中小型水泥企业综合自动化系统研究与实现

对现阶段自动化现状及水泥生产流程特点做了简要阐述及分析,并结合一般行业综合自动化的三层体系结构(ERP/MES/PCS),提出了更易于实施的集管控于一体的两层综合自动化体系结构(生产过程基础控制层,运营管理优化层).并在吸收IndustrialIT,ERP及MES等先进思想与技术的基础之上,将自有技术与商业软、硬件进行了系统集成及优化,最终给出了适合我国中小型水泥企业特点的综合自动化系统解决方案,并在工程实践中证明了方案的可行性和有效性.

国家自然科学基金自动化领域数据分析与研究热点变化

本文对国家自然科学基金1986～2017年自动化领域项目申请和资助数据进行了大量数据分析,统计和分析结果表明自动化领域自然科学基金成为研究者重要的研究资金来源,研究人员规模、研究成果数量、基金资助数据都在稳步提升,研究队伍正呈现年轻化趋势.通过数据挖掘30年来不同研究热点及其变化,笔者发现自动化领域基金资助的相关研究领域能紧跟国际国内研究前沿,热点领域中理论研究比重大于应用研究,近年来具有应用研究背景的项目资助比重逐年提高.本文可为广大自动化领域相关的研究者提供选题等方面的借鉴和参考.

生料浆配料过程综合自动化系统

在烧结法氧化铝生产中,生料浆配料过程具有大惯性、参数时变、多变量耦合、强非线性等综合复杂特性,因此,传统的人工配料生产方式导致配料过程能源消耗大,生料浆的各项工艺指标合格率低,生产效率低。针对上述问题,提出了基于生料浆工艺指标优化的配料过程综合自动化系统。该系统由过程管理、智能优化设定控制、过程控制三层结构组成,讨论了系统的结构、功能和智能优化设定控制策略。该系统成功应用于国内某大型氧化铝厂生料浆配料过程中,稳定了生产流程,提高了生料浆各项工艺指标的合格率,实现了优化控制、优化管理和优化运行,取得了显著的应用效果。

选矿工业全流程物联网实验平台的研发

结合选矿生产过程的流程长、工序多、设备多、地域分散的特点,探讨了工业物联网在选矿生产过程中应用的技术需求。针对选矿生产过程物联网系统的多类型网络、多种通讯协议、多种传感器、多种控制系统等并存的问题,研究开发了选矿工业全流程物联网实验平台。该平台涵盖了DCS主控系统、现场总线仪表、现场总线电气设备、无线控制系统和无线仪表、人员车辆定位系统,以及边界网关和工业云数据中心。该平台在数据层面上实现了选矿生产全流程过程数据的全互联互通,在管理层面上实现了选矿生产全流程的人机物的有机集成,为基于物联网技术的选矿生产执行系统的深入研究和工业应用搭建了工业化的实验环境。

浓密机生产过程综合自动化系统

针对浓密机生产过程工艺机理复杂,具有大滞后、非线性的特点以及给矿性质波动频繁、难以实现浓密机自动控制的难题,提出了由过程管理和过程控制两层结构组成的浓密机生产过程综合自动化系统。讨论了系统的结构、功能和浓密机底流浓度智能优化控制策略。实际应用结果表明,该方法实现了浓密机生产过程精细化,降低了浓密机压耙等生产事故,提高了浓密机生产效率,减轻了现场岗位劳动强度,实现了浓密机生产过程优化控制、优化运行和优化管理,取得了显著的应用效果。

竖炉焙烧过程综合自动化系统

针对竖炉焙烧过程的工艺特点及技术要求,基于智能技术提出了实现综合生产指标优化的竖炉焙烧过程综合自动化系统,讨论了由智能优化、过程控制和过程管理三层结构组成的综合自动化系统的结构、功能和控制策略。用智能优化设定模型、炉况诊断模型、智能预报模型及回路控制,实现了优化综合生产指标的目标。所提出的系统成功应用于某选矿厂竖炉焙烧生产过程,实现了竖炉焙烧生产过程的优化控制、优化运行和优化管理,取得了明显的应用成效。

赤铁矿强磁选过程综合自动化系统

针对强磁选过程的特点及工艺要求,基于智能技术提出了实现工艺指标优化的强磁选过程综合自动化系统,讨论了由智能优化、过程控制和过程管理3层结构组成的综合自动化系统的结构、功能和控制策略。采用智能优化设定模型、反馈补偿器及回路控制系统实现了精矿品位、尾矿品位的优化控制。所提出的系统成功应用于某选矿厂强磁选生产过程,实现了强磁选过程的优化控制、优化运行和优化管理,提高了精矿品位,降低了尾矿品位,取得了明显的应用效果。

