流程工业先进控制技术的现状与发展概要
工业过程先进控制概述石红瑞
现场总线控制系统FCS的主要特征
1. 数字通讯代替4~20ｍＡ模拟传输，数字通讯网络延 伸到工业过程现场；
2. 智能现场设备：智能变送器完成测量、变送基本功 能，还具有自诊断、报警，再现标定、PID调节、 信号处理、通信等功能，可实现多参数传感变送器。
3. 开放的互联网络：协议公开、互操作性、互用性。 4. 系统结构的高度分散性：总线仪表集检测、运算、
9、其他类型现场总线
• HART协议，用于现场智能仪表和控制 是设备间通信的一种开放协议，属于模 拟系统向数字系统转变过程中过渡性产 品，其特点是在现有模拟信号传输线上 实现狮子信号通信。 HART协议最早由 Rosemount公司开发并得到E+H，Moor, AB,Siemens,Smar和横河等许多著名仪表 公司的支持。
多变量频域
随机过程 非线性系统
3、检测控制仪表的发展
• 50’，基地式仪表（电子真空管），自力 式温度调节，就地式液位控制
• 60’，单元组合（气动、电动） QDZ ：0.02~0.1MPa 标准信号 DDZП：0~10mA标准信号 DDZШ ：4~20mA、1~5V 标准信号
DDZ仪表与数字调节器
• 研究内容：可控性、可观性、实现问题、 典范型、分解理论、稳定性理论
• 使控制由一类工程设计方法提高到新的 科学----控制科学。相继出现了系统辨识 与参数估计、随机控制、自适应控制、 鲁棒控制等。
• 航空、航天、制导成绩辉煌，复杂工业 过程无能为力。
80~90’，大系统理论与智能控制
• 大系统理论：控制理论广度挖掘 研究大系统的分解及各子系统的协调，多
DCS的体系结构——Siemens
工程师 站
打印服
AB PLC控制系统 ControlNet 操作工 局域 操作工
工业过程自动化技术
工业过程自动化技术第一篇：工业过程自动化技术的概述随着科技的不断发展，工业过程自动化技术得到了越来越广泛的应用。
工业过程自动化技术是指利用各种自动化设备和技术，对工业生产过程中的各个环节进行自动控制，从而实现生产流程的高效、稳定、可控。
本文将从以下几个方面探讨工业过程自动化技术的概述。
一、工业过程自动化技术的发展历程工业过程自动化技术的发展历程可以追溯到 19 世纪末期。
当时，人们开始尝试将工业生产现场的繁杂工作自动化，提高生产效率。
随着电力、电子、计算机等技术的不断发展，工业过程自动化技术也在不断地发展壮大。
二、工业过程自动化技术的应用领域目前，工业过程自动化技术已经在多个领域得到应用，如：1. 制造业：自动化生产线、自动化装配系统、自动化包装系统等。
2. 能源领域：智能电网、自动化输送系统等。
3. 化工领域：自动化生产线、自动化调配系统等。
4. 矿业领域：自动化采矿设备、自动化选矿设备等。
5. 农业领域：自动化种植设备、自动化养殖设备等。
三、工业过程自动化技术的优势1. 提高生产效率：工业过程自动化技术可以实现全天候、无休止地运行，因此生产效率大大提高。
2. 优化生产质量：自动化控制系统可以保证产品规格稳定，从而优化生产质量。
3. 降低生产成本：工业过程自动化系统可以通过实时监控和分析数据，来寻找优化生产过程的方法，降低生产成本。
4. 提高安全性：自动化生产可以降低工人在高温、有毒气体、高危险度环境下工作的风险。
四、工业过程自动化技术的未来展望工业过程自动化技术的未来将更加注重自动化智能化、网络化、数字化和绿色化。
未来的工业过程自动化技术将实现更高的自动化智能化程度，实现对生产过程的全方位智能监控和预测，进一步提高生产效率和质量。
同时，网络化和数字化将推动工业过程的整体优化，使之更加精准、高效、全面优化。
绿色化将成为未来的工业过程自动化技术的又一个重要方向，推动绿色生产过程和循环经济发展，从而谋求人、财、物等资源的最大化利用和价值创造。
过程装备与控制工程专业的现状及未来趋势分析
过程装备与控制工程专业的现状及未来趋势分析摘要：现今过程装置设计和控制已经在所有制造业领域中处于不可或缺的地位。
同时由于远程控制和智能信息技术的迅速发展，产品加工的安全性、稳定性和经济性也将获得很大提高，工业自动化也已成为过程装备与控制工作专业发展的重要趋势，工业自动化发展已经彻底改变了传统手工加工和制造业生产的方式。
而现代远程控制系统，则将过程装备与控制工程先进的控制理论和现代化的机器控制技术相结合，利用计算机等现代化的媒介实现作业要求，以实现生产任务目标。
本章就过程装备与控制工程学科的发展状况和发展趋势作出了简单分析，但仅供于教学与借鉴。
关键词：过程装备与控制工程；发展现状；趋势从专业特性分析，过程装置及其控制专业是一个有着较强综合特点的专业，不但涉及机械工程、化工等方面的内容，还涵盖电工及其控制等内容。
