第一篇：自動(dòng)化控制在油田應(yīng)用（大全）

安控SCADA系統(tǒng)系統(tǒng)在新疆油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

一、系統(tǒng)概述

新疆油田公司的某個(gè)作業(yè)區(qū)需建設(shè)油田生產(chǎn)的自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)模包括300套抽油機(jī)控制器、20套三相計(jì)量控制器和15套水源井控制器。根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，整個(gè)系統(tǒng)需要建立前線中心控制室并預(yù)留今后建設(shè)的基地控制室，通過Internet可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查詢生產(chǎn)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)建設(shè)完成后，前線控制室可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，操作人員可以在基地中心控制室對(duì)油田的生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控和管理。

二、技術(shù)難點(diǎn)

* 控制點(diǎn)分散。井口散布于油區(qū)各點(diǎn)，井口間的距離較大。配注計(jì)量站、水源井分布其間。最遠(yuǎn)控制端離中心控制室50Km左右。

自然環(huán)境惡劣。陸梁油田現(xiàn)場(chǎng)，冬天寒冷風(fēng)大，環(huán)境溫度最低可至零下40℃，夏天干燥炎熱，油井現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)部溫度可高達(dá)80℃左右，而且晝夜溫差很大。

* 通訊環(huán)境差。其次，陸梁油田處于丘陵地區(qū)，地勢(shì)變化盡管不算陡峭，但并不能完全實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的可視通信。所以要求在通信系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)上，應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)信道能否真正暢通，確保SCADA系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行。

* 控制復(fù)雜。抽油井及水源井實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程起停、配注計(jì)量站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排序計(jì)量。系統(tǒng)接口復(fù)雜。與另一套自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，與聯(lián)合站DCS以O(shè)PC方式實(shí)現(xiàn)連接。

* 系統(tǒng)安全性要求極高。油田是生產(chǎn)性企業(yè)，安全生產(chǎn)是首先必須保證的。所以，對(duì)油田自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)也提出了極高安全性的要求。

三、解決方案

針對(duì)該生產(chǎn)區(qū)的實(shí)際工藝情況、時(shí)間工作環(huán)境情況，經(jīng)綜合考慮，制定了一套完整的自動(dòng)化解決方案－ECHO SCADA 5000。

ECHO SCADA 5000系統(tǒng)已發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的分布式管理。系統(tǒng)內(nèi)每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都是一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，完成獨(dú)立的任務(wù)。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò)中任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)出問題，不會(huì)影響其他機(jī)器的工作，而保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。ECHO SCADA 5000以客戶端/服務(wù)器模式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，保證系統(tǒng)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步。本次SCADA系統(tǒng)需要監(jiān)控采集的量包括：

井口控制器。油溫、油壓、負(fù)荷、位移、三相電流、三相電壓、電量參數(shù)、抽油機(jī)起停狀態(tài)、盤根漏油檢測(cè)、控制器門開關(guān)檢測(cè)。

三相計(jì)量控制器。進(jìn)站油溫、出站油溫、管線油壓、計(jì)量液位高度、含水率、上下液位狀態(tài)、可燃?xì)怏w濃度、水套爐液位、水套爐溫度、水套爐間可燃?xì)怏w濃度、大小火狀態(tài)、各種閥狀態(tài)等。

水源井控制器。壓力、溫度、流量、液位、三相電壓、三相電流、電量參數(shù)、電機(jī)起停狀態(tài)、水源井工作狀態(tài)等。

1、使用產(chǎn)品

* ECHO 5309抽油機(jī)控制器由主控制器、電臺(tái)、電臺(tái)電源、避雷器、電源開關(guān)、接地匯流條及保護(hù)箱等組成。保護(hù)箱分為防雨遮陽(yáng)罩、儀器箱兩部分，為單箱體、單開門結(jié)構(gòu)。保護(hù)箱可起到防雨、防曬、防塵的作用。

* 計(jì)量配水站中包含18x6（I）型計(jì)量配水站、18x6（II）型計(jì)量配水站和多通閥實(shí)驗(yàn)站，根據(jù)不同形式的計(jì)量站，配置不同的遠(yuǎn)程終端RTU設(shè)備ECHO 5401系列自動(dòng)計(jì)量控制器。ECHO 5401系列自動(dòng)計(jì)量控制器是為適應(yīng)油田自動(dòng)化的需要專門設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，它不僅具有精確的計(jì)量程序、優(yōu)良的通信能力和大容量的存儲(chǔ)器，而且具有性能穩(wěn)定、安裝方便、質(zhì)量可靠、實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守等多種優(yōu)點(diǎn)，特別適用于油田惡劣的環(huán)境。

*ECHO5501水源井控制器是我公司針對(duì)油田水源井控制而生產(chǎn)的遠(yuǎn)程控制終端（RTU），它采用了先進(jìn)的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品作為控制器，具有功能強(qiáng)，可靠性高，應(yīng)用靈活，操作方便等特點(diǎn)?？刂破骷瓤瑟?dú)立工作，也可方便地聯(lián)入控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測(cè)，形成SCADA系統(tǒng)。

* ECHO SCADA 5000 組態(tài)軟件。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)靈活組態(tài)，支持多種通訊協(xié)議接入。在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求功能的基礎(chǔ)上，用戶也可方便地進(jìn)行維護(hù)和二次開發(fā)。

* 數(shù)傳電臺(tái)。MDS 2710設(shè)計(jì)用于點(diǎn)到多點(diǎn)的情況，系統(tǒng)數(shù)據(jù)遙測(cè)/SCADA和自動(dòng)分發(fā)、油田自動(dòng)化、水和污水?dāng)?shù)據(jù)遙測(cè)/SCADA以及聯(lián)機(jī)事務(wù)處理應(yīng)用。MDS 2710收發(fā)信機(jī)具有很強(qiáng)的干擾處理能力，因面能擴(kuò)展數(shù)據(jù)發(fā)送范圍并加強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送的可靠性。

數(shù)傳電臺(tái)

