第10章流程工业企业综合自动化系统

工业制造业工厂自动化升级解决方案第一章工厂自动化概述 (3)1.1 工厂自动化发展历程 (3)1.2 工厂自动化优势与挑战 (3)第二章自动化设备选型与配置 (4)2.1 设备选型原则 (4)2.2 设备配置策略 (4)2.3 设备功能评估 (5)第三章生产线改造与优化 (5)3.1 生产线布局优化 (5)3.2 生产线流程改造 (6)3.3 生产效率提升 (6)第四章信息化系统建设 (7)4.1 企业资源规划（ERP）系统 (7)4.2 制造执行系统（MES） (7)4.3 数据分析与决策支持 (7)第五章智能化控制系统 (8)5.1 控制系统设计 (8)5.2 控制系统实施 (8)5.3 控制系统维护 (9)第六章应用 (9)6.1 选型与应用场景 (9)6.1.1 选型 (9)6.1.2 应用场景 (10)6.2 编程与调试 (10)6.2.1 编程 (10)6.2.2 调试 (10)6.3 维护与管理 (10)6.3.1 维护 (10)6.3.2 管理 (11)第七章自动化物流系统 (11)7.1 物流系统设计 (11)7.1.1 设计原则 (11)7.1.2 设计内容 (11)7.2 物流设备选型 (12)7.2.1 设备选型原则 (12)7.2.2 设备选型内容 (12)7.3 物流系统运营管理 (12)7.3.1 物流计划管理 (12)7.3.2 物流调度管理 (12)7.3.3 物流成本管理 (13)7.3.4 物流质量管理 (13)第八章质量控制系统 (13)8.1 质量检测设备与技术 (13)8.1.1 质量检测设备概述 (13)8.1.2 质量检测技术 (13)8.2 质量数据分析与管理 (13)8.2.1 质量数据分析 (14)8.2.2 质量数据管理 (14)8.3 质量改进策略 (14)8.3.1 流程优化 (14)8.3.2 持续改进 (14)8.3.3 人员培训与激励 (15)第九章安全生产与环境保护 (15)9.1 安全生产措施 (15)9.1.1 人机安全防护 (15)9.1.2 设备安全检测 (15)9.1.3 安全培训与应急演练 (15)9.2 环境保护措施 (16)9.2.1 废气处理 (16)9.2.2 废水处理 (16)9.2.3 噪音治理 (16)9.3 安全环保管理体系 (16)9.3.1 管理体系建立 (16)9.3.2 管理体系运行 (16)9.3.3 管理体系监督与考核 (17)第十章项目实施与运维管理 (17)10.1 项目实施流程 (17)10.1.1 项目启动 (17)10.1.2 项目设计 (17)10.1.3 设备采购与安装 (17)10.1.4 系统集成与调试 (17)10.1.5 员工培训与交付 (17)10.2 项目风险管理 (17)10.2.1 风险识别 (18)10.2.2 风险评估 (18)10.2.3 风险控制 (18)10.2.4 风险应对 (18)10.3 运维管理与优化 (18)10.3.1 运维团队建设 (18)10.3.2 运维管理制度 (18)10.3.3 故障处理与预防 (18)10.3.4 系统优化与升级 (18)10.3.5 数据分析与挖掘 (18)10.3.6 持续改进 (19)第一章工厂自动化概述1.1 工厂自动化发展历程工厂自动化是工业制造领域的重要发展趋势，其发展历程可追溯至20世纪中叶。

第1篇一、基础理论知识1. 请简述什么是自动化技术？它有哪些应用领域？解析：自动化技术是指利用计算机、网络、通信等技术，实现生产、管理、服务等领域的自动化、智能化操作。

应用领域包括工业自动化、流程自动化、交通运输自动化、办公自动化、家庭自动化等。

2. 请列举几种常见的自动化控制系统？解析：常见的自动化控制系统有PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）、SCADA（监控与数据采集系统）、MES（制造执行系统）等。

