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《智能制造技术及应用——推进智能工厂建设助力制造业转型升级》讲座听课笔记

一、引言
2017年6月24日下午,我到无锡市开放大学参加自主选学课程班。本次讲座的主讲人是张泉灵研究员,主题是如何对石油化工企业开展自动化改造。主讲人依托浙江浙大中控技术有限公司(supcon),广泛参与国内石油化工企业的自动化、智能化升级改造,制定了技术标准、开发了特定系统,取得了经济效益。
这类技术也可以推广运用到冶金等流程工业。
>名词解释:
  流程工业:process industry
Process manufacturing is the branch of manufacturing that is associated with formulas and manufacturing recipes.
  离散制造:Discrete manufacturing
Discrete manufacturing is often characterized by individual or separate unit production.
二、智能工厂升级改造的解决方案
(1)现在可以选择的全流程服务提供商有哪些
Supcon(中控)、Honeywell、AspenTech。此外还有上海宝钢的关联企业,在钢铁行业占有率较高的宝信。
(2)DCS控制系统
>名词解释:DCS:Distributed control system
A distributed control system (DCS) is a computerised control systemfor a process or plant, in which autonomous controllers are distributed throughout the system, but there is central operator supervisory control.
主要是生产控制分散在整个厂区,而操作管理集中在一个地方(即集控中心)
集控中心又分为两个层次:
- 中央控制室:以生产装置操作监控为核心功能(一线操作人员工作的场所);
- 生产运营指挥中心:生产管理、安全应急管理、能源管控为核心功能(中层管理层工作的场所)
(3)实时数据库
主要是能够收集处理生产过程中各种数据的数据库:主要有如下特点:

-  数据储存量极大。往往能储存一家工厂在3-5年内生产过程中每时每刻的数据。
-  需要双机热备份运行。
-  支持数据缓存和断点续传。
-  能够保证员工以个人的权限在合适的场所掌握他应该知道的信息。
-  需要有很好的可拓展性。比如一家工厂有应用服务器,公司总部有总服务器。
-  它不是关系数据库。为了方便客户端使用,需要有合适的界面层和Oracle等数据库联系。
-  数据必须能和底层采集仪表准确对接。例如遵循OPC Foundation的数据采集标准。

> 名词解释:什么是OPC Foundation
The OPC Foundation (OPC formally known as Object Linking and Embedding for Process Control) is an industry consortium that creates and maintains standards for open connectivity of industrial automation devices and systems, such as industrial control systems and process control generally. The OPC standards specify the communication of industrial process data, alarms and events, historical data and batch process data betweensensors, instruments, controllers, software systems, and notification devices.
(4)先进控制软件-APC
>名词解释:什么是APC:Advanced process control
In control theory Advanced process control (APC) refers to a broad range of techniques and technologies implemented within industrial process control systems. Advanced process controls are usually deployed optionally and in addition to basic process controls. Basic process controls are designed and built with the process itself, to facilitate basic operation, control and automation requirements. Advanced process controls are typically added subsequently, often over the course of many years, to address particular performance or economic improvement opportunities in the process.

从成熟的PID如何发展为多参数控制MPC?
>名词解释:
  PID: proportional–integral–derivative controller
A proportional–integral–derivative controller (PID controller) is a control loop feedback mechanism(controller) commonly used in industrial control systems. A PID controller continuously calculates an error value  as the difference between a desired setpoint and a measured process variable and applies a correction based on proportional, integral, and derivative terms (sometimes denoted P, I, and D respectively) which give their name to the controller type.
  MPC:Model predictive control
Model predictive control (MPC) is an advanced method of process control that has been in use in the processindustries in chemical plants and oil refineries since the 1980s. In recent years it has also been used inpower system balancing models.Model predictive controllers rely on dynamic models of the process, most often linear empirical models obtained by system identification.
APC的架构是怎么样的:

>名词解释:
  工艺计算和软仪表:
采用APC,对于提高利润的巨大好处:
这里要把两张图扫描进来。这两张图画得非常好。
>名词解释:
RTO:Real-Time Optimization
Real-time optimization depends on the optimization model, especially on the feedback it receives. RTO automatically detects errors, and can modify and eliminate both random and non-random errors. RTO can also perform analysis and monitoring of all systems involved.

