工業(yè)過程先進控制與故障診斷

工業(yè)過程先進控制與故障診斷第一頁，共21頁?！舾乓粞芯抗I(yè)背景工業(yè)過程先進技術過程監(jiān)控與故障診斷團隊介紹第二頁，共21頁。研究背景32023/4/16現(xiàn)代化復雜工程系統(tǒng)規(guī)模越來越大航空航天航海核電電網(wǎng)高鐵石化冶金第三頁，共21頁。企業(yè)信息化系統(tǒng)結構決策層管理層調度層經(jīng)營決策系統(tǒng)產(chǎn)品策略管理信息系統(tǒng)生產(chǎn)計劃生產(chǎn)調度系統(tǒng)調度指令過程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)優(yōu)化過程控制系統(tǒng)控制信息生產(chǎn)過程監(jiān)控層控制層關系數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫第四頁，共21頁。以企業(yè)盈利優(yōu)化為目標的過程綜合自動化的內(nèi)容

ERP（企業(yè)資源計劃）&SCM(供應鏈)MES（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)計劃和調度的優(yōu)化Monitoring&SPC（StatisticalProcessControl）(過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程分析)ROP（Real-TimeOptimization實時優(yōu)化）APC&R2R（AdvancedProcessControl&RuntoRunControl先進控制與運行控制）第五頁，共21頁。（美國DMC公司提供）CLRTO:Closed-LoopReal-timeOptimization閉環(huán)實時優(yōu)化DMC:DynamicMatrixControl動態(tài)矩陣控制TAC:TraditionalAdvancedControl傳統(tǒng)先進控制DCS:DistributedControlSystem集散控制系統(tǒng)1020304050607080901000投資0102030405060708090100效益DCSTACDMCCLRTO各層次經(jīng)濟效益分析10:3510:4010:1070:15第六頁，共21頁。先進控制的提出與特點大型復雜工業(yè)過程的特點：規(guī)模龐大，結構復雜，不確定性，非線性，強耦合性實現(xiàn)安全、平穩(wěn)、高效生產(chǎn)的需要；提高企業(yè)經(jīng)濟效益和增強競爭力的重要對策；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第七頁，共21頁。先進控制的提出的背景美國的化學工業(yè)每年的產(chǎn)值四千億美元，提供一百多萬個就業(yè)崗位，2000年出口總值達725億美元，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靠的服務，必須不斷將先進的信息技術和過程控制技術融合到生產(chǎn)過程中。生產(chǎn)過程中使用反饋控制能提高產(chǎn)品的質量、降低材料和能源的消耗、減少對環(huán)境的影響、提高安全性、降低成本，從而，在全球經(jīng)濟中更具競爭力。第八頁，共21頁。先進過程控制的發(fā)展歷史20世紀60年代后期，過程控制已被廣泛應用于石化和材料的加工過程，主要是單回路局部反饋控制形式，各控制器之間幾乎沒有聯(lián)系。在80年代和90年代，多變量控制特別是基于模型預測控制的多變量優(yōu)化控制得到迅速的發(fā)展。第九頁，共21頁。先進過程控制的發(fā)展歷史－續(xù)基于模型預測控制近幾年已用于處理大規(guī)模的過程控制問題?；谀Ｐ皖A測控制的多變量優(yōu)化控制，在具有控制約束和狀態(tài)約束的工業(yè)過程中，已成為一種標準的控制技術。在2000年據(jù)控制廠商報道，模型預測控制已有5000多例，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。第十頁，共21頁。先進控制的發(fā)展現(xiàn)狀基于模型控制的理論體系已基本形成，出現(xiàn)了許多基于模型預測的多變量約束模型控制，如AspenTech的DMCplus、MCC等工程化軟件包，是應用廣泛和最有前途的先進控制策略專家控制系統(tǒng)：過程故障診斷，監(jiān)督控制，檢測儀表和控制回路有效性神經(jīng)網(wǎng)絡：非線性過程的建模，軟測量，控制系統(tǒng)的設計第十一頁，共21頁。先進控制的發(fā)展現(xiàn)狀－續(xù)模糊系統(tǒng)：模糊控制理論基礎，表達不確定性知識；非線性控制：開發(fā)中，應用不多；魯棒控制：研究熱點，理論性太強，實際應用需做大量的改進和簡化；使先進控制具備魯棒性是重要的發(fā)展方向。其他先進控制還包括：內(nèi)模控制，自適應控制，增益調整，解耦控制，時滯補償?shù)?；第十二頁，?1頁。過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程控制

（PM&SPC）的內(nèi)容過程監(jiān)測（PM,ProcessMonitoring）統(tǒng)計過程控制（SPC,StatisticalProcessControl）過程故障檢測與診斷（FDD,FaultDetectionandDiagnosis）過失誤差檢測和數(shù)據(jù)校正（GrossErrorDetection&DataRectification）控制系統(tǒng)性能的實時監(jiān)測與評估（Real-TimeMonitoringControl&SystemEvaluation）第十三頁，共21頁。工業(yè)系統(tǒng)的過程監(jiān)控方法14第十四頁，共21頁。系統(tǒng)龐大的規(guī)模與高度的復雜程度系統(tǒng)中出現(xiàn)的某些微小故障若不能及時檢測并排除，就有可能造成整個系統(tǒng)的失效、癱瘓，甚至導致巨大的災難性后果如何提高系統(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，其中一個重要的方法就是采用故障檢測與診斷技術工業(yè)過程故障診斷的必要性第十五頁，共21頁。質量相關的故障定義過程變量X溫度、流量、液位等質量變量Y產(chǎn)量、濃度、粒度、pH值輸入輸出反饋控制產(chǎn)品傳感器多回路：生產(chǎn)過程實時采樣采樣頻率高數(shù)量眾多相關性大傳感器采樣延遲大采樣周期長數(shù)量有限工業(yè)生產(chǎn)過程：鋼鐵、化工、磨礦、污水處理等第十六頁，共21頁。質量相關的故障檢測與診斷第十七頁，共21頁。傳感器網(wǎng)絡平臺計算機網(wǎng)絡平臺集成軟件平臺數(shù)據(jù)平臺信息集成PCS系統(tǒng)監(jiān)控MESERP知識管理優(yōu)化控制安全運行一體化系統(tǒng)的集成環(huán)境第十八頁，共21頁。彭開香，教授/博士生導師。研究方向：復雜工業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化控制與故障診斷楊衛(wèi)東，教授/博士生導師。研究方向：軋鋼過程先進控制楊旭，副教授。研究方向：故障診斷與容錯控制高海，副教授。研究方向：高性能控制系統(tǒng)集成開發(fā)王玲，副教授。研究方向：大數(shù)據(jù)及其工業(yè)應用董冀媛，講師。研究方向：機器學習與故障診斷團隊介紹第十九頁，共21頁。梯隊在研項目2014年國家自然科學基金項目（）：“質量相關的多工況動態(tài)間歇過程建模及故障診斷方法研究”。2013年北京市自然科學基金項目（）：“數(shù)據(jù)驅動的多工況非高斯復雜間歇過程的故障診斷”。2014年通號國際控股公司委托課題（2014-106）“鐵路信號安全控制系統(tǒng)開發(fā)”。2013年中冶賽迪委托課題（2013-605）“熱軋質量包與模型開發(fā)”。英國皇家工程學院牛頓合作研究項目：ProbabilisticState-ConstrainedOptimalControlforKeyPerformanceIndic