该专业主要以培育新型技能人才为教育目标。
当前，过程装备与控制专业人才在中国的需要量直线增长，同时对专业人才的计算机能力也提出了更高的需求。
在现代计算机技术的帮助下，中国过程装备与控制学科专业发展的信息化和智能化的特征已逐步凸现出来。
分析中国过程装备与控制学科专业目前的状况和预见其发展方向，已成为中国有关部门所面临的重大课题。
一、生产过程装备及控制的发展现状以及整个社会意义为了满足产业需要，过程装备及控制学科所培养的学员必须有牢靠的过程装备机械开发、控制原理和其他的基础理论专业知识[1]。
从专业的形成到开发，给我国各领域的发展带来了巨大的整体水平支撑与发展能力。
随着国家平均科学技术的提升，过控专业在科技研发活力逐渐增强，对工、矿、金企业和制造业的发展上也产生着巨大的促进作用。
综上所述，工业过程装备设计及控制理论是现代化制造业发展的科学基础，是我国工业支柱产业的重要学科基础，是评价一个国家工业、制造业发展趋势的重要标准。
二、过程装备与控制工程的发展趋势流体装备及控制在工业生产等各个领域中的作用将日益重大，我国加强了对人员的培训工作，对人员的培训中，对基础知识的熟悉程度要求很高，人员对专业知识需要扎实、透彻的掌握。
流程工业预测控制技术概述
流程工业预测控制技术概述流程工业与共它工业有很大不同，其生产工艺具有连续性，过程和设备的特性往往是十分复杂的，控制对象常具有不确定性、非线性、大时延性和变量问的强耦合性。
想得到生产过程精确的数学模型几乎是不可能的。
所有这些因素使得常规的PlD控制以及其他传统控制方法都不可能达到理想的效果。
于上世纪60年代形成和发展起来的现代控制理论，尽管在很多领域取得了显著的成果，但将其用于流程工业过程控制中时，在理论与实践之间依旧存在着很大的差距。
主要原因还是由于绝大多数流程工业过程对象难以得到精确的数学模型。
因此必须考虑采用先进的控制策略解决工程实践中的问题。
预铡控制是应用于流程卫业中最广泛的先进控制技术。
RichaIet早在1977年就提出MAC（ModeI AIgorithmicControI）算法。
这标志着预测控制的出现。
这类算法用直接从生产现场检测得到的过程响应来描述过程的动态行为，不需事先知道过程模型的结构和参数，也不必通过复杂的辨识来建立过程的数学模型，即可根据某一优化指标设计控制系统，确定一个控制量的序列，使未来一段时间内被控量与经过柔化后的期望轨迹之间的某个误差指标最小。
该算法采用的是不断在线滚动优化的思想，而且在优化过程中不断通过实测系统输出与预测模型输出的误差来进行反馈校正，所以能在一定程度上克服模型误差和某些不确定性干扰等的影响，使系统的鲁棒性得到增强．非常适用于控制复杂的工业生产过程。
Richalet又于1978年首次详细阐述了这类算法产生的动因、机理及其在工业控制过程中的应用效果，同时给这类新型计算机控制算法定出统一的名称——预测控制（Predictive Contr01）。
MAC算法是建立在脉冲响应模型基础上的，用来对长时域进行预测。
主要包括三部分：①预测模型；②参考轨迹；③滚动优化。
预测控制是在工业控制实践的需要中产生的，并得到了极大地发展。
作为一种优化控制算法，不论形式如何改进和变化，都要包括三项基本原理：预测模型、滚动优化和反馈校正。
过程装备与控制工程专业发展现状及趋势
过程装备与控制工程专业发展现状及趋势摘要：现今过程装备与控制工程早已在各个工业领域占有不可或缺的地位。
随着远程控制和智能化技术的发展，生产制造的安全性、稳定性和经济性也将得到较大提升，智能化已成为本专业进展的一大趋势，智能化发展改变了传统手工和制造业的生产方式。
而远程控制将过程装备与控制工程的控制理论与现代化的机械设备操作相结合，利用计算机等智能化的媒介达到操作要求，完成生产任务。
本文就过程装备与控制工程专业发展现状及趋势进行简要分析，仅供学习和参考。
关键词：过程装备与控制工程；发展现状；趋势一、过程装备与控制工程专业内涵过程装备与控制工程专业是大学基础专业之一，简称"过控"，该专业是以过程装备设计基础为主体，过程原理与装备控制技术应用为两翼的学科交叉型专业。
所培养的学生能够具有较强的过程装备、机械基础、控制工程、计算机及其它基础理论知识，具有较好的工程技术基本素质和综合能力。
培养目标是具备过程机械与设备设计及其控制理论，并具备研究开发、设计制造、运行控制等综合能力的高级科学研究和技术人才。
过程装备与控制工程是机械大学科的一个分支，它自己是属于机械领域，同时又服务于过程工业，自身的发展又需要机电控制。
所谓过程工业，是指通过化学和物理的方法以达到改变物料性能的加工业，它涵盖了化学、化工、石油化工、食品、制药，甚至于冶金等众多行业部门。
