中国攻克高端控制装备关键技术 “大脑”不再受制

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发帖时间:2016-10-15 14:21:06

2013年中国国家科学技术奖励大会现场(新华网)

国家科技进步一等奖“高端控制装备的设计开发平台研究与应用”——

攻克高端控制装备关键技术

余建斌 周炜

半个多世纪以来,我国重大装备制造业的“大脑”——高端控制装备几乎完全被国外垄断,成为中国工业大而不强、受制于人的关键之“痛”。

“设备的‘身体’进来了,‘大脑’还在人家手上,我们要改变这样的局面。”本世纪初,以浙江大学孙优贤院士为核心的科研团队,瞄准高端控制装备及系统的高安全性、高可靠性、高适应性和大规模化等四大难题,联合上海电气集团股份有限公司、杭州优稳自动化系统有限公司、杭州哲达科技股份有限公司等企业携手攻关,终于研制出面向重大工程配套的高端控制装备及系统的设计开发平台。

科研团队重要的实验平台,安置在浙江大学玉泉校区控制工程大楼里。一年365天、每天24小时不间断运行的实验设备,模拟的是真实场景的大型工业现场的“大脑中枢”,教授们称它们为“桌面工厂”。在新技术正式上马前,研究人员先要在这里完成研发和各种安全、稳定性测试。经过十余年的技术开发和应用研究,课题组研制成功了高端控制装备及系统的设计开发平台,为石化、冶金、化工、能源各个行业的重大装备的高端控制系统,提供硬件平台、软件平台、先控与优化平台等一体化的技术支撑。

上海电气是中国最大的综合性装备制造业集团之一,产品覆盖火力发电机组、核电机组、风电、重型装备、输配电等领域。“控制系统是机械装备的关键部分,过去我们都是用进口装备来武装我们自己的装备,但是价格贵,受到制约也多。”曾任集团中央研究院院长、现任上海电气集团事业部部长的黄建民,10年来已经和浙大的科学家们结成了老朋友。“在浙江大学王文海研究员等科学家的支持下,我们形成了自主的硬件软件开发系统,结束了受国外公司束缚的局面。我们生产的火电、核电、污水处理项目装备,在很多地方建成了推广示范项目。”

高炉TRT装置,是利用高炉煤气余压余热进行发电的能量回收装置。该装置能给钢铁企业带来显著的经济效益,但前提是必须具有高安全性、高可靠性,不能影响高炉生产。10多年间,课题组设计的智能运行控制方法不断升级,在高炉顶压稳定性、TRT升速过程平稳性、紧急切换安全性方面都已优于国际同类控制系统。10年来,调试控制设备的速度越来越快:10年前,调试花了两个月,去年最新上马的TRT调试,只调试了5天,就实现了并网发电。“该速度在我们这里创造了一个奇迹。”柳钢炼铁厂副厂长张洪波说,“这是科学家和我们长期合作形成的默契。”

“工业实际多年无法攻克的难题,往往蕴含了国际前沿的学术问题。”这是课题组刘兴高教授常说的一句话,刘老师长期瞄准的方向,是高端控制装置及系统的优化平台中,冶金、石化、煤化等领域的重大通用装备——空气分离装置。

空气分离装置的难题是动态建模难、节能控制难、运行优化难,许多美国、日本的大科学家倾注了一辈子心血在这一研究领域。10多年来,刘兴高老师课题组理论研究与应用研究相结合,在国际上首次报道了内部热耦合精馏的反向响应和独特的波动现象,建立了非线性波动模型,从本质上找到了高效节能过程难以控制的原因所在;同时,在国际上率先提出了确保产品质量和最大效能下,可控可操作的一体化优化设计方法,首次设计出了99.999%的超高纯热耦合控制方案,得到了多种高效的节能潜力优化方法和生产潜力优化方法,形成了具有自主知识产权的优化控制系列核心技术,处于国际领先水平,多项发明专利授权国际空分行业龙头公司实施应用。

2012年2月,由张钹院士领衔的自动化领域国家重点实验室评估专家组评价:高端控制装备及系统的设计开发平台,为解决控制装备高可靠性、高适应性、高安全性与大规模技术难题,攻克了高端控制装备及系统设计关键技术,形成具有自主知识产权的核心技术体系,并在重大工程中得到应用,打破了国外在此方面的市场垄断和技术封锁,起到了不可替代的作用。

据统计,浙江大学孙优贤团队的高端控制装备研发成果,已经有2500套成功应用于大型高炉TRT装置、空气分离装置、火电机组及各行业工业装置,其中包括宝钢集团最大的5000立方米高炉、韩国现代制铁集团最大的5250立方米高炉;成果的技术性能指标全面优于国外主流控制系统,达到同类技术的领先水平;产品已出口美国、德国、日本、韩国等多个国家,具有国际市场竞争优势;获得授权发明专利65项,软件著作权30项,SCI、EI论文108篇,专著、编著4本;近3年新增产值189.1亿元,创造经济效益72.9亿元。

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