智能制造系统控制技术-3-633

•仲崇权，13904283764，[e-mail]•大连理工大学电子信息与电气工程学部教授、智能制造控制技术与问题2、系统控制技术与趋势3、突破几个关键技术4、应用案例、绿色、安全、智能流程制造(DCS/大型PLC)离散制造(PLC/ECU)工业机器人服务机器人特种机器人无人制造(MC/NC/Robot)德国工业4.0的特性通过信息技术改变制造模式实现产业工人与制造过程分离实现用户对制造过程的深度参与德国工业4.0的重点是创造智能产品、程序和过程人、机器、资源如同在一个社交网络里自然的相互沟通协作智能产品和制造过程与用户密切结合，产品功能和服务能力得到较大提高•德国工业4.0信息技术深度融合制造过程全产业链能够自组织集成制造具有个性化制造特征德国工业4.0的内涵：1）数据智能采集技术支持设备、条码、IC卡以及视频等信息集成；信息自动获取。2）全互联网络集成技术各种生产过程数据全集成，消除各种信息壁垒。3）协同自动化技术实时数据和数据库多种信息集成，实现监控（HMI）、制造执行（MES）、企业资源管理（ERP）以及产品全生命周期管理（PLM）。4）制造全信息化技术人、机器、资源如同在一个社交网络里自然的相互沟通协作智能制造内涵制造智能：随着互联网、物联网、大数据、云制造等技术的发展，使制造装备和过程与信息技术深度融合，制造具有概念、判断、推理以及自诊断、自维护，自恢复等能力。如：德国推出工业4.0、美国提出智能制造、日本提出的“智能制造系统计划”等。，具有视觉测量、距离测量、环境测量、输出驱动、运行执行和网络通信等功能。、SCADA数据管理、HMI人机界面制造过程数据分析与故障诊断PLC、NC、PAC可编程控制器仪表、传感器、驱动器、执行器EPA、ModbusTCP、MB+、D-Bus、Profibus-DP等控制总线以太网、互联网等工业装备数据管理产品数据中心现场数据管理FF、HART、Modbus、Profibus-PA、ZigBee等现场总线实时故障诊断系统运动控制连续控制逻辑控制内部诊断中心安全预防管理批量控制协同控制数据管理层车间管理网络控制总线层现场总线层•网络由现场总线、控制总线、车间级管理总线组成，多种网络集成技术是控制系统要解决的问题•开放的感知、控制和驱动一体化控制技术是系统控制技术的新特点•多种信息有效集成和管理为制造过程智能化提供技术基础；•统一数据描述、一致性、互操作性标准化技术体系是技术发展趋势、智能制造控制技术与问题2、系统控制技术与趋势3、突破几个关键技术4、应用案例:1）单元控制技术——解决特种仪表、控制器和执行器中的关键单元技术2）系统控制技术——用可编程系统解决制造高效/安全/绿色等关键技术3）开发平台技术——程序开发、组态监控和信息集成等开发平台技术4）智能控制技术——对数据进行分析和处理，实现系统的智能化（知识自动化）5）网络互联技术——解决不同系统的信息互通和统一理解（不同系统的集成）组件智能制造控制系统DCCENEAS信息开发平台（HMI/MES/ERP)网络化程序开发平台软PLC控制系统可编程控制器（PLC/NC/DCS）关键控制单元EPA/WIA+其它网络嵌入式可编程序控制器单元控制系统控制技术开发平台技术网络集成大数据的智能控制技术智能技术•1）网络功能无处不在（移动互联）有线无线通信技术已经成熟现场总线、控制总线、互联网、移动终端可以混合使用•2）硬件软件化趋势日益明显仪表功能集成到控制器中，测量功能做成软件功能块执行器中具有可编程控制功能，执行器就是一个可编程序控制器+=+=•3）可编程控制系统，嵌入式系统（板级，芯片级）和MEMS（微机电系统）等多种形态的统一仪表、控制器和驱动器统一成整体控制系统形式多样化(1)符合工业应用环境，(2)具有可编程功能，(3)支持网络功能、智能制造控制技术与问题2、系统控制技术与趋势3、突破几个关键技术4、应用案例：面向产品全产业链环节，综合应用现代传感技术、网络技术、自动化技术、智能化技术和管理技术等先进技术，与现有生产过程的工艺和设备运行技术高度集成的新型工厂，以实现复杂环境下生产运营的高效、节能和可持续为目标。智能工厂的必要技术•传感器网络•数据互操作性•大规模动态建模与仿真•智能化自动控制•可伸缩的、多层次的信息安全智能工厂带来的收益•降低产品上市周期•推动动态的、基于需求的生产模式•带来全局性的竞争力优势•使过程向零事故和零排放方向发展•利用能耗管理与智能电网集成的优势•快速响应消费者需求的变化智能工厂当前的潜在应用•利用嵌入操作员工具和服务信息系统的数字化控制系统，优化生产操作和提高安全性•利用预防性维护、统计评价和度量进行资产管理，提高工厂的可靠性•利用智能传感器检测异常，避免非正常和灾难性事件•智能系统、能耗管理系统、外部智能电网集成，进行实时能源优化智能工厂的定义）监控管理开发平台•像生产汽车一样生产软件，像搭积木一样构建系统。•由用户自己开发所需要的软件，修改、维护和升级自由通信业务使用统一模型描述。业务系统按统一组件化标准开发。开发过程全部工具化。