工业过程自动化技术的发展精
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70年代以来，由于世界范围内出现的能源危机和 市场剧烈竞争，工业生产规模更趋庞大。如：每个 电站的装机容量已经从20万、60、100万KW石化工 业中年产30万吨以上的乙烯、合成氨等工厂大批建 成。设备的更新换代，市场竞争，要进一步提高产
量，降低成本，节约原材料和减少能源。要求自动 化技术能充分发挥设备的生产能力，最终达到优质 高产低耗的控制目标。
工具 ： 电子计算机技术促进 .
60年代以来.特别是80年代以Leabharlann Baidu，自动控制理论 有了新的发展
推动 ： 微电子技术、计算机技术、通讯和 网络技术、机器人技术.
经济、技术全球化进程的加快.
向控制理论提出了新的课题.
* 含有各种不确定性系统的建模、分析综和、 控制和优化设计.
* 具有层次性特征系统的建模、分析综合、控制 和优化设计.
工业过程自动化技术的发展
桂 卫华 中南大学信息科学与工程学院
一.概述
1. 什么叫工业过程自动化技术
综合运用控制理论、电子装备、仪器仪表、计算 机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控 制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量，提 高质量、降低消耗、确保安全等目的，这样的一种 综合性技术称之为工业工程自动化技术。它包括： 工业过程自动化软件、硬件及系统三大部分。
物理学：牛顿力学中的“质点和姿态动力学” 数学 ： 线形常系数微分方程、单复变函数、
概率、统计. 工具： 模拟电路和模拟计算机.
50年代到60年代的自动控制理论（现代控制理论）
Bellman（ 50年代 ） 最优性原理———
《动态规则》（1954年）
Poutrygin 等人（ 50年代末 ） 提出“最
* 难于用传统方法建模系统的分析和控制问题.
方法 : 智能方法
② 工业过程自动化与传统产业的关系
利用电子技术改造传统产业是近二十年来中国 经济发展的重要成果，大大促进了企业竞争实力和 综合国力的增强。而在电子技术改造传统行业中， 工业自动化技术又是其中的重要组成部分。对传统 的过程工业而言，利用先进的自动化硬件及软件组 成工业过程自动化系统，大大提高了生产过程的安 全性、可靠性、稳定性。提高了产品产量和质量、 提高了劳动生产率，企业的综合经济效益。
另一方面，面对的工业过程越来越复杂，如反 应过程、生化过程等等，本身机理就十分复杂，一 些还没有完全被人们充分认识。而这类过程往往还 受到众多随机因素的干扰和影响，具有高度的不稳 定性、高度的非线形、高度的关联性、特大的滞后 性
和状态不完全性，难以建立精确的数学模型。出现 了克服和解决这些问题的先进控制方法和先进控制 策略。人工智能、控制理论、运筹学等智能控制应 用于化工、炼油、造纸、发电、冶金等各种工业过 程之中，极大的推动了自动化技术的发展。
大值原理”（最优控制问题的基本原理）
Kalman
（ 60年代 ） 状态空间方法：
能控性，能观测性。
现代控制理论的形成
推动 ：远程火箭技术与航天技术、现代航海 技术的直接影响.
物理学（化学）：力学、电动力学、化学反应 机理.
数学 : 线性代数（几何方法）和矩阵论；线性 常微分方程组理论；实、复变函数论 变分法；泛函分析；概率、统计.