RTO provides availability of real-time computed data and results, and the ability to send them to desired locations. It also performs assessment of performance and any other details for any desired time frame. RTO additionally provides availability of information on supported tasks and other application dependencies.

Real-time optimization is an effective way to reduce costs and enhance performance of systems.
 
案例:扬子石化连续重整系统的优化设计。
如何采用桌面工厂对生产流程进行全过程模拟。调整回流比等参数,最终有效提高了芳烃的收率。

这里要查作者团队有没有发表论文或申请技术专利。

作者认为先进控制系统和实时数据库是企业升级改造的当务之急。

小知识:90号汽油、93号汽油、95号汽油中的号数指的是什么?
指的是汽油的辛烷值。

(4)生产执行系统:MES系统
>名词解释:
  MES:Manufacturing execution system
Manufacturing execution systems (MES) are computerized systems used in manufacturing, to track and document the transformation of raw materials to finished goods. MES provides information that helps manufacturing decision makers understand how current conditions on the plant floor can be optimized to improve production output.[1] MES works in real time to enable the control of multiple elements of the production process (e.g. inputs, personnel, machines and support services).

主要是对人、机、料、法、环、测进行全面控制的系统。

作者的团队目前制定并发布了:
GB/T 25485-2010 工业自动化系统与集成制造执行系统功能体系结构。
IEC/ISO 62264
ISO 22400

(5) 智慧能源管理系统-IES系统

遇到的具体工程问题:

在石油冶炼企业中,生产过程中会积累大量的可燃气体。为了预防压力容器的破坏,必须排放之后点燃,就是俗称的“火炬”。

工信部发布了一个课题:如何灭火炬。

作者的团队做了能源优化调度的系统,在新疆天业能源管理中心进行了实验。

(6) 安全应急系统SES

遇到的具体工程问题:

2007年,吉林化工爆炸

解决的办法:
作者团队根据《危险化学品从业单位安全标准化规范》,制作了一个应急响应系统。在广西一家石油化工厂演习了一次,取得了良好的成效。

三、流程工业企业智能化建设的典型案例:

- 新疆天业循环经济化工园区
一个“煤-电-电石-聚氯乙烯-电石渣水泥”循环经济产业园区

- 九江石化的智能化改造

四、流程工业企业(以石化工业为主)的智能化改造的下一步发展

- 建设三维可视化、数据实时反映的桌面动态工厂。
- 为从决策者、中层管理者、一线操作人员制作相应的工作仪表盘。
- 在装备、检测、控制这个层面上实现工业物联网,在操作、运营、决策这个层面上制作服务互联网。

五、智能工厂的总体概述
(1)智能工厂的特征
- 泛在感知
- 高度集成
- 模块驱动
  建立仿真的虚拟工厂和桌面工厂,之后对这一系统进行优化。
- 自学习、自完善的能力
- 人机协同:即在上述的几个系统的基础上,集成ERP、PIMS、财经资讯等系统。

(2)智能工厂的层级

控制与优化、智能生产线、感知与分析、工业大数据平台、企业运营云服务的平台。

六、国家层面有什么支持

智能工厂是智能制造的一个方面。另一个方面是智能化装备和基础技术与部件。 张教授举了如下例子:
- 百万吨乙烯成套工业技术与装备。
- 塔式太阳能聚光热发电。
- 工业控制系统的安全性。比如伊朗的离心机系统就被侵入了。需要通过自主开发的办法,掌握此类系统的
- 机器人中的核心部件:电机、伺服、轴承、泵阀
- 嵌入式的智能化软件与系统。
- 工程机械-盾构机
- 自动化柔性生产线- C919的装配线


七、需要读的文献
- 《中国制造2025》
-  《智能制造装备专项》

八、我的一点感想
浙江大学自动化控制专业很好。

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