2、通訊模式

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，中心控制室網(wǎng)絡(luò)均采用以網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心的星形結(jié)構(gòu)。為保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，網(wǎng)絡(luò)所有設(shè)備均有冗余。

3、系統(tǒng)功能

* 井口RPC。抽油機(jī)的自動(dòng)啟停控制、空抽控制、負(fù)荷超限控制等；示功圖的采集和現(xiàn)場(chǎng)在線顯示；采集電機(jī)工作的三相電流和電壓，采集和顯示電流圖；現(xiàn)場(chǎng)控制抽油機(jī)的啟停，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定控制參數(shù)；遠(yuǎn)程遙控抽油機(jī)的啟停，遠(yuǎn)程設(shè)定控制參數(shù)；油壓、套壓、回壓、油溫的監(jiān)測(cè)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況的不同，還應(yīng)考慮控制器的防護(hù)、防盜功能。

* 計(jì)量站RTU。適用油田計(jì)量配水站的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以管理從12井到18井式的計(jì)量配水站并預(yù)留有15%的余量；能對(duì)油田計(jì)量站的全部生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括計(jì)量間、配水間、水套爐間進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)倒井，油氣自動(dòng)計(jì)量；實(shí)現(xiàn)液位、壓力越限的自動(dòng)保護(hù)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)集油管匯的壓力溫度；實(shí)現(xiàn)計(jì)量間可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)報(bào)警功能；含水檢測(cè)；具備自動(dòng)及儀表控制箱內(nèi)就地電動(dòng)倒井功能；計(jì)量控制器可儲(chǔ)存1天以上的采集數(shù)據(jù)；水套爐出油溫度、水套爐低液位報(bào)警、水箱低液位報(bào)警、水套爐滅火報(bào)警控制等；具有看門狗功能，當(dāng)系統(tǒng)由于意外情況造成死機(jī)時(shí)，能夠自行啟動(dòng)，無(wú)需維護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)。

* 水源井RTU。主控制器為ECHO5501的核心，它采集來自接線箱的各類信號(hào)；接線箱用于現(xiàn)場(chǎng)接線、信號(hào)調(diào)理和輸入、輸出轉(zhuǎn)接；壓力、流量、液位、溫度、電壓、電流信號(hào)為AI信號(hào)，啟動(dòng)箱和三通閥狀態(tài)為DI信號(hào)，啟動(dòng)箱和三通閥控制信號(hào)為DO信號(hào)；主控制器的COM2口可與手操器筆記本電腦連接完成控制器參數(shù)的讀寫。

* 中控室SCADA。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信；遠(yuǎn)程仿真程序?qū)崿F(xiàn)抽油機(jī)根據(jù)設(shè)定的工作點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，監(jiān)測(cè)需要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，小鍵盤遠(yuǎn)程遙控操作，遙控抽油機(jī)的啟停，在線采集示功圖；多種報(bào)警級(jí)別，按物理位置或類型查詢報(bào)警信息、多媒體技術(shù)報(bào)警、在線打印報(bào)警信息、存儲(chǔ)報(bào)警歷史信息；井口、計(jì)量站數(shù)量可任意增減，無(wú)數(shù)量限制；自動(dòng)排序選井模塊完成油井井號(hào)的選擇及決定單井的計(jì)量時(shí)間。實(shí)現(xiàn)油井油、氣、水三相自動(dòng)計(jì)量并存儲(chǔ)計(jì)量結(jié)果。

*中控室DMS。將統(tǒng)計(jì)分析或查詢的結(jié)果進(jìn)行輸出，包括打印機(jī)輸出、文件輸出等。文件輸出可以根據(jù)不同的需要形成不同的文件格式，如文本格式、HTML格式、Microsoft EXCEL格式等；統(tǒng)計(jì)圖輸出：針對(duì)各種統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，除生成相應(yīng)的報(bào)表外，根據(jù)需要還可生成相應(yīng)的曲線圖、餅圖、直方圖等。* 中控室WEB。發(fā)布系統(tǒng)向用戶主要提供了四大方面的數(shù)據(jù)：各實(shí)體動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、油井功圖數(shù)據(jù)、日志信息、日?qǐng)?bào)表，及相應(yīng)的定制打印輸出、打印預(yù)覽功能。

4、應(yīng)用效果評(píng)估

ECHO SCADA 5000系統(tǒng)的投入運(yùn)行，達(dá)到了加強(qiáng)油田生產(chǎn)管理、節(jié)省操作員工、減小勞動(dòng)強(qiáng)度、降低運(yùn)行成本、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的目的，取得了較好的效果。值得特別關(guān)注的是，沙漠油田一般都具有遠(yuǎn)離居住區(qū)，后勤保障困難的特點(diǎn)，實(shí)施油田自動(dòng)化，不但可以達(dá)到以上目的，在油田開發(fā)和管理的模式上也是一種創(chuàng)新。

第二篇：解決油田自動(dòng)化 文章

解決油田自動(dòng)化

發(fā)布時(shí)間：2011-12-14 來源：中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng) 類型：應(yīng)用案例 745人瀏覽

關(guān)鍵字：

組態(tài)軟件 自動(dòng)化軟件 世紀(jì)星 工控控軟件

導(dǎo)讀：

世紀(jì)星：解決油田自動(dòng)化

一、概述

油井信息控制系統(tǒng)是北京世紀(jì)長(zhǎng)秋科技有限公司開發(fā)的應(yīng)用于石油開采行業(yè)中一種集采油生產(chǎn)控制、監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線數(shù)字通訊和工控技術(shù)作支撐，系統(tǒng)為三級(jí)站結(jié)構(gòu)：上級(jí)站提供全局范圍內(nèi)各要素的遙測(cè)服務(wù)、采油生產(chǎn)分析、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)管理；中繼站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)；底層RTU實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和控制過程，并提供應(yīng)急相應(yīng)服務(wù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了示功圖、電流圖、壓力、溫度的在線測(cè)取，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)量油。系統(tǒng)完全針對(duì)油田生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)合理、擴(kuò)展性強(qiáng)，性能價(jià)格比高。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