美国科学院曾对位于前列的五家实施综合自动 化的企业进行全面的调查，结果表明：产品质量提 高2—5倍，生产效率提高40—70%；设备利用率提高 2—3倍，生产周期缩短30—60%，库存减少30%到60%， 人工费减少5—20%。
* 工业过程自动化技术是从传统产业中产生出 来的技术，是传统产业发展的需求所在。
自动化一出现就显示出强大的生命力。应用这种
流水线，建立起单一品种大规模生产方式，大大
提高了劳动生产率。不到3年的时间，使汽车成本 下降了近3倍，只用了8年的时间就使汽车销售价格 下跌到原来的9%使汽车走进了普通家庭。
汽车工业的发展，带动了冶金、化工、石油等
工业，促进了连续生产过程自动化的发展。
传统产业的发展推动了工业过程自动化技术 的进步
程自动化中的变送器和执行器相当于人的“眼睛” 和“手脚”，工业过程自动化中的主控系统相当 于人的“大脑”。离开了眼睛、手脚和大脑，一 个人无法行动和思考；离开了变送器、执行器和 主控系统，一个生产过程无法正常运行。
因此，工业生产离不开工业过程自动化技术。
2. 工业过程自动化与传统产业的关系
① 自动化技术的发展都离不开社会环境和历史 背景.科学,特别是技术科学的发展,常常是以技 术的发展为先导.自动控制理论属于技术科学的 范畴，它的发展主要受社会需求的的推动和技术 进步的刺激，当然也受物理学、生物学等和作为 工具的计算机的促进。
工业生产过程指的是发电、冶金、炼油、石 化、化工、化肥、生化、建材、造纸、制药、橡 胶、环保、选矿、采矿等领域的生产加工过程， 它是工业过程自动化的服务对象，可以是一个设 备、一个装置、一个工段、一个生产线，也可以 是一个工厂，一个联合企业。
工业过程自动化技术是一门服务性技术是一门 服务性技术，它的服务对象是工业过程。工业过
20实际40年代是自动化技术和理论形成的关 键时期。
工业过程自动化首先来自于传统机械制造业生 产方式的变更，即从汽车流水线开始的。
1946年美国福特汽车公司副经理D.S哈特首先提 出用“自动化”一词来描述这种流水线。
1947年4月，福特汽车公司建立了自动化研究部
门 ，称作自动化工程司的专家到这个部门工作1948年， 《美国机械师》杂志，把自动化技术义为“用机械装置 去操纵工件的进出，在各项操作之间转送零件，消除废 料，使生产设备按照一定的时序去完成这些任务，使流 水线能部分或全部地处在集中控制站的按键控制之下的 一种技术 。
维纳时代及前期的自动控制理论（经典控制理论）
Nyquist （1932年） Bode （1940年） Evans （1948年） Wiener （1948年）
稳定性分析 Bode 图 根轨迹法 《控制论》一书标志 着一门独“控制理 论”的诞生.
经典控制理论的形成
推动: 受当时重大技术（通讯技术和火炮技 术等）的深刻影响。
目前，生产过程自动化的程度已成为衡量工业 企业现代化水平的重要标志。
量，降低成本，节约原材料和减少能源。要求自动 化技术能充分发挥设备的生产能力，最终达到优质 高产低耗的控制目标。
工具 ： 电子计算机技术促进 .
60年代以来.特别是80年代以Leabharlann Baidu，自动控制理论 有了新的发展
推动 ： 微电子技术、计算机技术、通讯和 网络技术、机器人技术.
经济、技术全球化进程的加快.
向控制理论提出了新的课题.
* 含有各种不确定性系统的建模、分析综和、 控制和优化设计.
* 具有层次性特征系统的建模、分析综合、控制 和优化设计.
工业过程自动化技术的发展
桂 卫华 中南大学信息科学与工程学院
一.概述
1. 什么叫工业过程自动化技术
综合运用控制理论、电子装备、仪器仪表、计算 机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控 制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量，提 高质量、降低消耗、确保安全等目的，这样的一种 综合性技术称之为工业工程自动化技术。它包括： 工业过程自动化软件、硬件及系统三大部分。
物理学：牛顿力学中的“质点和姿态动力学” 数学 ： 线形常系数微分方程、单复变函数、
概率、统计. 工具： 模拟电路和模拟计算机.
50年代到60年代的自动控制理论（现代控制理论）
Bellman（ 50年代 ） 最优性原理———
《动态规则》（1954年）
Poutrygin 等人（ 50年代末 ） 提出“最
* 难于用传统方法建模系统的分析和控制问题.