3. 请简述PLC的工作原理？解析：PLC是一种数字运算控制器，它通过内部程序实现各种逻辑、定时、计数、算术运算等功能。

PLC的工作原理是：输入信号经过处理后，输入到PLC内部，通过内部程序进行运算，然后输出控制信号，驱动外部设备。

4. 请简述DCS的工作原理？解析：DCS是一种分布式控制系统，它将控制功能分散到各个现场控制站，通过通信网络实现集中管理。

DCS的工作原理是：现场控制站采集实时数据，通过通信网络传输到中央控制室，中央控制室对数据进行处理，然后下达控制指令，通过通信网络传回到现场控制站。

5. 请简述SCADA系统的组成及功能？解析：SCADA系统由数据采集、数据处理、数据传输、人机界面等部分组成。

功能包括实时监控、数据记录、报警处理、远程控制等。

6. 请简述MES系统的组成及功能？解析：MES系统由生产管理、设备管理、质量管理、物料管理、人力资源管理等模块组成。

功能包括生产计划制定、生产过程监控、设备维护、质量跟踪、物料追溯等。

二、自动化控制设备1. 请列举几种常见的传感器及其应用领域？解析：常见的传感器有温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器、接近传感器等。

应用领域包括工业自动化、医疗设备、汽车制造、航空航天等。

2. 请简述变频器的原理及应用？解析：变频器是一种调节电机转速的装置，通过改变电源频率来调节电机转速。

应用领域包括工业生产、电梯、空调、水泵等。

3. 请简述PLC的输入/输出模块及其功能？解析：PLC的输入/输出模块负责将外部信号转换为PLC内部信号，或将PLC内部信号转换为外部信号。

工业自动化中的智能工厂生产管理随着科技的不断进步，在工业领域中自动化设备的应用越来越广泛。

工业自动化的发展带来了许多优势：提高了生产效率，降低了劳动力成本，同时也降低了生产过程中的错误率和损失率。

然而随着自动化技术越来越成熟，智能化越来越重要，智能工厂的生产管理应运而生。

智能工厂是指利用数字化技术、先进的通信技术和智能算法，将生产流程自动化、优化和智能化的工厂，可在工厂内实现整个生产过程自动化，从而大大提升生产效率。

了解智能工厂生产管理的概念和流程，具有非常重要的意义。

智能工厂生产管理中最重要的核心是研发智能制造执行系统（MES），在生产过程中将计算机技术和自动化技术进行无缝衔接。

MES负责生产中的资源、库存、流程和人员的管理，是实现智能工厂生产的基石。

智能制造执行系统可以自动化地监控工业设备及生产设备运转情况，以确保生产流程始终保持正常。

同时，MES可以在整个生产流程中自动记录数据，并在需要时提供精准的数据分析和报告，提供决策模块，为生产管理提供重要的参考指标。

在实践中，智能工厂生产管理需要按照产品生命周期、生产过程、工艺流程、人员管理等方面进行综合分析，制定具体的管理方法和策略，从而实现生产的智能化。

智能工厂生产涉及到材料的采购、产品生产、库存管理、交付等方方面面，需要依靠各种工具和系统进行自动化规划和执行，以满足客户的个性化需求，实现生产和管理的智能化。

实现智能工厂生产管理还需要技术和工具的不断改进和整合，主要包括以下内容：1、物联网技术。

通过物联网技术，实现全方位、高效、实时的数据收集，为生产过程中数据的分析和决策提供有效支持。

2、人工智能技术。

利用人工智能技术进行数据分析和管理，提高生产效率和质量，减少资源浪费。

3、云计算技术。

通过云计算技术，可以实现生产过程中的数据储存、数据处理、数据分享，并提供数据分析和决策支持。

4、供应链管理系统。

通过供应链管理系统的实现，可以实现物料采购、库存管理和供应链的实时调整。

流程工业综合自动化国家重点实验室开放课题项目
管理办法
第一章总则
第一条本着开放、流动、联合、竞争的运行机制，为了充分发挥国家重点实验室的作用，鼓励国内外人才利用实验室的良好条件开展高水平合作研究工作，本实验室设立开放课题基金，欢迎国内外从事流程工业综合自动化及其相关学科的专业人员提出课题申请，本实验室将根据有关条件择优予以资助。