油井信息控制系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：

■ 抽油機(jī)生產(chǎn)參數(shù)的監(jiān)控及運(yùn)程發(fā)布系統(tǒng)

■ 計(jì)量站油井自動(dòng)倒井計(jì)量系統(tǒng)

■ 注水泵站自動(dòng)監(jiān)控及調(diào)節(jié)系統(tǒng)

■ 配水間自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

■ 聯(lián)合站，中轉(zhuǎn)站自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)

油井信息控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如下。

中心控制室為上級(jí)站。上級(jí)站完成所有中繼站、遠(yuǎn)程終端設(shè)備的登記，計(jì)量站所轄油、水井終端和自動(dòng)計(jì)量的參數(shù)設(shè)置，現(xiàn)場(chǎng)各類測(cè)控信息的采集管理、儲(chǔ)存、分析、診斷，可實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)底層各遠(yuǎn)程終端。

中繼站為系統(tǒng)的中間層。它對(duì)上是局域網(wǎng)的子站，對(duì)下為以太工控網(wǎng)的主站，完成命令的上傳下達(dá)、數(shù)據(jù)的收集與上傳，對(duì)底層終端的巡回檢測(cè)和數(shù)據(jù)的中間層保存。

抽油機(jī)智能終端、注水終端、自動(dòng)計(jì)量終端等RTU為該系統(tǒng)的最底層，完成油井井口動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的在線錄取、應(yīng)急處理、數(shù)據(jù)傳送、狀態(tài)反饋；注水井?dāng)?shù)據(jù)的在線錄取和故障報(bào)警；計(jì)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)錄取、應(yīng)急處理、故障及時(shí)報(bào)警等。它們既可獨(dú)立工作，又能接受上層的測(cè)控命令，與中繼站組成工控以太網(wǎng)。

三、上位機(jī)監(jiān)控軟件

《世紀(jì)星組態(tài)軟件》是在PC機(jī)上開發(fā)的智能型人機(jī)接口（MMI）軟件系統(tǒng)，它以Windows 98/2000/NT/XP 中文平臺(tái)作為其操作系統(tǒng)，全中文界面，并充分利用了Windows的各種便利功能。

《世紀(jì)星組態(tài)軟件》由開發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)組成。開發(fā)系統(tǒng)是《世紀(jì)星組態(tài)軟件》的集成開發(fā)環(huán)境，軟件開發(fā)者在這個(gè)環(huán)境中完成界面的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)定義、動(dòng)畫連接、硬件設(shè)備安裝、網(wǎng)絡(luò)配置、系統(tǒng)配置等。該系統(tǒng)具有先進(jìn)完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫(kù)中有多種數(shù)據(jù)類型，不但能合理地抽象控制對(duì)象，而且能非常簡(jiǎn)單、方便地對(duì)數(shù)據(jù)的報(bào)警、趨勢(shì)曲線、歷史數(shù)據(jù)記錄、安全防范等進(jìn)行操作；開發(fā)者利用其豐富的圖形控件和自定義圖庫(kù)功能，可以大大減少設(shè)計(jì)界面的時(shí)間；通過簡(jiǎn)單而實(shí)用的編程命令語(yǔ)言，開發(fā)者不需要編程經(jīng)驗(yàn)就可以設(shè)計(jì)完成實(shí)際工程；方便的硬件設(shè)備安裝向?qū)Ш腿娴刂С謬?guó)內(nèi)國(guó)際工控底層設(shè)備，徹底實(shí)現(xiàn)工控現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能。

運(yùn)行系統(tǒng)是《世紀(jì)星組態(tài)軟件》系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，用于顯示開發(fā)系統(tǒng)中建立的動(dòng)畫圖形畫面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)與硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。運(yùn)行系統(tǒng)能實(shí)時(shí)而形象地反映現(xiàn)場(chǎng)的所有參數(shù)和實(shí)際情況；通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理從工業(yè)控制對(duì)象采集各種數(shù)據(jù)；可把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫的方式形象地表示出來，同時(shí)完成實(shí)時(shí)和歷史報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄、實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)曲線等監(jiān)控功能；可生成歷史數(shù)據(jù)文件，用于追憶歷史事件；靈活方便的組態(tài)式報(bào)表，可充分滿足用戶的各種報(bào)表需要。

四、工藝過程

（1）主畫面

抽油機(jī)井要求達(dá)到以下功能：

1、自動(dòng)監(jiān)測(cè)抽油機(jī)工作電壓、電流，實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓、過流、欠流、缺相的自動(dòng)保護(hù)；

2、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井口油壓、套壓、溫度；

3、實(shí)時(shí)或定時(shí)測(cè)取示功圖，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷越限的自動(dòng)保護(hù)；

4、實(shí)時(shí)或定時(shí)測(cè)取電流圖；

5、測(cè)取凡爾漏失圖；

（2）轉(zhuǎn)油站數(shù)據(jù)采集概況圖

要求達(dá)到以下功能：

1、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注水流量；

2、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注水壓力和泵出口壓力。

3、中控室需求歸納

中控室要求達(dá)到以下功能：

1、實(shí)時(shí)顯示遠(yuǎn)程終端設(shè)備的測(cè)控信息；

2、實(shí)時(shí)下達(dá)各種測(cè)控指令；

3、采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中；

4、將數(shù)據(jù)以圖形、趨勢(shì)圖、表格的形式處理。

5、通訊需求歸納

抽油井井口和計(jì)量站數(shù)據(jù)均采用無(wú)線方式傳遞給中控室。通過內(nèi)部局域網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廠部數(shù)據(jù)的Web瀏覽方式。