过程工业所涉及的对象是流程性物料，从原料到产品需经过复杂的工艺过程，因而整个过程需要由为数众多的单元构成。
而每一个单元均需要由能实现这一功能的设备来完成，将这些单元设备连在一起便构成过程装备。
二、过程装备与控制工程专业背景及专业方向专业的发展与专业背景息息相关。
1951年大连工学院首先成立"化学生产机器与设备"专业。
1952年全国高校大调整，天津大学、浙江大学、东北大学、华东理工大学、中国矿业大学等，成立"化学生产机器与设备"专业，简称为"化机"专业。
先进控制技术在DCS系统中的应用
先进控制技术在DCS系统中的应用摘要：DCS在其性质上属于一种分布式控制系统，在具体的使用过程中可以发挥出一定的集散控制作用，在系统当中主要是集合了计算机技术、控制技术、通讯技术以及网络技术等。
技术人员在对层面进行控制的过程中需要采取分散控制的方式来进行，另外，在对生产装置进行管理的过程中需要进行集中管理。
在DCS系统中，要想使系统可以实现一定的数字控制功能，技术人员需要对系统的规模进行不断扩大，同时在使用功能方面也需要不断增加，这样才能使DCS系统在实际的使用过程中可以发挥出更有意义的使用价值。
关键词：先进控制技术；DCS系统；应用1先进控制技术的意义目前，我国加强了对DCS系统的管理工作，并为DCS系统在未来的发展提供了良好的发展前景。
通过对先进控制技术的不断优化和完善，可以使企业在生产的过程中获得更多的经济效益，从而使企业在激烈的市场竞争中实现更加长远的发展。
随着现代控制理论的发展以及人工智能的广泛应用，为先进控制技术的发展起到了良好的促进作用。
先进控制技术在使用的过程中，主要是应用了数学原理，然后在计算机技术运行的基础上实现相应的控制工作。
先进控制技术与一般的PID技术相比存在着一定的差异，先进控制技术在使用的过程中可以获得比较大的经济效益，同时具备非常完善的控制措施，可以为最终参数的准确性提供良的保障。
而其他技术在应用的过程中可能会面临一些突发性的事件，因为工业系统在整体上不具备稳定性，很多问题没有办法进行准确的预测。
因此，一般的控制技术在使用的过程中还无法实现对工业系统问题的有效处理，而采用先进控制技术就可以对整个工业系统实现合理有效的控制。
2先进控制技术的发展现状当一个施工单位或者是生产企业采用PID控制技术对系统进行处理的过程中，主要是融合了经典理论的前提条件下来进行的。
PID控制技术目前在很多行业中有着非常广泛的使用和推广，而在现代化的工业生产过程中DCS系统有着非常广泛的使用，大部分工业系统的稳定运行以及合理性的操作可以采用PID技术进行控制和维护，这种方式在操作的过程中比较简单，并且也很容易被行业认可和接收。
过程装备与控制工程专业发展趋势分析
过程装备与控制工程专业发展趋势分析摘要：随着社会的进步，过程装备与控制工程在工业等不同领域中的地位越来越重要，国家加大了对人才的培养力度，在人才的培养中，对理论知识的掌握程度要求较高，技术人员对知识必须扎实、熟练的掌握。
本文就过程装备与控制工程专业发展趋势进行简要论述，仅供学习和参考。
关键词：过程装备与控制工程专业；发展趋势；分析一、过程装备与控制工程概述过程装备与控制工程简称过控。
这个专业简单来说就是把机械装备和控制工程进行改造，让它们共同为过程工业来服务，过控的发展与其相关的其他行业的发展趋势联系很密切。
过控专业主要的研究方向是过程装备或配套装备的设计制造、节能设备的研制、过程安全的理论研究、流程参数控制技术及理论研究等。
可应用于机械、制药、生物工程、石油开采、能源开发、轻化工、食品生产等诸多领域。
过程装备设计基础作为过程装备与控制工程的基本内容，以过程原理和装备控制技术应用作为补充的内容，形成的一个多学科融合的专业。
过控专业的人才培养是要培养出研发装备、控制工程以及计算机机械和其他一些相关专业知识扎实，拥有良好综合素质和能力的全能型人才。
此外还可以进行机械设备的设计和控制在理论、应用、研制、设计等科研人员或技术人员。
二、过程装备与控制工程发展现状我国经济发展速度虽由原来的高速发展转变为中高速发展，但我国的经济增长速度仍然很快，快速的经济增长也加大了对各方面人才的需求。
机械方向的技术装备以及农业现代化的发展对装备的需求都与过控专业有着极其紧密的联系。
我国的各类化工基础建设与规模已经相对完备，已经是国内生产的种类全、数量多、设施大体完备的工业。
但在盐化工、化学工程、化肥、石化等众多大项目中还需要众多的技术人员，其中有很大一部分是需要过控专业人员。
近年来的电力等能源工业也在快速发展，未来能源工业也会面临诸多的困难。
三、过程装备与控制工程的作用（一）过程装备与控制工程的重要性过程装备与控制工程建立于建国初期，在我国急需多方机械建设人才的情况下，先由“化工设备与机械”专业逐步转变为“过程装备与控制工程”专业。