第二条实验室每年公布一次《流程工业综合自动化国家重点实验室开放课题申请指南》，该指南经学术委员会讨论通过后执行。

第三条实验室设立专门负责开放课题的管理机构，由主管开放交流的副主任负责，并设立专门秘书负责日常管理工作。

第二章开放课题的申请与评审
第四条课题申请人应认真填写开放课题基金申请书，经所在单位签署意见并加盖公章后，一式两份寄给本实验室。

第五条课题申请人须对申请材料的真实性负责；申请书的研究内容不得与国家科技计划、国家自然科学基金、国家社科基金等竞争性选题重复，或与企事业单位已有成果、已公布有重大进展的科研项目重复，同时应避免重复国际上已做过的工作。

第六条实验室开放课题管理机构将对课题申请材料的真实性、完整性和申请人的资格进行初步审查。

第七条通过初审的课题，实验室开放课题管理机构根据申请书内容和有关评审要求组织3名以上同行专家进行通讯评审。

对内容相近的项目申请将选择同一组专家评审。

第八条评审专家对课题申请应当从科学价值、创新性、社会影响以及研究方案的可行性等方面进行独立判断和评价，提出评审意见。

第九条通讯评审完成后，实验室开放课题管理机构将根据通讯评审情况对课题申请排序，按年度资助计划择优资助。

必要时可组织专家进一步会议评审。

工业自动化系统中的过程控制与优化工业自动化系统是现代工业生产中的重要组成部分，它通过应用先进的传感器、执行器、控制器和计算机技术，实现了对工业过程的智能化控制和优化。

在工业自动化系统中，过程控制与优化是关键的任务，旨在确保生产过程的高效性、可靠性和安全性。

本文将重点探讨工业自动化系统中的过程控制与优化的相关内容。

1. 过程控制的基本概念过程控制是指通过测量和调节工业过程中的相关参数，使其满足预定的要求，并保持在可控制的范围内。

在工业生产中，过程控制通常包括开环控制和闭环控制两种模式。

开环控制是指在没有反馈信息的情况下，根据预先设定的参数来控制过程。

这种控制模式适用于一些简单的工序，但对于复杂的工业过程来说，通常采用闭环控制。

闭环控制是基于反馈信息的控制方式，通过传感器获取工艺变量的实际值，并将其与预定的设定值进行比较，再根据控制算法来调整执行器的输出，从而实现对工业过程的自动调节。

闭环控制具有更高的精确性和稳定性，可以对生产过程进行动态调整，以满足不同的需求。

2. 过程控制的主要方法在工业自动化系统中，过程控制的主要方法包括PID控制、模型预测控制和自适应控制等。

PID控制是最常用的一种控制方法，它基于比例、积分和微分三个控制算法，通过对误差的比例、积分和微分进行调节，以实现对过程的控制。

PID控制简单、稳定性好，在工业自动化系统中得到了广泛应用。

模型预测控制是一种基于数学模型的先进控制方法，通过建立准确的过程模型，并预测未来一段时间内的工艺变量，从而制定出最优的控制策略。

模型预测控制适用于一些复杂的工业过程，可以实现更高的控制性能和操作效率。

自适应控制是根据过程的实时变化，自动调整控制参数的一种控制方法。

它通过不断监测工艺变量的变化，并根据预定的规则对控制参数进行调整，以保持最佳的控制效果。

自适应控制能够应对过程参数的变化，具有较强的适应性和鲁棒性。

3. 过程优化的概念与方法过程优化是指通过调整工业过程中的相关参数，使其在满足生产要求的同时，达到最优的效果。

第一节过程控制发展概况过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。

40年代以后，工业生产过程自动化技术发展很快。

尤其是近些年来，过程控制技术发展更为迅猛。

纵观过程控制的发展历史，大致经历了如下几个阶段：50年代前后，一些工厂企业的生产过程实现了仪表化和局部自动化。

这是过程控制发展的第一个阶段。

这个阶段的主要特点是：过程检测控制仪表普遍采用基地式仪表和部分单元组合式仪表(多数是气动仪表)，过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统；被控参效主要是温度、压力、流量和液位四种参数。

控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减小主要扰动对生产过程的影响；过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论．主要解决单输人、单输出的定位控制系统约分析和综合问题。