面向工业过程的自校正控制教学实验平台

该文针对自适应控制课程中的主干教学内容(自校正控制),研发了面向工业过程的自校正控制教学实验平台。该平台基于工业环境的空气加热混合过程被控对象和PLC控制系统,研发了平台化的自校正控制教学实验软件,可以通过I/O变量配对灵活选择不同特性的单变量被控对象,灵活引入各种扰动,灵活选择各种算法,并可结合自校正控制教学中的关键知识点开展递推辨识实验、模型已知时的控制器设计实验、模型未知时的自校正控制实验等。

基于慢特征分析的分布式动态工业过程运行状态评价

现代工业过程通常具有规模大、流程长和工序多的特点,导致传统的集中式建模方法会淹没过程的局部变化信息,从而无法及时识别早期的非优运行状态.此外,闭环控制的广泛应用使得过程变量普遍存在时序相关性.针对以上问题,提出一种基于慢特征分析(Slow feature analysis, SFA)的分布式动态工业过程运行状态评价方法.首先,结合动态时间规整(Dynamic time warping, DTW)和K-medoids聚类算法对过程进行分解;然后,对每一变量子块建立相应的动态慢特征分析(Dynamic slow feature analysis, DSFA)模型;最后,利用贝叶斯推理获得全局的综合评价指标.通过在数值案例和金湿法冶金过程的仿真应用,验证了该方法的有效性.

《自动化学报》创刊60周年专刊序

《自动化学报》由中国科学院自动化研究所、中国自动化学会主办,自1963年创刊已六十年.在此期间,《自动化学报》不断提高学术质量和影响力,为中国自动化学科的发展做出了积极的贡献,这离不开广大从事自动化领域科研人员的共同努力.为纪念《自动化学报》创刊六十周年,我们特别组织了本期专刊,经推荐和审稿专家评审最后录用了12篇论文,包括6篇具有国际影响力的理论研究成果与6篇与国家重大需求结合的技术研究成果.

工业过程智能优化控制半实物仿真实验平台

工业生产过程具有多变量、强耦合、强非线性和不确定性等特点,使得生产现场难以对自动化系统及相应的优化控制软件进行充分调试和实验.针对这一问题,提出了由生产过程控制系统和虚拟过程控制对象组成的工业过程分布式半实物仿真实验平台,为研究开发专有智能优化控制系统提供有效的工业验证环境.制定了在平台之上开发专有系统的相关规则,采用PID控制回路进行了平台测试,最后应用热轧带钢层流冷却智能优化系统对平台进行了验证,实验结果表明实验平台的有效性.

基于单台PC机的工业过程虚拟实验系统设计

通过采用Rockwell系列软件与Matlab软件的混合编程,实现在单台PC机上集成复杂工业过程的虚拟仿真实验系统。该系统具有监控层、控制层和对象层3层结构。其中,Matlab软件实现复杂工业过程模型的仿真,Rockwell系列软件实现控制器的仿真、编程、监控画面的组态等。重点介绍Matlab软件与组态软件通讯方法,通过球磨机典型的PID控制回路表明了该方法的可行性,为在实验室进行复杂工业过程控制系统的建模、控制与优化的研究提供了平台,具有较好的应用价值。

自动化科学与技术未来发展专刊序言

自动化技术在工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面发挥了重要作用.随着大数据、工业互联网、5G通信、CPS和人工智能等领域的发展,对传统的自动化科学与技术提出了新的挑战.本专刊结合中国科协自动化学科2050年发展路线图项目成果,从生产制造过程和重要运动体的重大需求出发,围绕智能自主控制系统、智能协同优化控制系统、智能优化决策系统、安全运行监控与自优化系统、虚拟制造系统、新兴领域中的自动化科学与技术，及其相关的重大应用领域等开展深入研究与探讨，以促进未来自动化技术与系统的深入研究与发展，并进一步发挥自动化科学与技术在国家重大发展战略，如“中国制造”和“新一代人工智能”中不可取代的作用．

智能建模、优化、控制及其在工业中的应用专刊序言

人工智能自诞生以来,经历了从早期的专家系统、机器学习,到当前持续火热的深度学习等多次技术变革与规模化应用的浪潮。随着硬件算力、软件算法、解决方案的快速进步与不断成熟,工业生产逐渐成为了人工智能的重点探索方向,人工智能与工业场景的融合释放出巨大潜力。当前,新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起,工业经济数字化、网络化、智能化发展成为第四次工业革命的核心内容。

