(shù)據(jù)報表所有點/半年視硬盤容量9操作員動作報表所有點/半年視硬盤容量10其他報表小指標報表視硬盤容量系統(tǒng)網絡站點數(shù)量，總數(shù)1024個工程師站（ESU）/操作員站（OSU） 40個過程控制單元（PCU） 80個系統(tǒng)負荷率典型配置情況下保證值：操作員站（OSU） 40%分布式處理單元（PCU） 30%系統(tǒng)網絡20%環(huán)境條件：工作溫度： 050貯存運輸溫度： -4085工作相對濕度： 5%65%（不結露）大氣壓力： 86KPa106KPa為了滿足項目的生產及研發(fā)需要，我們需要1500平方米的廠房一處。本系統(tǒng)屬于環(huán)保的電子信息行業(yè)，采用計算機和網絡作為工作平臺，不存在“三廢”排放問題，在研制、生產、運行過程中沒有職業(yè)危害因素。本系統(tǒng)是通用工業(yè)自動化產品，不屬于國家專賣、專控產品、醫(yī)藥產品、交通、安全產品、壓力容器產品、電信產品限制的范圍之內，無需申報特殊行業(yè)生產許可。為了保障本項目的順利研發(fā)、實施與推廣，我們主要有以下幾個方面的措施：技術保障措施：與山東大學、山東省科學院聯(lián)合開發(fā)，廠校合作，可充分發(fā)揮學校的人才優(yōu)勢和實驗設備資源，同時又可充分利用企業(yè)的生產能力和市場運作能力；產學研的結合，將加速研究成果轉化為生產力，有利于研制的新產品迅速推向市場。管理保障措施：在整個項目研發(fā)周期內，按照ISO9000質量管理體系的要求進行，項目實施完畢后，本單位將通過ISO9000質量管理體系認證。我們會對項目進行的每一個環(huán)節(jié)進行量化考核，確保項目的實施和產品的質量。資金保障措施：本單位的市場定位就是面向廣大的工礦企業(yè)的自動化系統(tǒng)的研制、開發(fā)、生產和市場推廣，此項目作為本單位今后發(fā)展的重點，已經投入部分資金。人員保障措施：為了順利地保障項目的實施，除了現(xiàn)有的人員外，我們還會加強技術人員、市場銷售人員和生產管理人員的加強，并進一步調整單位的政策，從而保證人員的穩(wěn)定性和技術的先進性。市場推動措施：及時進行研制產品的鑒定及產品發(fā)布會；舉行示范工程現(xiàn)場推介會；定期參加新產品展示會；加大產品銷售力度。性能改進措施：及時總結設計、安裝和運行調節(jié)等方面的實踐經驗，制定相應的技術措施，做好該項技術的推廣應用和技術服務工作，使該系統(tǒng)成為安全、可靠、經濟、有效的生產過程控制方式方式。通過工程應用，不斷改進產品性能，進一步提高產品質。該項目由本單位、山東大學和山東省科學院聯(lián)合承擔，采用課題組團隊攻關的方式，山東大學主要負責項目理論研究并提供硬件實驗測試環(huán)境和硬件測試工作；山東省科學院提供軟件測試環(huán)境和軟件測試工作；本公司負責項目的設計、規(guī)劃和實施，并負責項目的市場推廣工作。廠校合作，可充分發(fā)揮學校的人才優(yōu)勢和實驗設備資源，同時又可充分利用企業(yè)的生產能力和市場運作能力；產學研的結合，將加速研究成果轉化為生產力，有利于研制的新產品迅速推向市場。七、 年度計劃內容年度工作內容及經費投入表任務ID開始時間結束時間任務內容年度經費投入(萬元)1200601200605相關理論研究和系統(tǒng)方案定型162200606200703系統(tǒng)軟件的開發(fā)，基本裝置的開發(fā)和測試，測試硬件設備的功能。423200704200708設備的定型，并進行實驗測試354200709200712通過現(xiàn)場應用的方式，進行常時間的現(xiàn)場運行測試，并向整個市場推廣27八、 主要研究人員和單位簡況及具備的條件項目組成員1：所學專業(yè)：電子與通訊工程，現(xiàn)從事專業(yè)：電子與通訊工程，學歷：研究生，學位：博士，技術職稱：教授，職務：總工程師，主持完成了山東科學基金項目“聲紋識別與信息安全認證”等3個省級科技項目，在國家級重點刊物上發(fā)表科技論文15篇。項目組成員2：所學專業(yè)：電氣技術，現(xiàn)從