自60年代来，随着工业生产酌不断发展，对过程控制提出了新的要求：随着电子技术的迅速发展，也为自动化技术工具的完善创造了条件．从此开始丁过程控制的第二个阶段。

在仪表方面，开始大量采用气动和电动单元组合仪表。

在过程控制理论方面，除了仍然采用经典控制理论解决实际工业生产过程中遇到的问题外．现代控制理论得到应用，为实现高水平的过程控制奠定了理论基础．从而过程控制由单变量系统转向多变量系统。

但是。

由于过程机理复杂，过程建模困难等等原因，现代控制理论一时还难以应用于实际工业生产过程。

70年代以来．过程控制得到很大发展。

随着现代工业生产的迅猛发展．随着大规模集成电路制造成功与微处理器的相继问世．使功能丰富的计算机的可靠性大大提高、性能价格比又大大提高、尤其是工业控制机采用了冗余技术和软硬件的自诊断措施．使其满足工业控制的应用要求。

随着微型计算机的开发、应用和普及．使生产过程自动化的发展达到了一个新的水平。

过程控制发展到现代过程控制的新阶段:计算机时代。

这是过程控制发展的第三个阶段。

这一阶段纳主要特点是：对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算机系统进行多参数综合控制，或者由多台计算机对生产过程进行控制和经营管理。

煤矿生产流程及其综合自动化作者：吴寒来源：《科技与企业》2013年第01期【摘要】煤矿工业流程中存在许多不确定因素，在煤矿流程工业综合自动化过程中，必须充分考虑煤矿的这些特点。

本文给出矿山综合自动化的概念和要解决的问题，并讨论了煤矿综合自动化的建设中的主要问题。

【关键词】流程工业；综合自动化；不确定因素1、煤矿综合自动化的特点煤矿生产涉及的系统多，战线长，综采设备、综掘设备、胶带运输、提升机、辅助运输、系统等，其生产流程从掘进、采煤、运输、提升到洗选装运；煤矿生产还要面对复杂的地质条件、矿山压力、瓦斯、一氧化碳、地下水及煤尘等。

这些过程很大程度上与地质条件、开采进度、开采方式等有关，具有很大的不确定性。

煤矿安全生产过程中的事故与灾害往往与这些不确定性有很大关系。

因此，煤矿生产的流程工业与其他流程工业如石化、炼油、制药等有很大的区别，要充分考虑煤矿的特殊性。

2、煤矿综合自动化要考虑的问题2.1煤矿综合自动化三层模型国内外流程工业综合自动化技术的总体结构可以分成3层结构。

a.以PCS（过程控制系统）为代表的基础自动化层，即信息采集与施用层。

主要内容包括先进控制技术、实时数据库技术、集散控制系统（DCS）、多总线网络化控制系统、基于高速以太网现场控制设备、传感器技术、特种执行机构等等。

b.以MES为代表的生产过程运行优化层，即信息集成层。

主要内容包括先进建模与流程模拟技术、先进计划与调度技术、实时优化技术、故障诊断与健康维护技术、数据挖掘与数据校正技术、动态质量控制与管理技术、动态成本控制与管理技术等等。

c.以ERP（企业资源管理）为代表的企业生产经营优化层，即管理决策层。

主要内容包括企业资源管理（ERP）、供应链管理（SCM）、客户关系管理（CRM）、产品质量数据管理（PqDM）、数据仓库技术、设备资源管理、企业电子商务平台等等。

煤矿综合自动化应结合煤矿生产建设过程，同时考虑矿山地测与开采过程，也就是说综合自动化是要通过不同手段获取各种矿山信息，并建立矿山信息的共享、协同与利用机制，最大限度地挖掘和发挥矿山数据的潜能和作用，并将其贯穿于矿山的规划、生产、经营与管理的全过程，保障矿山的科学、正确与快速决策及现代化管理。

创建科学的水工业综合自动化系统中国水工业自动化现状1．现场仪器仪表测控系统仪器仪表测控系统包括敏感元件、记录显示、传感器、变送器、执行器等若十单元。

仪器仪表测控系统的发展，大体经历了-『i个阶段：从指针式发展刮分立式，第i代是以集成电路芯片为基础的数字仪器．第四代足以微处理器为核一t：,fi9所谓“智能式”仪表．是以硬件或f占1化软件的形式存在．缺乏灵活性。

