孫優(yōu)賢院士談我國高端控制裝備及系統(tǒng)的研究和應用

劉哲鳴 曲國利

經(jīng)過50多年的發(fā)展，我國重大裝備取得長足進步，大型電力裝備、大型冶金裝備、大型石化裝備等都有了相當?shù)脑O計制造能力，但缺少與之相配套的自動化控制裝備及系統(tǒng)，具有高安全性、高可靠性、高適用性、大規(guī)模化的高端控制裝備90%依賴國外進口，這些情況嚴重威脅國家的經(jīng)濟安全和產(chǎn)業(yè)安全。這是2014年4月16日上午，在重慶市恒大酒店一層華夏廳召開的“第五屆中國石油化工重大工程儀表控制技術高峰論壇”上，中國工程院院士，浙江大學教授孫優(yōu)賢先生演講的開場白。

今年74歲，精神飽滿、神清氣爽的孫優(yōu)賢院士認為，立足國內(nèi)、自主創(chuàng)新，大力發(fā)展重大工程自動化控制系統(tǒng)，著重解決一批共性關鍵技術，建立高端控制裝備及系統(tǒng)的設計開發(fā)平臺，不斷研發(fā)出能源、冶金、石化、煤化等領域各種重大工程所急需的高端控制裝備及系統(tǒng)，對于國家戰(zhàn)略安全、國家經(jīng)濟安全、實現(xiàn)節(jié)能減排目標以及促進智能裝備制造這一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有十分重大意義，也迫在眉睫。

但是，研究和建立高端控制裝備及系統(tǒng)的設計研發(fā)平臺十分艱巨和困難。它必須同時滿足高安全性、高可靠性、高適應性、大規(guī)模化（以下簡稱“三高一大”）的特征要求。

以孫優(yōu)賢院士為帶頭人的浙江大學工業(yè)自動化學科是我國工業(yè)自動化領域的國家重點學科。隸屬該學科的國家重點實驗室和國家工程研究中心，聯(lián)合上海電氣集團、杭州優(yōu)穩(wěn)自動化系統(tǒng)有限公司、杭州哲達科技股份有限公司等單位，依托國家發(fā)改委，863計劃、國家自然科學基金等基金項目支持，產(chǎn)學研結合，排除萬難，分工協(xié)作，自主創(chuàng)新，刻苦持續(xù)攻關近10年，突破“三高一大”4大難題，終于成功地研制出我國高端控制裝備及系統(tǒng)的設計開發(fā)3大平臺技術：高端控制裝備及系統(tǒng)的硬件平臺技術；高端控制裝備及系統(tǒng)的軟件平臺技術；高端控制裝備及系統(tǒng)的先控與優(yōu)化平臺技術。

與國際主流控制系統(tǒng)對比表明，孫優(yōu)賢院士的高端控制裝備及系統(tǒng)的硬件平臺技術在硬件安全性設計、可靠性設計、硬件模塊環(huán)境適應性與工程適應性方面，具有領先性。

與國際主流系統(tǒng)相比較，高端控制裝備及系統(tǒng)的軟件平臺技術在多領域工程對象模型、可視化控制編程語言、行業(yè)算法庫及廣域協(xié)同設計與支持等方面，具有領先性。

孫優(yōu)賢院士領導研制的高端控制裝備及系統(tǒng)的先控與優(yōu)化平臺技術在可靠性、實時性、擴展性、兼容性與適應性等關鍵指標方面均達到或優(yōu)于國外主流產(chǎn)品。

2012年2 月，由中國工程院張鈸院士領銜的自動化領域國家重點實驗室評估專家組對高端控制裝備及系統(tǒng)的設計開發(fā)平臺評價說，高端控制裝備及系統(tǒng)的設計開發(fā)平臺為解決控制裝備高可靠性、高適應性、高安全性與大規(guī)模技術難題，攻克了高端控制裝備及系統(tǒng)設計關鍵技術，形成具有自主知識產(chǎn)權的核心技術體系，并在重大工程中得到應用。高端控制裝備及系統(tǒng)的設計開發(fā)平臺打破了國外在此方面的市場壟斷和技術封鎖，起到了不可替代的作用。

張鈸院士解釋說，“這個評價是對這個實驗室此項代表性成果的獨特評價，其他實驗室雖然也搞了很多應用，也取得了很好的經(jīng)濟效益，但只有這個實驗室最后形成了系列高端產(chǎn)品，打破國外的市場和技術壟斷，所以評估組同意使用‘不可替代’這個詞”。