第三篇：企業(yè)內(nèi)部控制在采購(gòu)業(yè)務(wù)應(yīng)用

企業(yè)內(nèi)部控制在采購(gòu)業(yè)務(wù)應(yīng)用

采購(gòu)，是指企業(yè)購(gòu)買物資（或接受勞務(wù)）及支付款項(xiàng)等相關(guān)活動(dòng)。其中，物資主要包括企業(yè)的原材料、商品、工程物資、固定資產(chǎn)等。采購(gòu)是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的起點(diǎn)，既是企業(yè)的“實(shí)物流”的重要組成部分，又與“資金流”密切關(guān)聯(lián)。眾所周知，采購(gòu)物資的質(zhì)量和價(jià)格、供應(yīng)商的選擇、采購(gòu)合同的訂立、物資的運(yùn)輸、驗(yàn)收等供應(yīng)鏈狀況，在很大程度上決定了企業(yè)的生存與可持續(xù)發(fā)展。采購(gòu)流程的環(huán)節(jié)雖不很復(fù)雜，但蘊(yùn)藏的風(fēng)險(xiǎn)卻是巨大的?；谝陨峡紤]，本文對(duì)采購(gòu)的主要流程進(jìn)行了梳理，明確了采購(gòu)業(yè)務(wù)的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，針對(duì)性地提出了相應(yīng)的控制措施。

企業(yè)在健全采購(gòu)業(yè)務(wù)內(nèi)部控制時(shí)，應(yīng)當(dāng)比照健全資金、資產(chǎn)業(yè)務(wù)內(nèi)部控制，著力從全面梳理相關(guān)流程入手。在此過程中，企業(yè)應(yīng)當(dāng)對(duì)采購(gòu)業(yè)務(wù)管理現(xiàn)狀進(jìn)行全面分析與評(píng)價(jià)，既要對(duì)照現(xiàn)有采購(gòu)管理制度，檢查相關(guān)管理要求是否落實(shí)到位，又要審視相關(guān)管理流程是否科學(xué)合理、是否能夠較好地保證物資和勞務(wù)供應(yīng)順暢、物資采購(gòu)是否能夠與生產(chǎn)和銷售等供應(yīng)鏈其他環(huán)節(jié)緊密銜接。在此基礎(chǔ)上，要著力健全各項(xiàng)采購(gòu)業(yè)務(wù)管理制度，落實(shí)責(zé)任制，不斷提高制度執(zhí)行力，確保物資和勞務(wù)采購(gòu)按質(zhì)按量按時(shí)和經(jīng)濟(jì)高效地滿足生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的需求。

一、采購(gòu)業(yè)務(wù)流程

采購(gòu)業(yè)務(wù)流程主要涉及編制需求計(jì)劃和采購(gòu)計(jì)劃、請(qǐng)購(gòu)、選擇供應(yīng)商、確定采購(gòu)價(jià)格、訂立框架協(xié)議或采購(gòu)合同、管理供應(yīng)過程、驗(yàn)收、退貨、付款、會(huì)計(jì)控制等環(huán)節(jié)。如下圖所示。該圖列示的采購(gòu)流程適用于各類企業(yè)的一般采購(gòu)業(yè)務(wù)，具有通用性。企業(yè)在實(shí)際開展采購(gòu)業(yè)務(wù)時(shí)，可以參照此流程，并結(jié)合自身情況予以擴(kuò)充和具體化。

采購(gòu)業(yè)務(wù)的后評(píng)估

二、各環(huán)節(jié)的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及管控措施

（一）編制需求計(jì)劃和采購(gòu)計(jì)劃

采購(gòu)業(yè)務(wù)從計(jì)劃（或預(yù)算）開始，包括需求計(jì)劃和采購(gòu)計(jì)劃。企業(yè)實(shí)務(wù)中，需求部門一般根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)需要向采購(gòu)部門提出物資需求計(jì)劃，采購(gòu)部門根據(jù)該需求計(jì)劃歸類匯總平衡現(xiàn)有庫(kù)存物資后，統(tǒng)籌安排采購(gòu)計(jì)劃，并按規(guī)定的權(quán)限和程序?qū)徟髨?zhí)行。該環(huán)節(jié)的主要風(fēng)險(xiǎn)是：需求或采購(gòu)計(jì)劃不合理、不按實(shí)際需求安排采購(gòu)或隨意超計(jì)劃采購(gòu)，甚至與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃不協(xié)調(diào)等。

主要管控措施：第一，生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、項(xiàng)目建設(shè)等部門，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需求準(zhǔn)確、及時(shí)編制需求計(jì)劃。需求部門提出需求計(jì)劃時(shí)，不能指定或變相指定供應(yīng)商。對(duì)獨(dú)家代理、專有、專利等特殊產(chǎn)品應(yīng)提供相應(yīng)的獨(dú)家、專有資料，經(jīng)專業(yè)技術(shù)部門研討后，經(jīng)具備相應(yīng)審批權(quán)限的部門或人員審批。第二，采購(gòu)計(jì)劃是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃的一部分，在制定生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃過程中，企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)發(fā)展目標(biāo)實(shí)際需要，結(jié)合庫(kù)存和在途情況，科學(xué)安排采購(gòu)計(jì)劃，防止采購(gòu)過高或過低。第三，采購(gòu)計(jì)劃應(yīng)納入采購(gòu)預(yù)算管理，經(jīng)相關(guān)負(fù)責(zé)人審批后，作為企業(yè)剛性指令嚴(yán)格執(zhí)行。

（二）請(qǐng)購(gòu)

請(qǐng)購(gòu)是指企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)部門根據(jù)采購(gòu)計(jì)劃和實(shí)際需要，提出的采購(gòu)申請(qǐng)。該環(huán)節(jié)的主要風(fēng)險(xiǎn)是：缺乏采購(gòu)申請(qǐng)制度，請(qǐng)購(gòu)未經(jīng)適當(dāng)審批或超越授權(quán)審批，可能導(dǎo)致采購(gòu)物資過量或短缺，影響企業(yè)正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。