随着微处理技术、虚拟技术、嵌入式技术、信息处理技术、数字化技术、网络技术、微细精加L技术、各种高精尖的电子元器件不断涌现．第五代功能强大的仪器仪表测试设备正在迅速发展，水一l：qk的仪器仪表也l一】样经历了以上五个阶段．但其更新换代要比其他行业晚了10年左右，每个供水、排水、污水处理流程食业．都有各种电睦、电J卡、电流、电度等参数要在线临测．大鼍的水泵机组、变频器、软起动器、各种阀f】以及水质各种参数．如流量、水温、余氯、水流速度、水流方向、浊度、各个构筑物的水佗也要在线临测．还有水量预测、加药系统的闭环临控、加氨、加氯．加矾、臭氧消毒等等现场设备。

对污水处理厂来说．在线临测的水质参也很多：有产经■北京市市政工程设计研究总院陈运珍进出水的浊度、溶解氧．温度、电导率、生化需氧量。

化学需氧髓、总有机碳、酸碱度、总氮、总磷、悬浮同体、氰化物、还彳丁砷、汞、镉、铬、铅等几十种．更有大硅的电、气、机、阀门、鼓风氧曝、滗水装置等现场设备要参于临挡。

现在．绝大多数的给水排水的工程都是十)L f f-前必建的项目，所有现场的光、机、电、气、仪器仪表、传感器、变送器、执行器、驱动器都面临更新换代的问题，2．水工业监控系统现状分析20l t￡纪70年代水工业只有极为简单的有线一i遥控制。

到r80年代初．有些水J‘采用电极式或者浮子式来摔制水泵电机的开停：水质参数，水量捌节、鼓风曝气大都采用人r操作，从80年代到90年代。

随着微型汁算机的出现，水厂单元的环节控制有了很大的发展，笔者上持设汁的北京市第九水厂采fH了I：1本横f口『的“X I。

维德煤矿自动化整体解决方案——洗煤厂综合自动化集成控制系统一、前言煤炭工业是最传统的行业之一，煤矿综合自动化是提升行业安全和效率的重中之重。

在煤炭生产过程中煤矿洗煤厂承担原煤筛分、洗选、分级、分类存放等工作, 是煤炭产品加工的主要场所。

通过重介选煤技术对原煤进行加工处理、经过筛分、洗选、转载后得到产品煤和矸石；进入下一阶段入仓、输送和发运。

二、洗煤工艺过程简介：目前现代化煤矿洗选煤厂一般均采用重介旋流器和泥煤水工艺。

主要工艺设备包括：原煤分级筛、跳汰机、斗式提升机、精煤脱水筛、产品分级筛、耙式浓缩机、高效压滤机、煤泥碎干机等。

重介洗煤工艺流程如图：三、综合自动化集成控制系统组成：1、系统的集成：整体洗煤自动化控制系统由四部分集成：●生产过程集中监控子系统●工业电视监视子系统●生产调度通讯子系统●信息综合管理子系统系统结构如图：1.1、生产过程集中监控系统对洗煤的主要工艺车间和设备实行数据采集、操控机显示功能。

由数据采集模块、处理控制器、监控操作站、通信网络及网络设备组成。

集中监控系统具有顺煤流停车，顺、逆煤流起车的顺序控制功能，过程控制功能，设备运行状态的监视、水位、煤位、风压、药量的检测，水、煤、电、药剂的计量，故障的报警、急停，且能保证在各种情况下不堆煤。

在操作站可编程组态有以下画面：A.控制方式和流程选择画面B.工艺设备流程图C.设备状态工况显示图D.数据及历史数据显示图E.故障报警一览表F.煤料仓实时料位图G.电力参数、灰分仪数据、皮带秤数据H.主要设备运行时间统计表I.如例图：1.2、工业电视监视系统通过工业摄像机实现煤流的跟踪显示，直观地确认工艺各过程及相关设备的运行情况，且可以记录和显示在工业大屏上。