工业自动化与控制技术
工业自动化与控制技术I. 介绍工业自动化与控制技术是指利用计算机、电子、机电一体化技术、控制理论、传感器、执行器等技术手段，对工业生产流程进行自动化控制的技术体系。
随着科技的发展，工业自动化技术越来越成为现代工业发展的必需品，成为引领工业变革的重要力量。
II. 工业自动化技术的发展随着工业技术的不断进步和市场的不断扩大，工业自动化技术越来越成熟。
20世纪50年代，人们开始尝试使用计算机计算数据，自动控制设备的出现，人们可以用这些设备来控制机器，每个设备都可以自动完成特定的任务，极大地提高了生产效率、降低了故障率。
这些设备逐渐发展成为工业自动化的标志。
20世纪70年代，信息时代开始兴起，半导体技术引领了计算机产业的发展，嵌入式系统工业控制技术取代了传统的电子控制技术。
20世纪80年代，工业自动化技术得到了广泛的应用，并成为了推动国内经济发展的重要力量。
21世纪以来，随着人们对技术的不断探索，工业自动化技术得到了极大的发展，已广泛应用于钢铁、化工、汽车制造、电力系统、公共交通系统等行业。
III. 工业自动化技术的应用1. 自动化生产随着自动化技术的发展，自动化机器人成为了工业自动化的重要形式。
在不同行业，人们使用不同类型的机器人来完成不同的生产任务，并大大提高了工业生产效率和生产质量。
例如，汽车制造企业广泛采用机器人装配线来生产不同的零部件，并实现零部件的快速组装，大量减少了人力成本。
2. 质量检验随着质量问题的不断出现，人们越来越需要高效、准确的质量检验方法。
在工业自动化技术的帮助下，人们研发出了多种高效的质量检测系统。
例如，利用机器视觉技术，可以轻松地检测产品的尺寸、外观等参数。
基于自动化技术的质量检测系统，大大提高了工业品质，降低了工业生产成本。
3. 工业控制工业自动化技术的又一重要应用领域是工业控制。
通过工业自动化技术的手段，人们可以轻松实现生产流程的智能化控制。
例如，在石化行业，利用工业自动化技术，可以实现对化工流程的实时控制，保障产品质量和生产效率。
流程工业自动化发展趋向与先进控制技术
余家 占 １％，其营业收入 占总收入的 １． 我 ５ ６％ ５ 国流 程企 业年 产 值 占全 国企 业年 总 产值 的 ６ ％ 流 ６ 程二业的发展 状况 直接影响国家的经 济基础 ，是国 家 的重 要基 础支柱产 业 ．
１ “ 现代 集 成制造 系统 ”（ Ｉ ）是发展趋 向 ｃＭｓ
集成 制造系统” 。它是将先进 的工艺制造技术，现代 管理技术和 以先进控制技术 为代表的信息技术相 结 合，将企业 的经营管理，生产过程的控制 运行 与
管理作 为一个整体进行控 制与管理，实现企业 的优 化运行 ，优化控 制与优化管理 ，从而成为提高企业 竞 争力 的重要技术 。 流程二业的 自动化技术．特别是 ＣＭＳ 技术受 Ｉ 到发达 国家的高度 重视 ，被 列入这 些国家 的重点高 新技术发展计划．国际著名的钢铁企业 日本新 日铁 石化企 业美国埃克森公 司 已经实现 了全厂 自动化和 ＣＭＳ Ｉ ．并获得 了显著的经济效益。
ｐ ｅ ｃ ｉ ｎｔｏｌｈａｅ ｂ ｅ ｔ ｄｉｄ．ｐ ｅｄｃ ｉ ｏ ｒ ａ ｅ ｒ ｄｉｔｖｅｃｏ ｒ ｅ ｅ ｎ ｓｕ ｅ ｒ ｉｔｖｅ ｃ ｎｔｏｌｂ ｓ ｄ ｏｎ ｃ ｍ ｂｉ ｄ ｌｎ ａ ｐｒ ａ ｈａ ｅ ａ ｓ ｂｅ ｎ ｄ ｓ ｕｓｅｄ Ｔｈ ｏ ｎｅ ｉｅｒ ｏｇｒｍ ｖ ｌｏ ｅ ｉｃ ｓ ｅ
ｌ ＣＣ） Ｃｏ ｉｅ ｉｅ ｒ ｒ ｇａ ＣＬＰ ；ｐ ｏ．ｓ Ｍ ： ｍｂｎ ｄＬ ｎ ａ ｏ ｒｍ（ Ｐ ） ｒ￣ ｓ － ｅ
ｏ ｔ ｚｔ ｎ ｐ ｍｉ ａｉ ｉ ｏ
一
流程工业 自动化技术 的发展趋 向
流 程 工业 指 主要 生产 过 程 为连 续 生产 （ 鞍 长 或 段 时 间连 续 生 产 ）的 工 业 。包 括 了石 化 冶 金 、
工业自动化控制的现状和发展趋势
工业自动化控制的现状和发展趋势摘要：在现代化科学技术快速发展的背景下，工业领域当中的自动化控制系统也得到了全面发展。
在这一点上，论文从一个新的角度出发，对中国的工业自动控制技术做了一个简要的介绍，并在这个基础上提出了自己的看法。
本文着重探讨了今后工控系统的发展方向。
希望通过本文的研究，能给广大同行们带来一定的切实可行的建议，从而促进我国工业自动化程度的提高。
关键词：自动化控制；电力系统；人工智能引言有了物联网，有了云计算和大数据；随着 AI和其他技术的不断发展，以及“工业4.0”和“中国制造2025”的推进，这些都将为我国的制造业带来巨大的发展机遇。