2010年11月12 日，工業(yè)控制技術國家重點實驗室第六屆學術委員會第三次會議上，中國工程院蔡鶴皋院士、吳澄院士對高端控制裝備及系統(tǒng)的設計開發(fā)平臺主控系統(tǒng)的高可靠性設計給予高度評價。他們說：可視化控制編程語言、多重化硬件表決冗余設計、大規(guī)模實時數(shù)據(jù)庫技術、綜合性能分析的可靠性設計等技術具有領先性，對于打破國外高端控制裝備的技術壟斷具有重要意義。

2008年6月28 日，由中國工程院王子才院士、王天然院士等專家組成的高爐煤氣余壓能源回收裝置優(yōu)化控制系統(tǒng)產(chǎn)品技術鑒定委員會認為，該項目在TRT裝置正常發(fā)電工況時頂壓高精度預測控制方法上取得重大突破，創(chuàng)造性地提出了專家智能控制方法，解決了TRT裝置緊急切換時頂壓波動過大、危及高爐與TRT裝置安全的國際性難題。在高爐煤氣余壓能源回收裝置優(yōu)化控制技術方面處于國際先進水平，在工程示范與應用推廣方面效果突出，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

2009年，德國林德公司（空分行業(yè)國際龍頭）的應用報告說，通過將浙江大學設計開發(fā)的“空分裝置節(jié)能控制優(yōu)化設計技術”在德國林德公司空分裝置上地應用，有效實現(xiàn)了節(jié)能優(yōu)化控制設計功能，并且節(jié)能計算、節(jié)能優(yōu)化和節(jié)能控制的效果有了明顯地提高。使用該技術后，該公司空分裝置的生產(chǎn)利用率提高了6% ；每套空分裝置每年的節(jié)能效益達上百萬元（人民幣）。

北京和利時集團董事長、中國自動化學會副理事長、高端控制裝備及系統(tǒng)的設計開發(fā)平臺硬軟件系統(tǒng)競爭對手王常力教授級高工指出：特大型空分裝置的運行優(yōu)化，實現(xiàn)了其大能耗、超高純、強耦合、非線性節(jié)能運行優(yōu)化技術的重大突破。

孫優(yōu)賢院士領導研制的高端控制裝備及系統(tǒng)的設計開發(fā)平臺的成果成功應用于大型超超臨界、超臨界火電機組，大型煤氣化爐，高速大型造紙機，大型空分裝置，大型高爐以及其他重大工程2500余套。其中，大型高爐TRT裝置智能運行控制系統(tǒng)市場占有率90%以上；大型空分裝置節(jié)能運行優(yōu)化系統(tǒng)約占40%；大型火電機組控制系統(tǒng)約占45%。

孫優(yōu)賢院士領導研制的高端控制裝備及系統(tǒng)的設計開發(fā)平臺的典型應用單位在2010年、2011年、2012年這3年的經(jīng)濟效益72.9139 億元（人民幣），增加產(chǎn)值189億元（人民幣）。這個平臺不僅產(chǎn)生了重大的經(jīng)濟效益，打破了國外高端控制裝備與系統(tǒng)在我國重大工程建設中的壟斷局面，支撐了國家冶金、能源、石化、煤化等領域的健康發(fā)展；也產(chǎn)生了重大的社會效益，促進了節(jié)能、降耗、減排。如大型高爐余熱回收裝置的間接效益：2010年以來，新增90臺套TRT裝置投入運行，總裝機容量40.17萬千瓦，年回收電能32.13億千瓦小時，年回收電費16.08億元（人民幣），節(jié)能效益非常明顯。由于用煤氣的余熱余壓發(fā)電，年減少煤耗1170萬噸，減少SO2排放46860噸。

孫優(yōu)賢院士的我國高端控制裝備及系統(tǒng)的研究與應用，解決了“三高一大” 4大難題，取得重大突破；形成完全自主知識產(chǎn)權的核心技術體系；授權發(fā)明專利65項，打破了發(fā)達國家的行業(yè)壟斷， 總體技術水平與德國西門子、曼透平，與美國霍尼韋爾、普萊克斯，與日本橫河、川崎等國際主流技術對比，達到國際同類技術領先水平； 建立了一類復雜工業(yè)系統(tǒng)的智能運行控制和節(jié)能運行優(yōu)化理論與方法。在該理論支撐下，共性關鍵技術全部得以實現(xiàn)，獲得國內(nèi)外學術界地高度評價。

談及未來我國高端控制裝備及系統(tǒng)的研究和應用，孫優(yōu)賢院士依然信心滿滿，意氣風發(fā)。