主要管控措施：第一，建立采購(gòu)申請(qǐng)制度，依據(jù)購(gòu)買物資或接受勞務(wù)的類型，確定歸口管理部門，授予相應(yīng)的請(qǐng)購(gòu)權(quán)，明確相關(guān)部門或人員的職責(zé)權(quán)限及相應(yīng)的請(qǐng)購(gòu)程序。企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置專門的請(qǐng)購(gòu)部門，對(duì)需求部門提出的采購(gòu)需求進(jìn)行審核，并進(jìn)行歸類匯總，統(tǒng)籌安排企業(yè)的采購(gòu)計(jì)劃。第二，具有請(qǐng)購(gòu)權(quán)的部門對(duì)于預(yù)算內(nèi)采購(gòu)項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照預(yù)算執(zhí)行進(jìn)度辦理請(qǐng)購(gòu)手續(xù)，并根據(jù)市場(chǎng)變化提出合理采購(gòu)申請(qǐng)。對(duì)于超預(yù)算和預(yù)算外采購(gòu)項(xiàng)目，應(yīng)先履行預(yù)算調(diào)整程序，由具備相應(yīng)審批權(quán)限的部門或人員審批后，再行辦理請(qǐng)購(gòu)手續(xù)。第三，具備相應(yīng)審批權(quán)限的部門或人員審批采購(gòu)申請(qǐng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注采購(gòu)申請(qǐng)內(nèi)容是否準(zhǔn)確、完整，是否符合生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)需要，是否符合采購(gòu)計(jì)劃，是否在采購(gòu)預(yù)算范圍內(nèi)等。對(duì)不符合規(guī)定的采購(gòu)申請(qǐng)，應(yīng)要求請(qǐng)購(gòu)部門調(diào)整請(qǐng)購(gòu)內(nèi)容或拒絕批準(zhǔn)。

（三）選擇供應(yīng)商

選擇供應(yīng)商，也就是確定采購(gòu)渠道。它是企業(yè)采購(gòu)業(yè)務(wù)流程中非常重要的環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)的主要風(fēng)險(xiǎn)是：供應(yīng)商選擇不當(dāng)，可能導(dǎo)致采購(gòu)物資質(zhì)次價(jià)高，甚至出現(xiàn)舞弊行為。

主要管控措施：第一，建立科學(xué)的供應(yīng)商評(píng)估和準(zhǔn)入制度，對(duì)供應(yīng)商資質(zhì)信譽(yù)情況的真實(shí)性和合法性進(jìn)行審查，確定合格的供應(yīng)商清單，健全企業(yè)統(tǒng)一的供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)新增供應(yīng)商的市場(chǎng)準(zhǔn)入、供應(yīng)商新增服務(wù)關(guān)系以及調(diào)整供應(yīng)商物資目錄，都要由采購(gòu)部門根據(jù)需要提出申請(qǐng)，并按規(guī)定的權(quán)限和程序?qū)徍伺鷾?zhǔn)后，納入供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)可委托具有相應(yīng)資質(zhì)的中介機(jī)構(gòu)對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行資信調(diào)查。第二，采購(gòu)部門應(yīng)當(dāng)按照公平、公正和競(jìng)爭(zhēng)的原則，擇優(yōu)確定供應(yīng)商，在切實(shí)防范舞弊風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，與供應(yīng)商簽訂質(zhì)量保證協(xié)議。第三，建立供應(yīng)商管理信息系統(tǒng)和供應(yīng)商淘汰制度，對(duì)供應(yīng)商提供物資或勞務(wù)的質(zhì)量、價(jià)格、交貨及時(shí)性、供貨條件及其資信、經(jīng)營(yíng)狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和考核評(píng)價(jià)，根據(jù)考核評(píng)價(jià)結(jié)果，提出供應(yīng)商淘汰和更換名單，經(jīng)審批后對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行合理選擇和調(diào)整，并在供應(yīng)商管理系統(tǒng)中作出相應(yīng)記錄。

（四）確定采購(gòu)價(jià)格

如何以最優(yōu)“性價(jià)比”采購(gòu)到符合需求的物資，是采購(gòu)部門的永恒主題。該環(huán)節(jié)的主要風(fēng)險(xiǎn)是：采購(gòu)定價(jià)機(jī)制不科學(xué)，采購(gòu)定價(jià)方式選擇不當(dāng)，缺乏對(duì)重要物資品種價(jià)格的跟蹤監(jiān)控，引起采購(gòu)價(jià)格不合理，可能造成企業(yè)資金損失。

主要管控措施：第一，健全采購(gòu)定價(jià)機(jī)制，采取協(xié)議采購(gòu)、招標(biāo)采購(gòu)、詢比價(jià)采購(gòu)、動(dòng)態(tài)競(jìng)價(jià)采購(gòu)等多種方式，科學(xué)合理地確定采購(gòu)價(jià)格。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化程度高、需求計(jì)劃性強(qiáng)、價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定的物資，通過招標(biāo)、聯(lián)合談判等公開、競(jìng)爭(zhēng)方式簽訂框架協(xié)議。第二，采購(gòu)部門應(yīng)當(dāng)定期研究大宗通用重要物資的成本構(gòu)成與市場(chǎng)價(jià)格變動(dòng)趨勢(shì),確定重要物資品種的采購(gòu)執(zhí)行價(jià)格或參考價(jià)格。建立采購(gòu)價(jià)格數(shù)據(jù)庫(kù)，定期開展重要物資的市場(chǎng)供求形勢(shì)及價(jià)格走勢(shì)商情分析并合理利用。

（五）訂立框架協(xié)議或采購(gòu)合同

框架協(xié)議是企業(yè)與供應(yīng)商之間為建立長(zhǎng)期物資購(gòu)銷關(guān)系而作出的一種約定。采購(gòu)合同是指企業(yè)根據(jù)采購(gòu)需要、確定的供應(yīng)商、采購(gòu)方式、采購(gòu)價(jià)格等情況與供應(yīng)商簽訂的具有法律約束力的協(xié)議，該協(xié)議對(duì)雙方的權(quán)利、義務(wù)和違約責(zé)任等情況作出了明確規(guī)定（企業(yè)向供應(yīng)商支付合同規(guī)定的金額、結(jié)算方式，供應(yīng)商按照約定時(shí)間、期限、數(shù)量與質(zhì)量、規(guī)格交付物資給采購(gòu)方）。該環(huán)節(jié)的主要風(fēng)險(xiǎn)是：框架協(xié)議簽訂不當(dāng)，可能導(dǎo)致物資采購(gòu)不順暢；未經(jīng)授權(quán)對(duì)外訂立采購(gòu)合同，合同對(duì)方主體資格、履約能力等未達(dá)要求、合同內(nèi)容存在重大疏漏和欺詐，可能導(dǎo)致企業(yè)合法權(quán)益受到侵害。