“机器换人”，“智慧工厂”，“数字化”，“智能制造”，这些都是未来发展的必然趋势，其中包括精益自动化，智能感知， IT与 OT的结合，还有运动控制卡，无线控制器，Ability等等。
近年来，尽管国内的 ICT技术已有了一定的发展，但是多数的 ICT公司仍处于从外国进口，而后进行二次研发、二次利用的阶段，其自主创新能力仍不强。
不过，随着机器人和人工智能的兴起，以及对工业的自动控制，这一行业的发展方向，却是十分看好的。
在这样的大环境下，我国的自动控制技术将会逐渐向智能化、网络化、集成化方向发展。
1 工业自动化控制技术概述工业自动化是当今工业发展的要求和趋势，它可以将计算机和自动化技术应用到工业生产中，来完成对工业生产工艺、生产流程和生产设备的自动化控制，达到生产资源的最大化和最优化调配，使公司的生产能力得到最大程度的发挥。
工业自动化在很大程度上促进了国家工业和经济的发展，因此应该主动加大在工业自动化方面的研发和运用，持续提高我国的工业自动化的水准，为国家的经济发展打下坚实的工业基础。
工业自动化是一种将计算机技术、电气控制技术以及自动化技术相融合的一种工业控制技术，它利用自动化的控制系统，来对工业生产中的设备、工艺流程以及动态监控，并以所探测到的数据为依据，来对工业生产中的设备、工艺流程展开自动化的调整和调配，从而让工业生产可以安全有效地进行。
浅谈过程装备与控制工程专业发展趋势
浅谈过程装备与控制工程专业发展趋势【摘要】过程装备与控制工程专业是上世纪50年代中期发展起来的一门融机械、化工、电工于一体的交叉性学科，是由最初的化工机械发展过来，自成立以来，已曲曲折折地走过了近50年的路程。
纵观过控的发展历史，其发展趋势是日渐热门。
就业形势方面本专业人才需求量基本上一直是供不应求的状况，就业率越来越高，就业环境越来越好，就业待遇也不断在上升。
过程装备与控制工程这个专业在这个人才竞争激烈的21世纪的大熔炉，过程装备与控制工程专业在各大专业中占有重要的分量，特别是在化工机械方面占有重要地位！【关键词】过程装备与控制工程；现状；发展趋势；就业形势1前言：过控，即过程装备与控制工程，这个可能决定人生职业工作的专业，可能对于大多数人来说是个很陌生的名字。
选择这个专业的很多同学往往都看中了这个专业名称的后四个字——“控制工程”，然而到目前为止，这个专业的发展主要还是倾向于这个专业的的前四个字—一“过程装备”。
2过控专业历史背景及其发展趋势2.1历史背景上世纪50年代，出于国家化工建设的需要，设立了“化机”专业，即现在的过控转业的前身。
到上世纪末，为适应国家新的形势和经济发展的需要和顺应科技时代的潮流，也为了更多是为了改善这个专业名称差导致大家不愿来的局面，把这个专业的名称改成了现在的“过程装备与控制工程”，将机器装备、工艺流程及控制工程等内容融合在一起，培养“过-装-控”复合型专业人才。
该专业研究内容广泛、横跨了数个学科，包括了电工、机械、化工三方综合，具有“综合性跨学科先进专业”，同时也导致了博而不精的弊端。
随着全球现代化的需要和发展，在化工机械里面逐渐应用到了越来越多的自动控制。
20多年来，我国先后在60多个高校开设了这一个专业，截止到2008年全国共有100多所高校开设了本专业，使得该专业得到了很大的发展。
2.1.1过程装备过程装备主要分为两个方向：第一部分是化工机器，指各种过滤机，破碎机，离心分离机、搅拌机、旋转干燥机以及流体输送机械等运动机械。
先进控制技术在流程工业中的应用
先进控制技术在流程工业中的应用随着现代控制理论的迅速发展，各种先进控制策略、方法和技术已开始在流程工业中广泛应用。
用先进控制改造传统的流程工业已成为现代工业企业提高经济效益的重要技术措施所谓先进控制技术(Advanced Process Control，APC)，是对那些不同于常规单回路控制，并比常规PID控制有更好控制效果的控制策略的统称。
现代复杂的工业生产过程，通过实施先进控制，可以大大提高工业生产过程操作和控制的稳定性，改善工业生产过程的动态性能，减少关键变量的运行波动幅度，使其更接近于优化目标值，从而将工业生产过程推向更接近装置约束边界条件下运行，最终达到增强工业生产过程的稳定性和安全性，保证产品质量的均匀性，提高目标产品的收率，提高生产装置的处理能力，降低生产过程运行成本以及减少环境污染等目的。
本文将简要介绍常用的行之有效的一些先进控制方法及其在流程工业中的应用。
模型预测控制模型预测控制是一种基于模型的闭环优化控制策略，已在炼油、化工、冶金和电力等复杂工业过程控制中得到广泛的应用。
模型预测控制具有控制效果好、鲁棒性强等优点，可有效地克服过程的不确定性、非线性和关联性，并能方便处理过程被控变量和操纵变量中的各种约束。