重复劳动环节全部自动化。统一标准的组件可以快速装配出适合业务需要的系统。不同业务系统间自由通信、协作，无缝集成。业务变化时，业务系统可以快速重组，适应变化。快速开发降低成本无缝集成敏捷应变开发团队1开发团队2可复用组件集业务系统A业务系统B新版业务系统A将HMI/MES/ERP开发平台整合，形成信息集成开发平台，解决制造企业数据开发平台（1）建立工厂模型描述相关的工厂管理及信息层面的逻辑结构部署模型定义系统中各站点服务器的功能角色，并能在整个项目周期进行调整，而不受时间网络拓扑的限制整个设计项目规划开发安装运行调试诊断及维护升级扩容工厂模型（2）工业互联网技术全互联制造信息一体化集成平台能够实现各类生产数据和制造信息的一体化集成，并对其进行合理的、有效的组织、管理和展示，实现从现场、控制和管理信息的无缝融合，为制造企业提供能自主实现跨层、跨系统的纵向集成和跨应用、跨组织的横向集成的能力。（3）形成监控管理开发平台信息开发平台说明工程开发提供工程创建、编辑等开发功能和运行管理功能设备管理提供设备描述管理、工程师站配置、设备拓扑编辑功能变量管理提供变量表编辑、变量组编辑功能、IO变量、内存变量、HMI的临时变量画面开发提供图片库、图形库、曲线库、表格等丰富部件视频管理提供视频控件，软件具有视频显示和管理功能地理信息提供地理信息和场地信息图形化导航用户管理提供现场用户的权限配置与依据权限页面操作或发布功能实时数据提供变量的实时数据的读取功能，提供外部访问服务数据库包括历史数据库存储器，与数据库服务器报表管理提供各种报表模板，与数据库连接运行管理提供操作过程设备、人员、原材料、产成品等管理Web发布提供Web发布功能，使用移动终端访问监控页面在已有的人机界面组态软件基础上开发数据库管理功能，实现制造过程管理在统一一个平台上开发，解决车间运行监控和管理问题。（4）开放的智能组件集成技术以应用为目标，研发数据分析和处理软件；建立知识库，实现对制造过程指导和优化；提高整个制造过程和产品的智能化水平；将专家经验转换成智能应用组件(iAPP），形成积累和汇集专家经验的平台软件）感知、控制和执行一体化开发平台过程控制指令EPAEPAEthernet/IPEthernet/IPEtherCATEtherCATProfinetProfinetModbusModbus输出缓冲区逻辑处理指令变量处理指令运动控制指令单轴多轴轴组共享变量共享变量共享变量共享变量用户数据区网络数据映像区共享变量用户变量用户变量用户变量用户变量用户变量D-BUSD-BUS程序控制指令输入缓冲区CV103根据IEC61131-3、IEC61499和PLCOPEN等编程语言标准、定义逻辑处理、变量处理、过程控制、运动控制和程序控制等图形化编程指令，以分布式体系结构为基础，开发程序统一执行平台软件，实现全分散系统下的统一编程开发和系统管理。（1）程序开发平台支持IEC61131/IEC61499/PLC_Open等标准的图形化程序开发，支持逻辑、运动、过程控制等编程指令。支持程序的编辑、编译、下载、运行、调试、仿真与监控功能。与CAD/CAE/CAM接口。形成制造执行系统的自动执行单元程序编辑（符合IEC61131-3和PLCopen）程序编译（指令和变量排序优化生成下载报文）程序下载（本地/远程）程序运行调试监控程序仿真（虚拟设备）（2）网络化运动控制系统以无人工厂的替人装备专机或机器人为目标，研发专机运动或机器人控制系统…………编程开发软件监控管理开发平台网络化运动控制系统冗余/非冗余工业以太网多轴运动控制器视觉定位模块扩展I/O伺服驱动器伺服驱动器视觉传感器光源环型以太网MB+总线MB+总线#7#12……#1#6#7#12……#1#6照度传感器………#64#1#m#m+1#n#n+1环型以太网(1)嵌入式运动控制技术(2)网络化运动控制技术(3)嵌入式视觉定位技术(4)伺服驱动技术(5)特种电机://www.dcce.cn功能安全（FunctionalSafety）IEC61508系列标准等物理安全（PhysicalSafety）IEC61010系列标准等信息安全（Security）IEC62443系列标准等产品安全的核心是物理安全网络安全的核心是信息安全安全仪表系统的核心是功能安全关键技术3）智能制造系统安全技术•控制系统安全分为物理安全、信息安全和功能安全(自动地)基本自动控制过压阀,破裂片收集池主动的保护被动的保护灾难保护灾难保护安全仪表系统(SIS)过程值过程报警标准的行为过程控制系统安全停车功能安全社区应急响应机械缓解系统安全仪表系统机械防护系统具有操作人员纠正措施的过程警报安全仪表系统基本过程控制系统监测系统(过程警报)操作人员监督工厂应急响应过程（1）功能安全保护层分级昆山中荣金属制品有限公司铝粉粉尘爆炸75人死亡,185人受伤美国西部制药厂公司聚乙烯粉尘爆炸6人死亡,38人受伤昆山预防粉尘爆炸的发生，降低粉尘爆炸危害，必须针对产生粉尘的制造过程进行安全研究，提高制造安全等级，避免粉尘爆炸发生！西部制药（2）工业粉尘爆炸预防、控制http:/