主要管控措施：第一，對(duì)擬簽訂框架協(xié)議的供應(yīng)商的主體資格、信用狀況等進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；框架協(xié)議的簽訂應(yīng)引入競(jìng)爭(zhēng)制度，確保供應(yīng)商具備履約能力。第二，根據(jù)確定的供應(yīng)商、采購(gòu)方式、采購(gòu)價(jià)格等情況，擬訂采購(gòu)合同，準(zhǔn)確描述合同條款，明確雙方權(quán)利、義務(wù)和違約責(zé)任，按照規(guī)定權(quán)限簽署采購(gòu)合同。對(duì)于影響重大、涉及較高專業(yè)技術(shù)或法律關(guān)系復(fù)雜的合同，應(yīng)當(dāng)組織法律、技術(shù)、財(cái)會(huì)等專業(yè)人員參與談判，必要時(shí)可聘請(qǐng)外部專家參與相關(guān)工作。第三，對(duì)重要物資驗(yàn)收量與合同量之間允許的差異，應(yīng)當(dāng)作出統(tǒng)一規(guī)定。

（六）管理供應(yīng)過程

管理供應(yīng)過程，主要是指企業(yè)建立嚴(yán)格的采購(gòu)合同跟蹤制度，科學(xué)評(píng)價(jià)供應(yīng)商的供貨情況，并根據(jù)合理選擇的運(yùn)輸工具和運(yùn)輸方式，辦理運(yùn)輸、投保等事宜，實(shí)時(shí)掌握物資采購(gòu)供應(yīng)過程的情況。該環(huán)節(jié)的主要風(fēng)險(xiǎn)是：缺乏對(duì)采購(gòu)合同履行情況的有效跟蹤，運(yùn)輸方式選擇不合理，忽視運(yùn)輸過程保險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)，可能導(dǎo)致采購(gòu)物資損失或無(wú)法保證供應(yīng)。

主要管控措施：第一，依據(jù)采購(gòu)合同中確定的主要條款跟蹤合同履行情況，對(duì)有可能影響生產(chǎn)或工程進(jìn)度的異常情況，應(yīng)出具書面報(bào)告并及時(shí)提出解決方案，采取必要措施，保證需求物資的及時(shí)供應(yīng)。第二，對(duì)重要物資建立并執(zhí)行合同履約過程中的巡視、點(diǎn)檢和監(jiān)造制度。對(duì)需要監(jiān)造的物資，擇優(yōu)確定監(jiān)造單位，簽訂監(jiān)造合同，落實(shí)監(jiān)造責(zé)任人，審核確認(rèn)監(jiān)造大綱，審定監(jiān)造報(bào)告，并及時(shí)向技術(shù)等部門通報(bào)。第三，根據(jù)生產(chǎn)建設(shè)進(jìn)度和采購(gòu)物資特性等因素，選擇合理的運(yùn)輸工具和運(yùn)輸方式，辦理運(yùn)輸、投保等事宜。第四，實(shí)行全過程的采購(gòu)登記制度或信息化管理，確保采購(gòu)過程的可追溯性。

（七）驗(yàn)收

驗(yàn)收是指企業(yè)對(duì)采購(gòu)物資和勞務(wù)的檢驗(yàn)接收，以確保其符合合同相關(guān)規(guī)定或產(chǎn)品質(zhì)量要求。該環(huán)節(jié)的主要風(fēng)險(xiǎn)是：驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不明確、驗(yàn)收程序不規(guī)范、對(duì)驗(yàn)收中存在的異常情況不作處理，可能造成賬實(shí)不符、采購(gòu)物資損失。

主要管控措施：第一，制定明確的采購(gòu)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合物資特性確定必檢物資目錄，規(guī)定此類物資出具質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告后方可入庫(kù)。第二，驗(yàn)收機(jī)構(gòu)或人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)采購(gòu)合同及質(zhì)量檢驗(yàn)部門出具的質(zhì)量檢驗(yàn)證明，重點(diǎn)關(guān)注采購(gòu)合同、發(fā)票等原始單據(jù)與采購(gòu)物資的數(shù)量、質(zhì)量、規(guī)格型號(hào)等核對(duì)一致。對(duì)驗(yàn)收合格的物資，填制入庫(kù)憑證，加蓋物資“收訖章”，登記實(shí)物賬，及時(shí)將入庫(kù)憑證傳遞給財(cái)會(huì)部門。物資入庫(kù)前，采購(gòu)部門須檢查質(zhì)量保證書、商檢證書或合格證等證明文件。驗(yàn)收時(shí)涉及技術(shù)性強(qiáng)的、大宗的和新、特物資，還應(yīng)進(jìn)行專業(yè)測(cè)試，必要時(shí)可委托具有檢驗(yàn)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)或聘請(qǐng)外部專家協(xié)助驗(yàn)收。第三，對(duì)于驗(yàn)收過程中發(fā)現(xiàn)的異常情況，比如無(wú)采購(gòu)合同或大額超采購(gòu)合同的物資、超采購(gòu)預(yù)算采購(gòu)的物資、毀損的物資等，驗(yàn)收機(jī)構(gòu)或人員應(yīng)當(dāng)立即向企業(yè)有權(quán)管理的相關(guān)機(jī)構(gòu)報(bào)告，相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)查明原因并及時(shí)處理。對(duì)于不合格物資，采購(gòu)部門依據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果辦理讓步接收、退貨、索賠等事宜。對(duì)延遲交貨造成生產(chǎn)建設(shè)損失的，采購(gòu)部門要按照合同約定索賠。