预测控制算法种类较多，表现形式多种多样，但都可以用以下三条基本原理加以概括：①模型预测：预测控制的本质是在对过程的未来行为进行预测的基础上，对控制量加以优化，而预测是通过模型来完成的。
②滚动优化：预测控制的优化，是在未来一段时刻内，通过某一性能指标的最优化来确定未来的控制作用，这一性能指标涉及到系统未来的行为，并且在下一时刻只施加当前时刻控制作用，它是在线反复进行的，而且优化是有别于传统意义下的全局优化。
③反馈校正：预测控制是一种闭环控制算法，用预测模型预测未来的输出时，预测值与真实值之间存在一定的偏差，只有充分利用实际输出误差进行反馈校正，才能得到良好的控制效果。
目前，预测控制的研究范围主要涉及到以下方面，(1)对现有基本算法作修正。
先进控制技术概述
先进控制技术概述摘要：工业生产过程由简单到复杂，由小规模到大规模，直至今日，现代化、大型化的工业或多品种、精细的工业，生产出各种各样的产品以满足人们的生活需要。
对这些工业生产过程的控制要求做到正确化、自动化、省力化和高效化。
由于工业生产过程中实际问题的不断提出，促使理论研究不断发展，同时理论研究的结果变成相应的自动化工具产品，用来解决生产实际问题。
本文即简要介绍先进控制理论技术的内容以及其工业化应用。
关键词：先进控制技术；数学建模；工业化应用一、引言先进控制（APC-Advanced Process Control）技术是对那些不同于常规单回路PID控制，并具有比常规PID控制更好控制效果的控制策略的统称。
与传统的PID控制不同，先进控制是一种基于模型的控制策略，如模型预测控制和推断控制等。
先进控制通常用于处理复杂的多量过程控制问题，如大时滞、多变量耦合、被控变量与控制变量存在着各种约束等。
先进控制是建立在常规单回路控制之上的动态协调约束控制，可使控制系统适应实际工业生产过程动态特性和操作要求。
先进控制技术的实现，需要建立工业过程模型和有足够的计算能力及程序运行能力的设备作为支持平台。
由于先进控制受控制算法的复杂性和计算机硬件两方面因素的影响，早期的先进控制算法通常是在上位机上实施的。
随着DCS功能的不断增强．更多的先进控制策略可以与基本控制回路一起在DCS上实现。
二、先进控制系统的核心内容先进控制系统的核心内容是数据采集处理、数学模型建立、先进控制策略和工程实施平台。
（1）数据的采集、处理和软测量技术利用大量的实测信息是先进控制的优势所在。
由于来自工业生产现场的过程信息通常带有噪声，数据采集时应作滤波处理，采集到的数据还应进行过失误差的检测与识别和过程数据的有效性检验及数据调理工作。
这是先进控制应用的重要保障。
基于可测信息和模型，实时计算不可测量的变量，也即软测量技术，是先进控制中不可缺少的内容，例如，汽油饱和蒸汽压、粗汽油干点、轻柴油倾点、催化裂化中的反应热、再生器的烧焦状况、反应产品分布和催化剂循环量以及某些精馏塔的两端质量指标估计等，这些关系到产品质量的关键变量，由于质量测量仪表的缺乏或不可靠，无法获得实时的可靠的在线信息，因此，可采用工艺稳态模型、神经网络模型和动态数学模型来推断估计。
工业过程控制技术研究与应用
工业过程控制技术研究与应用工业过程控制技术是现代工业生产中不可缺少的重要技术之一，它可以实现对工业生产中的各个环节和过程进行精准的控制，从而提高生产效率、降低生产成本、优化产品质量、保障生产安全等方面的重要作用。
本文将对工业过程控制技术的研究与应用进行探讨。
一、工业过程控制技术的发展历程工业过程控制技术最早出现于20世纪早期，当时工业生产中的控制方法主要是以手动为主，操作人员需要通过不断的调整来保证生产过程的正常运转。
随着计算机技术和自动化技术的迅速发展，工业过程控制技术开始获得重视，并逐步向数字化、智能化方向发展。
其中，数字化控制技术是指将传感器、执行器及其控制器等单元之间的交互以及整个过程的监控和控制从模拟电路转变为数字电路。
智能化控制技术则是指将自适应、专家系统、神经网络等先进技术融合到工业过程控制系统中，使其具备更高的智能化水平。
二、工业过程控制技术的分类按控制对象的性质分，工业过程控制技术可以分为离散控制和连续控制两种。
离散控制是指对数字化、离散化对象进行的控制，如电子元器件、计算机等；连续控制则是指对连续性、模拟性对象进行的控制，如温度、压力、流量等。
同时，在现代工业生产中，还出现了越来越多的复合控制系统，即包含离散和连续两种控制方式的系统。
按控制方式分，工业过程控制技术可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指将控制器发送的控制信号直接输出到执行器上，而不对输出信号进行实时监测和调整的控制方式；闭环控制则是指将执行器输出的物理量反馈给控制器，实时监测和调整输出信号的控制方式。