方法 : 智能方法
② 工业过程自动化与传统产业的关系
利用电子技术改造传统产业是近二十年来中国 经济发展的重要成果，大大促进了企业竞争实力和 综合国力的增强。而在电子技术改造传统行业中， 工业自动化技术又是其中的重要组成部分。对传统 的过程工业而言，利用先进的自动化硬件及软件组 成工业过程自动化系统，大大提高了生产过程的安 全性、可靠性、稳定性。提高了产品产量和质量、 提高了劳动生产率，企业的综合经济效益。
另一方面，面对的工业过程越来越复杂，如反 应过程、生化过程等等，本身机理就十分复杂，一 些还没有完全被人们充分认识。而这类过程往往还 受到众多随机因素的干扰和影响，具有高度的不稳 定性、高度的非线形、高度的关联性、特大的滞后 性
和状态不完全性，难以建立精确的数学模型。出现 了克服和解决这些问题的先进控制方法和先进控制 策略。人工智能、控制理论、运筹学等智能控制应 用于化工、炼油、造纸、发电、冶金等各种工业过 程之中，极大的推动了自动化技术的发展。
大值原理”（最优控制问题的基本原理）
Kalman
（ 60年代 ） 状态空间方法：
能控性，能观测性。
现代控制理论的形成
推动 ：远程火箭技术与航天技术、现代航海 技术的直接影响.
物理学（化学）：力学、电动力学、化学反应 机理.
数学 : 线性代数（几何方法）和矩阵论；线性 常微分方程组理论；实、复变函数论 变分法；泛函分析；概率、统计.
美国科学院曾对位于前列的五家实施综合自动 化的企业进行全面的调查，结果表明：产品质量提 高2—5倍，生产效率提高40—70%；设备利用率提高 2—3倍，生产周期缩短30—60%，库存减少30%到60%， 人工费减少5—20%。
* 工业过程自动化技术是从传统产业中产生出 来的技术，是传统产业发展的需求所在。
自动化一出现就显示出强大的生命力。应用这种
流水线，建立起单一品种大规模生产方式，大大
提高了劳动生产率。不到3年的时间，使汽车成本 下降了近3倍，只用了8年的时间就使汽车销售价格 下跌到原来的9%使汽车走进了普通家庭。
汽车工业的发展，带动了冶金、化工、石油等
工业，促进了连续生产过程自动化的发展。
传统产业的发展推动了工业过程自动化技术 的进步
程自动化中的变送器和执行器相当于人的“眼睛” 和“手脚”，工业过程自动化中的主控系统相当 于人的“大脑”。离开了眼睛、手脚和大脑，一 个人无法行动和思考；离开了变送器、执行器和 主控系统，一个生产过程无法正常运行。
因此，工业生产离不开工业过程自动化技术。
2. 工业过程自动化与传统产业的关系
① 自动化技术的发展都离不开社会环境和历史 背景.科学,特别是技术科学的发展,常常是以技 术的发展为先导.自动控制理论属于技术科学的 范畴，它的发展主要受社会需求的的推动和技术 进步的刺激，当然也受物理学、生物学等和作为 工具的计算机的促进。
工业生产过程指的是发电、冶金、炼油、石 化、化工、化肥、生化、建材、造纸、制药、橡 胶、环保、选矿、采矿等领域的生产加工过程， 它是工业过程自动化的服务对象，可以是一个设 备、一个装置、一个工段、一个生产线，也可以 是一个工厂，一个联合企业。
工业过程自动化技术是一门服务性技术是一门 服务性技术，它的服务对象是工业过程。工业过
20实际40年代是自动化技术和理论形成的关 键时期。
工业过程自动化首先来自于传统机械制造业生 产方式的变更，即从汽车流水线开始的。
1946年美国福特汽车公司副经理D.S哈特首先提 出用“自动化”一词来描述这种流水线。
1947年4月，福特汽车公司建立了自动化研究部
门 ，称作自动化工程司的专家到这个部门工作1948年， 《美国机械师》杂志，把自动化技术义为“用机械装置 去操纵工件的进出，在各项操作之间转送零件，消除废 料，使生产设备按照一定的时序去完成这些任务，使流 水线能部分或全部地处在集中控制站的按键控制之下的 一种技术 。
维纳时代及前期的自动控制理论（经典控制理论）
Nyquist （1932年） Bode （1940年） Evans （1948年） Wiener （1948年）
稳定性分析 Bode 图 根轨迹法 《控制论》一书标志 着一门独“控制理 论”的诞生.
经典控制理论的形成
推动: 受当时重大技术（通讯技术和火炮技 术等）的深刻影响。
目前，生产过程自动化的程度已成为衡量工业 企业现代化水平的重要标志。