（八）付款

付款是指企業(yè)在對(duì)采購(gòu)預(yù)算、合同、相關(guān)單據(jù)憑證、審批程序等內(nèi)容審核無(wú)誤后，按照采購(gòu)合同規(guī)定及時(shí)向供應(yīng)商辦理支付款項(xiàng)的過程。該環(huán)節(jié)的主要風(fēng)險(xiǎn)是：付款審核不嚴(yán)格、付款方式不恰當(dāng)、付款金額控制不嚴(yán)，可能導(dǎo)致企業(yè)資金損失或信用受損。

主要管控措施：企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)采購(gòu)付款的管理，完善付款流程，明確付款審核人的責(zé)任和權(quán)力，嚴(yán)格審核采購(gòu)預(yù)算、合同、相關(guān)單據(jù)憑證、審批程序等相關(guān)內(nèi)容，審核無(wú)誤后按照合同規(guī)定，合理選擇付款方式，及時(shí)辦理付款。要著力關(guān)注以下方面：第一，嚴(yán)格審查采購(gòu)發(fā)票等票據(jù)的真實(shí)性、合法性和有效性，判斷采購(gòu)款項(xiàng)是否確實(shí)應(yīng)予支付。如審查發(fā)票填制的內(nèi)容是否與發(fā)票種類相符合、發(fā)票加蓋的印章是否與票據(jù)的種類相符合等。企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視采購(gòu)付款的過程控制和跟蹤管理，如果發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)當(dāng)拒絕向供應(yīng)商付款，避免出現(xiàn)資金損失和信用受損。第二，根據(jù)國(guó)家有關(guān)支付結(jié)算的相關(guān)規(guī)定和企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的實(shí)際，合理選擇付款方式，并嚴(yán)格遵循合同規(guī)定，防范付款方式不當(dāng)帶來的法律風(fēng)險(xiǎn)，保證資金安全。除了不足轉(zhuǎn)賬起點(diǎn)金額的采購(gòu)可以支付現(xiàn)金外，采購(gòu)價(jià)款應(yīng)通過銀行辦理轉(zhuǎn)賬。第三，加強(qiáng)預(yù)付賬款和定金的管理，涉及大額或長(zhǎng)期的預(yù)付款項(xiàng)，應(yīng)當(dāng)定期進(jìn)行追蹤核查，綜合分析預(yù)付賬款的期限、占用款項(xiàng)的合理性、不可收回風(fēng)險(xiǎn)等情況，發(fā)現(xiàn)有疑問的預(yù)付款項(xiàng)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取措施，盡快收回款項(xiàng)。

（九）會(huì)計(jì)控制

會(huì)計(jì)控制主要指采購(gòu)業(yè)務(wù)會(huì)計(jì)系統(tǒng)控制。該環(huán)節(jié)的主要風(fēng)險(xiǎn)是：缺乏有效的采購(gòu)會(huì)計(jì)系統(tǒng)控制，未能全面真實(shí)地記錄和反映企業(yè)采購(gòu)各環(huán)節(jié)的資金流和實(shí)物流情況，相關(guān)會(huì)計(jì)記錄與相關(guān)采購(gòu)記錄、倉(cāng)儲(chǔ)記錄不一致，可能導(dǎo)致企業(yè)采購(gòu)業(yè)務(wù)未能如實(shí)反映，以及采購(gòu)物資和資金受損。

主要管控措施：第一，企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)購(gòu)買、驗(yàn)收、付款業(yè)務(wù)的會(huì)計(jì)系統(tǒng)控制，詳細(xì)記錄供應(yīng)商情況、采購(gòu)申請(qǐng)、采購(gòu)合同、采購(gòu)?fù)ㄖⅡ?yàn)收證明、入庫(kù)憑證、退貨情況、商業(yè)票據(jù)、款項(xiàng)支付等情況，做好采購(gòu)業(yè)務(wù)各環(huán)節(jié)的記錄，確保會(huì)計(jì)記錄、采購(gòu)記錄與倉(cāng)儲(chǔ)記錄核對(duì)一致。第二，指定專人通過函證等方式，定期向供應(yīng)商寄發(fā)對(duì)賬函，核對(duì)應(yīng)付賬款、應(yīng)付票據(jù)、預(yù)付賬款等往來款項(xiàng)，對(duì)供應(yīng)商提出的異議應(yīng)及時(shí)查明原因，報(bào)有權(quán)管理的部門或人員批準(zhǔn)后，做出相應(yīng)調(diào)整。

三、采購(gòu)業(yè)務(wù)的后評(píng)估

由于采購(gòu)業(yè)務(wù)對(duì)企業(yè)生存與發(fā)展具有重要影響，需要強(qiáng)調(diào)企業(yè)應(yīng)當(dāng)建立采購(gòu)業(yè)務(wù)后評(píng)估制度。就此，企業(yè)應(yīng)當(dāng)定期對(duì)物資需求計(jì)劃、采購(gòu)計(jì)劃、采購(gòu)渠道、采購(gòu)價(jià)格、采購(gòu)質(zhì)量、采購(gòu)成本、協(xié)調(diào)或合同簽約與履行情況等物資采購(gòu)供應(yīng)活動(dòng)進(jìn)行專項(xiàng)評(píng)估和綜合分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)采購(gòu)業(yè)務(wù)薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化采購(gòu)流程，同時(shí)，將物資需求計(jì)劃管理、供應(yīng)商管理、儲(chǔ)備管理等方面的關(guān)鍵指標(biāo)納入業(yè)績(jī)考核體系，促進(jìn)物資采購(gòu)與生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)的有效銜接，不斷防范采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，全面提升采購(gòu)效能。