闭环控制的优点在于可以对环境变化和其他因素的干扰做出快速反应，提高系统的鲁棒性和稳定性。
三、工业过程控制技术的应用领域工业过程控制技术广泛应用于生产流程控制、质量控制、环境控制等方面。
以生产流程控制为例，工业过程控制技术可以实现对物料进出、生产工艺、机器设备等方面的精准控制，提高生产效率、降低生产成本、优化产品质量。
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二十世纪80年代后期，使过程控制开始突 破自动化孤岛模式，出现了集控制、优化、 调度、管理、经营于一体的综合自动化新 模式
自动化领域的高技术中的
前沿课题
1995年美国、日本、西欧等国已有100多家炼 油、化工企业都相继建立了流程CIMS系统。通 过计算机网络向上下游、产供销一体化或集成 化方向发展
MES
(Manufacturing Execution System)
PCS (Process Control System)
基于ERP/MES/PCS三级结构的 特点
三层结构符合现代企业生产管理结构 “扁平化”的思想，较之五层结构更易 于集成和实现
系统结构的扁平化，促使管理以职能为 中心向以过程为中心转变
（PID只利用过去和现在的信息） 对模型要求低：反馈校正 (现代控制理论要求模型精度高) 滚动优化：每控制周期不断进行优化计算（现代
控制一次优化） 稳态优化与动态优化相结合 多变量系统（ PID是一对一控制） CV和MV可受约束
第三代MCC产品及其公司
公 Aspen
司
DMC Corp.
流程工业先进控制技术的现状与发展
Application of Advanced Control Technology in Process Industry
上海交通大学自动化系
邵惠鹤教授
2005年10月14日
一、以企业盈利优化为目标的 流程工业综合自动化
1.1 流程工业 在国民经济中的支柱地位
流程工业包括了石化、炼油、化工、制药、造纸、 冶金、采矿、电力、食品加工等是在知识经济时代 的21世纪的国民经济中占主导地位的行业
生产过程模型化
过程模拟
基于工艺目标与技术 经济指标的过程优化
e安全控制与管理
高
级
生产过程支持系统
控
知识 信息
制
控制接口与信息界面
DCS 系统 传统APC FCS系统
PCS 层
传感器、执行机构、在线分析仪
ERP/MES/PCS三级结构 四大创新技术
1、以产品质量和工艺要求为指标的先进控 制技术 (APC)
全球500强行业中，流程工业企业有70余家，占15%， 其营业收入占总收入的16.5%
我国流程企业年产值占全国企业年总产值的66%， 流程工业的发展状况直接影响国家的经济基础，因 此，流程工业是国家的重要基础支柱产业
流程工业是国民经济
重要基础支柱产业
全球500强企业中，
21% 流程工业企业占了70家
2、以经济指标为目标的生产过程优化运行、 优化控制、优化管理技 (MES)
3、以财务分析与决策为核心的整体资源优 化技术 (ERP)
4、以企业目标为主导，以知识链为依托的 ERP/MES/PCS三级结构集成技术
二、以产品质量和工艺要求为指 标的先进控制技术 (APC)
2.1 先进控制的提出与特点 2,2 先进控制的发展现状 2.3 基于模型预测的多变量约束控制MCC
APC REOPT
在递阶级构中的地位
工厂级优化 装置级MPC
企业或 企业集团 经营优化
过程监控
DCS
生产过程
信息化企业的示意结构
需求预测 战略计划
客户订单
订单管理
客户管理
ERP
ATP/CTP
生产计划 和调度
MES
仑库管理
采购计划
APC
监控
生产装置
先进控制、实时优化和 过程监督控制
传统控制: 反馈、串级、前馈等。 MPC: 带约束的多变量模型预测控制 实时优化控制: 装置和全厂的实时优化以提供 局部控制器的设定值 过程监督控制: 基於历史数据和统计方法实现 系统(过程)性能和产品质量的监督控, 例如 PCA, PLS 和 NN 等。 R2R
着承上启下的重要作用
先进控制的提出的背景
美国的化学工业每年的产值四千亿美元，提供一百多万个就 业岗位，2000年出口总值达725亿美元，占美国出口的 10%。
要保持化工工业在全球的销售实力，就要保持更低的价格和 更可靠的服务，必须不断将先进的信息技术和过程控制技术 融合到生产过程中。
生产过程中使用反馈控制能提高产品的质量、降低材料和能 源的消耗、减少对环境的影响、提高安全性、降低成本，从 而，在全球经济中更具竞争力。
Treiber Controls （加拿大）
OPC Optimum Predictive Control HIECON Hierarchical Constraint Control