面向知识自动化的磨矿系统操作员脑认知特征与控制效果的相关分析

面向知识型工作自动化,研究了流程工业生产过程中操作人员的脑认知特征与操作控制水平之间的关键,建立了一种基于操作员脑网络特征的操作熟练程度隐性知识的显性化模型.采用关注信号瞬时相位、基于希尔伯特变换的相位锁方法,构建了脑功能网络(Functional brain network,FBN).基于磨矿系统操作员脑功能网络的图论参数与社区连接强度,建立了特征空间,采用支持向量机与神经网络进行特征分类.结果表明,在高频区,熟练操作员(熟手)的脑功能网络连接强度明显高于不熟练操作员(生手):在低频部分则生手的脑功能网络连接强度略高,其特征分类准确率为87.24%.磨矿系统操作过程中形成的溢流粒度(Grinding particle size,GPS)曲线可以初略地反映操作人员的熟练程度,本文在深入分析了其溢流粒度曲线与操作员脑网络特征的基础上,发现相对于溢流粒度曲线操作员的脑网络特征可以更全面地描述操作控制水平(特别在操作开始时间段),采用脑网络特征识别操作控制水平在时间上超前于溢流粒度曲线识别方法.本研究对于将知识工作者的认知特征引入到流程工业控制中,具有一定的借鉴意义.

自动化科学与技术发展方向

本文结合中国自动化科学与技术的发展状况和中国绝大多数大学设有自动化专业的现状,借鉴自动化科学与技术发展历程中的成功经验,结合国家社会经济发展和国家安全对自动化系统的未来需求,以生产制造系统、重要运载工具和人参与的信息物理系统为主要对象,以自动化系统的发展方向—智能自主控制系统、智能优化决策系统和智能优化决策与控制一体化系统的愿景功能为目标,以研究实现愿景功能的建模、控制与优化新算法和新的自动化系统的设计方法和实现技术以及结合重大应用领域开展的应用研究为主线,提出了自动化科学与技术的发展方向,并结合新兴应用领域对自动化科学与技术的需求与挑战,提出了未来自动化科学与技术的发展方向.

流程工业智能优化制造

本文在分析流程工业的特点、运行现状和国际智能制造发展状况的基础上,提出了我国流程工业智能制造的新模式——智能优化制造。在分析流程企业采用的由企业资源计划、制造执行系统、过程控制系统组成的三层架构和控制与管理信息化系统的发展状况基础上,提出了未来流程企业应采用的智能优化制造的架构和系统愿景功能,分析了实现愿景功能所需要攻克的关键共性技术和对自动化、计算机和通信、数据科学挑战的科学问题,提出了突出流程工业战略地位、实施战略规划与顶层设计等发展流程工业智能优化制造的建议。

PROFIBUS适用于过程自动化的现场总线

介绍PROFIBUS的技术特点,PROFIBUS DP、PROFIBUS PA、冗余技术、防爆技术、安全通信以及诊断等,都是过程自动化所必需。互补的传输技术、统一的通信协议和多种相关的应用行规,使得PROFIBUS成为唯一一种可同时用于制造业和过程工业的现场总线。

基于个性化导师制的“人工智能+自动化”人才培养模式研究

自动化作为与人工智能最紧密相关的学科之一,如何对标国家战略和地方发展需求,培养适应人工智能发展的自动化人才,是自动化学科在新发展背景下必须回答的基本问题。文章提出“精细化”的导师选择机制、多层次的科研指导模式、基于知识融合与学科协同的复合型人才培养模式等一系列培养措施,有助于加强自动化人才培养与人工智能创新研究的融合,完善“人工智能+自动化”的多主体协同育人机制,多形式、多层次地培养人工智能领域的专业人才,为我国的“人工智能+自动化”人才培养提供一些有益参考。

工业人工智能与工业互联网协同实现生产过程智能化及其未来展望

在分析工业自动化与信息化在工业革命中的作用和存在的问题的基础上,提出了生产过程智能化的内涵、发展方向和面临的挑战难题。将工业互联网端边云协同技术和系统辨识与自适应深度学习相结合,提出了复杂工业系统运行控制过程智能化方法和工业应用案例。最后,给出工业人工智能与工业互联网协同实现生产过程智能化的主要研究方向和研究思路。