由摄像镜头、云台、解码器、网络设备、硬盘录像机和工业显示大屏组成。

1.3、调度通讯系统主要完成生产的调度指挥和信息交换，可实现用户热线直连、多方远程会议、分片调度、厂长电话及夜间服务值守。

基于DCS的流程工业自动化控制系统设计摘要：随着我国石油、化工行业的不断发展，自动化技术也在我国的石油、化工行业之中得以广泛应用，并且进一步带动了我国石油、化工行业的发展。

但是随着项目的成本控制以及施工效率要求的不断提升，传统DCS的弊端也在逐渐显露出来，所以针对于DCS系统的升级就是当代石油、化工行业之中的重要课题，本文提出了基于DCS的流程工业自动化控制系统设计中的应用进行下文论述。

关键词：DCS；流程工业自动化；总线；电子布线引言：DCS是一种采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。

由于DCS技术的功能性极为突出，且其应用范围极为广泛，所以在我国社会之中的诸多行业都有着极高的适配性，而在石油、化工项目自动化系统设计工作之中也能够利用DCS的功能性的优势，进而提升工艺流程的自动化程度。

一、DCS系统概述DCS是英文Distributed Control System的缩写，意为分布式控制系统，也称为集散式控制系统，其主要特征为分散控制，集中管理。

可以将工艺生产环节中的各个设备予以独立控制，再通过通讯手段传输至集中管理点，通过操作员站、工程师站实现远程监督、控制、维护工作，以此来有效降低现场人为的操作误差性，并且大大提升生产效率以及质量。

且由于生产现场可以不用再长期驻留操作工，大大提高了人员安全性。

也正因为DCS的这一核心优势，已经在我国的各行各业之中都得到了极为广泛的应用。

其实这一技术早在上世纪70年代就开始了研究以及应用，让人类社会的发展向前跨越了一大步。

二、DCS系统的设计方案及发展（一）DCS系统硬件的发展DCS系统是需要依赖于计算机设备，再加上信息技术为辅的电气系统。

一般来说，一个典型的控制回路由信号采集、信号转换、信号处理、控制输出四个环节组成。

随着市场竞争逐渐激烈，工艺产品的商机稍纵即逝，目前对于自动化项目的成本控制以及施工效率要求不断提高，传统DCS的弊端也在逐渐地显露出来。

路编组站综合自动化系统CIPS马小平;丁昆【摘要】编组站综合自动化系统是计算机集成过程系统CIPS在铁路行车领域应用的成功案例,本文对其进行集成方案及实施效果进行了介绍,对于CIPS理论与技术在铁路及相关行业进一步推广应用具有示范效应.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2011(000)014【总页数】4页(P75-78)【关键词】铁路编组站;CIPS;集成;综合自动化;管控一体化【作者】马小平;丁昆【作者单位】中铁第一勘察设计院集团,甘肃兰州730000;中铁第一勘察设计院集团,甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】U284.6CIMS/CIPS作为一个理念多年来被国内外企业、学术界及政府所重视，不断健全与发展，在国内外机械制造、石油化工等行业形成了大量成功应用实例，但在我国铁路行车领域尚无先例，2007年，基于该理论研发的铁路编组站综合自动化系统(CIPS)在成都北编组站投入使用，之后又推广应用于武汉北编组站和贵阳南编组站，将我国铁路编组站的信息化与自动化水平提高到一个崭新的阶段。

CIMS是1974年由美国Joseph Harrington博士提出的组织企业生产的CIM理论与思想，经过世界各国长期研究、实践和发展成了工厂计算机集成制造系统实用化装备，是制造企业综合自动化的解决方案。

随着CIMS不断发展与实践，在离散制造业成功应用之后，进一步推广应用到流程工业过程生产类的企业，形成CIMS的分支，称为CIPS(Computer Integrated Process System)，即计算机集成过程系统。

CIPS是流程工业综合自动化发展的趋势，它是在计算机技术、通讯技术、自动化技术、信息化技术和各种生产技术的基础之上，集控制、调度、管理、经营、优化、决策于一体，构成企业级运营决策、管理信息、生产调度、监督控制和直接控制在内的全部生产活动的综合自动化，形成一个总体最优的、高质量、高效率的智能综合自动化系统，从而达到提高企业经济效益和综合竞争能力的目的。