意大利AGIP石油公司提出了以数据模型为核心 的工厂信息集成系统的方案，对生产过程进行 监视、控制和诊断，单元整合和优化
在管理决策层进行物料平衡、生产计划、调度、 企业资源计划、模拟与优化等。目前国外实施 CIMS的大型流程工业企业已占很大比例
1.5 目前存在的问题
流程工业中运行的控制系统均以控制性能为指 标，没有对产品质量和工艺指标进行控制，因 而产品质量差，产品收率低，生产成本高
先进过程控制的发展历史
20世纪60年代后期，过程控制已被广泛 应用于石化和材料的加工过程，主要是 单回路局部反馈控制形式，各控制器之 间几乎没有联系。
在80年代和90年代，多变量控制特别是基于 模型预测控制的多变量优化控制得到迅速的
发展。
先进过程控制的发展历史－续
基于模型预测控制近几年已用于处理大规模的过程 控制问题。
1.3 意义
21世纪信息产业的发展，使企业的经营活动 正在由封闭性、地区性向开放性和全球化转变
我国工业企业要在剧烈的市场竞争中处于不败 之地，必须以信息化带动工业化，使企业具有 对市场动态环境快速适应能力和业务重组能力
流程工业综合自动化的重大发展，对于推进企 业现代化管理和可持续发展，追求最佳经济效 益，缩短生产周期，加快资金周转，降低产品 成本，提高企业竞争力等方面具有特别重要的 意义
计算机迅猛发展，高性能，低成本； DCS出现及普及； 计算机通讯变得十分方便,众多信息平台出现；递阶结构硬件 基础奠定
八十年代模型预测控制（MPC）诞生；控制技术有很大推进； 广泛应用于石化、煤油、电力、化工、冶金、食品加工、航 空、汽车制造、造纸等
模型预测控制基本原理
综合利用过去、现代和将来的信息—决定控制策 略模型预测将来输出
生产过程中的物耗、能耗、设备运行都没有实 现在线控制与管理
生产过程没有实现优化运行、优化控制和优化 管理
企业资源未能实现优化配置，企业的经营管理、 生产过程指挥与管理和过程控制的信息没有实 现有效集成
1.6 基于ERP/MES/PCS
的三级结构
ERP/MES/PCS三级结构
ERP
(Enterprise Resource Planning)
1.4 流程综合自动化受到 高度重视
列入发达国家的重点高技术发展计划 国际上著名的钢铁企业日本新日铁
石化企业美国埃克森公司 已经实现了全厂CIPS 获得了显著的经济效益 我国的流程工业CIPS在国家863高技术计划 的支持下取得了较大的发展
具有竞争优势的高技术
流程工业企业正在大幅度提高其在信息技 术方面的投资
中国流程工业总产值
34%
占工业总产值66%
12%
石油和化学工业
冶金工业
电力工业
10%
其他流程工业
其他工业
23%
1.2 流程工业综合自动化
是将先进的工艺制造技术、现代管理技术 和以先进控制技术为代表的信息技术相结 合
将企业的经营管理，生产过程的控制、运 行与管理作为一个整体进行控制与管理
实现企业的优化运行、优化控制与优化管 理，成为提高企业竞争力的重要高技术
其他先进控制还包括：内模控制，自适应控 制，增益调整，解耦控制，时滞补偿等；
2.3 基于模型预测的多变量约束控制
（Multivariable Constrained Controller )
MCC 是具有约束的多变量、多目标、
多控制模式和基于模型预测的动态 最优控制器
是应用广泛和最有前途的先进 控制策略
(过程监控与统计过程分析) ROP（Real-Time Optimization实时优化） APC & R2R（Advanced Process Control & Run
to Run Control 先进控制与）
以盈利为目标的信息化企业
SCM MES
ERP
公司各部门
Monitoring & SPC
硬件上尚不具备条件：计算机虽能装入高级控制算法， 但价格贵，代价高——应用不普及；下一级控制以常 规控制仪表为主
提出 2
八十年代开始 高级控制迅猛发展的原因：
能源危机，环保对控制提出更高要求； 节省能源，合理利用资源，综合利用，使操作复杂化； 排出无污染物要求达到最低限度； PID不能完全胜任，要求高级控制引入，使产业界对过程控制 的看法开始改变
ERP（Enterprise Resource Planning) 企业资源管理
生产管理
ERP层
物流计划
生产成本计划 生产计划
资产管理
资产动态管理
中间 中间 库存 产品 管理 管理
物流控制 与管理
生产成本控 制与管理
数据统计/ 生产调度
生产过程管理
实
时 调
MES层
度
e设备维护管理 质量控制
e运行操作支持
SMC-Idcom Multivariable Control package
SMC-Test Plate test package