曾鹏--团队-工业控制网络技术

来源:工业控制网络技术 发布时间:2019-10-14
团队信息
  
课题组名称:工业控制网络技术创新团队 课题组网址:
负责人:曾鹏 工作单位:中国科学院沈阳自动化研究所 学科领域:工业通信
课题组院地合作联络人员 姓 名:李世超 办公电话:024-23970232 手 机:18202434364 E-mail:lishichao@sia.cn
科技处院地合作联络人员 姓 名:房灵申 办公电话:024-23970539 手 机:13840267512 E-mail:lsfang@sia.cn
团队介绍
  

工业控制网络技术创新团队致力于工业无线网络相关核心技术的研发,突破了基于射频环境认知和自适应跳频的高可靠通信技术、基于高精度同步和事件驱动的低能耗技术、基于空间、时间、频率多维调度的实时通信技术等工业无线核心技术,建立了具有自主知识产权的用于工业过程自动化的无线网络WIA-PA技术体系,该技术已被IEC接受成为国际标准,这也标志着我国在工业无线领域成为技术领先的国家。同时,面向石油、化工、冶金等行业,开发研制了基于WIA-PA无线网络技术的系统芯片、网络产品、测控产品、系统平台等产品,已在行业内各大企业得到规模化应用,实现经济效益3亿元以上,社会和环境效益显着,并已在辽宁建立产业化公司,具备一定规模的量产能力。


主要研究方向包括:


● 工业无线网络相关核心技术研究;

● WIA-PA工业无线网络技术研发;

● WIA-PA工业无线网络智能仪表研制;

● WIA-PA工业无线网络设备研发及应用;

● WIA-PA工业无线网络管理与维护软件研发;

● WIA-PA工业互联网平台开发;

典型转移转化项目案例
  

1. WIA-PA无线网络技术开发与产业化


工业现场设备和人员反射、设备开启等造成工业现场窄带多频噪声、干扰和多途效应严重,且温度变化范围大(从-45℃到80℃),高湿度、高震动以及频繁移动的人员和设备都将引发无线信道状态的变化。如何在恶劣的环境下满足高可靠、高实时、低功耗的通信性能要求是工业无线网络应用的共性难题。本研发团队紧紧围绕我国石油、化工、电力等重点产业工业自动化的应用发展需求,自主研发了一种适合在恶劣工业现场环境使用的高可靠、高实时、低功耗的WIA-PA无线网络技术。该技术采用一种自组织、自治愈的智能Mesh网络路由机制,能够针对应用条件和环境的动态变化,保持网络性能的高可靠性和强稳定性,解决工厂环境下遍布的各种大型器械、金属管道等对无线信号的反射、散射造成的多径效应,以及马达、器械运转时产生电磁噪声对无线通信的干扰,满足了工业网络应用的高可靠、高实时、低功耗的无线通信需求,推动了工业自动化系统的功能提升与扩展,是实现提高生产效率、提升产品质量,节约能源和降低排放的重要使能技术。


工业无线网络Mesh+Star混合拓扑结构


相关技术通过项目合作、产值分成、技术入股等多种形式与中科奥维、中石油、中石化等企业合作,提升了企业技术质量水平,创造了可观的经济与社会效益。


2. WIA-PA无线仪表研制开发


工业过程自动化应用中,对工业无线仪表有着很严格的要求,包括低成本、低功耗、高可靠性等,一般的无线仪表难以满足。这就导致了我国工业现场仪表、执行装置和控制器间大多采用有线方式连接,实现最基本的生产过程监测,由于成本和布线困难等原因,很多监测点没有被监测,特别是石油化工企业的生产现场分布地域广,需要监控的信息点分散、信息内容复杂,布设有线传感器的成本非常高,而且不易维护,主要依靠人工巡检,存在问题较多。本研发团队针对工业无线仪表应用的技术难点,基于WIA无线技术研制开发了新一代智能无线仪表,包括无线温度仪表、无线压力仪表、无线示功仪、无线电量仪等。在生产过程中,通过无线仪表监测的温度、压力、流量、液位等过程量,提升产量与质量;通过无线仪表监测大型设备健康、能量消耗等情况,提升资产与能耗管理水平;通过无线仪表监测系统,排除安全隐患,有效提高生产安全性。同时,联合行业骨干企业进行工业化试制,解决了工业无线仪表应用的技术难题,满足了行业急需。


WIA-PA无线压力、温度变送器安装


WIA-PA无线示功仪安装


压力变送器现场安装图


与辽河油田、大庆油田、抚顺石化等企业合作开展典型工程示范应用,应用效果得到了企业的高度肯定和广泛认可。


3.基于WIA-PA技术的工业互联网平台


我国正在大力推进制造业的智能化转型升级,其核心是基于海量工业数据的全面感知,通过端到端的数据深度集成与建模分析,实现智能化的决策与控制指令,形成智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等新型制造模式。这一背景下,传统数字化工具已经无法满足需求。


本研发团队瞄准制造业数字化、网络化、智能化发展需求,通过使用工业无线网络WIA-PA技术,构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系,开发了支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业互联网平台。


基于WIA-PA技术的工业互联网平台能够有效采集和汇聚生产现场数据,通过数据分析和反馈实现面向工业现场的生产过程优化,同时又可打通不同系统的数据资源,实现面向企业生产运营的决策优化:在生产工艺方面,平台通过对工艺参数、设备运行等数据进行综合分析,找出生产过程中的最优参数,提升生产质量;在生产流程方面,通过平台对生产进度、物料管理、企业管理等数据进行分析,提升排产、进度、物料、人员等方面管理的准确性;在质量管理方面,平台基于产品检验数据等过程数据进行关联性分析,实现在线质量监测和异常分析,降低产品不良率;在设备维护方面,平台结合设备历史数据与实时运行数据,构建数字孪生,及时监控设备运行状态,并实现设备预测性维护;在能耗管理方面,平台基于现场能耗数据的采集与分析,对设备、产线、场景能效使用进行合理规划,提高能源使用效率,实现节能减排;在生产管控方面,基于平台进行业务管理系统和生产执行系统集成,实现企业管理和现场生产的协同优化;在决策管理方面,平台通过对企业内部数据的全面感知和综合分析,有效支撑智能决策。


目前,团队针对不同行业的生产需求已开发了石化综合管控平台、油井远程监测与优化控制系统平台、智能油田生产指挥一体化平台等产品,已在石油、石化、冶金等领域进行了示范性应用。


石化综合管控平台


大庆智能化油田软件平台


相关技术通过项目合作、技术服务等形式与中石油、中石化、鞍钢集团、上海电气集团等大中型企业合作,有效提升了企业技术质量水平,取得直接和间接经济效益超亿元。