阜康天山水泥有限責(zé)任公司

蔣新杰

第四篇：智能控制在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用

智能控制在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用

1現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)的特點(diǎn)與智能控制的形成

智能控制形成的工業(yè)因素 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程，特別是復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過程的控制與綜合自動(dòng)化越來越成為人們所必須面對(duì)的問題。它既是推動(dòng)自動(dòng)控制理論和系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，同時(shí)也對(duì)自動(dòng)控制提出了前所未有的挑戰(zhàn)，其表現(xiàn)為：（1）被控對(duì)象日益復(fù)雜被控對(duì)象往往是無(wú)窮維的復(fù)雜系統(tǒng)，表現(xiàn)出很強(qiáng)的分布特性，而利用有限參數(shù)模型設(shè)計(jì)的控制，其有效性不能保證。這種復(fù)雜性還表現(xiàn)在被控對(duì)象與環(huán)境的關(guān)系上，如不確定性因素增多，缺乏先驗(yàn)知識(shí)，環(huán)境干擾具有多樣性、時(shí)變性和隨機(jī)性，系統(tǒng)與環(huán)境、系統(tǒng)的各子系統(tǒng)之間和系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)性相當(dāng)強(qiáng)且復(fù)雜。（2）高度的不確定性現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和環(huán)境都具有高度的不確定性，系統(tǒng)和環(huán)境有許多未知因素，如環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化、輸入信息的多樣化和數(shù)據(jù)量顯著增加等，而且其信息結(jié)構(gòu)也發(fā)生了質(zhì)的變化，包括信息的不可預(yù)知性、不完全性等。（3）多層次、多目標(biāo)的控制要求現(xiàn)代工業(yè)控制所追求的已不僅僅是低層次上單一的品質(zhì)，而是力求實(shí)現(xiàn)多樣化、多層次的綜合目標(biāo)，包括協(xié)調(diào)、調(diào)度、管理及決策等。（4）控制手段的經(jīng)濟(jì)性基于實(shí)時(shí)性、生產(chǎn)成本和操作工素質(zhì)等因素的考慮，控制手段不允許過分復(fù)雜?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為追求高質(zhì)量、高可靠、高效益、高適應(yīng)性的“四高”目標(biāo)，一方面其生產(chǎn)規(guī)模越來越龐大，節(jié)奏越來越快，工藝越來越復(fù)雜；另一方面基于嚴(yán)格和精確的數(shù)學(xué)模型描述基礎(chǔ)上的傳

統(tǒng)控制理論的分析、綜合與設(shè)計(jì)技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的控制實(shí)踐存在著巨大的鴻溝，理論與應(yīng)用之間存在著嚴(yán)重的不協(xié)調(diào)性，面對(duì)復(fù)雜的工業(yè)對(duì)象，2工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

在自動(dòng)化（automation）不斷完善和發(fā)展的今天，自動(dòng)化水平已經(jīng)成為衡量企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，而自動(dòng)化的一個(gè)重要分支——工業(yè)自動(dòng)化，更是生產(chǎn)型企業(yè)提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。我國(guó)的自動(dòng)化發(fā)展歷程也經(jīng)歷了以“觀測(cè)”為主的第一階段，以“觀測(cè)”并“人為反應(yīng)”的第二階段，已經(jīng)逐漸進(jìn)入到“自動(dòng)測(cè)量自動(dòng)反應(yīng)”的第三階段。這些進(jìn)步，同時(shí)需要控制理論和實(shí)踐的完善，智能控制（intelligent controls）作為現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制理論，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)自動(dòng)化領(lǐng)域，全自動(dòng)洗衣機(jī)就是典型的智能控制自動(dòng)化的例子。

一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器（controller）、傳感器（sensor）、變送器（transmitter）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（final controlling element）、輸入輸出接口（I/0 interface）五部分組成?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器，這樣完成了一次正常的運(yùn)算控制操作。按照自動(dòng)控制有無(wú)針對(duì)對(duì)象來劃分，自動(dòng)控制可分為“開環(huán)控制”和“閉環(huán)控制”。區(qū)分“開環(huán)控制”和“閉環(huán)控制”最直接的辦法是看是否有最終對(duì)象的反饋，當(dāng)然這個(gè)反饋不是人為直觀觀察的。例如向一個(gè)容器里加水，有水位測(cè)量設(shè)備，水位到達(dá)設(shè)定的高度，水龍頭自動(dòng)關(guān)

斷，這就是“閉環(huán)控制”；如需人為的看水是否到了設(shè)定的高度，而去人為的關(guān)水龍頭，這就是“開環(huán)控制”。當(dāng)然，智能控制，目標(biāo)是不需要人為干預(yù)，所以，我們可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為“開環(huán)控制”是人為干預(yù)控制，不能完全體現(xiàn)智能控制的特點(diǎn)，所以在這里不去深究它?！伴]環(huán)控制”按照?qǐng)?zhí)行機(jī)構(gòu)的不同，可分為“狀態(tài)閉環(huán)控制”和“調(diào)節(jié)閉環(huán)控制”。區(qū)分“狀態(tài)閉環(huán)控制”和“調(diào)節(jié)閉環(huán)控制”的辦法是看對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用方式，如上例中，如果水龍頭是開關(guān)兩位的，在水位到達(dá)設(shè)定的高度，自動(dòng)關(guān)斷水龍頭，則此為“狀態(tài)閉環(huán)控制”；如果水龍頭是可調(diào)節(jié)的，根據(jù)水位高度的不同，調(diào)節(jié)水龍頭開度的大小，通過加水量的不同，讓水位保持平衡，此為“調(diào)節(jié)閉環(huán)控制”。

目前工業(yè)自動(dòng)化控制中，“狀態(tài)閉環(huán)控制”多用于保護(hù)類控制，例如汽機(jī)的ETS，鍋爐的MFT，化工的ESD，水泵保護(hù)等等。其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)比較快，控制器本身不需要復(fù)雜的計(jì)算，通過邏輯運(yùn)算基本可以實(shí)現(xiàn)；其缺點(diǎn)是一旦收到的反饋信號(hào)為假信號(hào)，則按照假信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，工程上多稱之為“誤動(dòng)”。由于動(dòng)作迅速（一般是以“毫秒”為單位進(jìn)行計(jì)算），所以一旦誤動(dòng)產(chǎn)生，無(wú)法在執(zhí)行之前或之中做出人為反應(yīng)處理，只能事后補(bǔ)救，而一些重要的保護(hù)一旦產(chǎn)生誤動(dòng)，其影響和損失都是比較大的。針對(duì)這個(gè)問題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)“狀態(tài)閉環(huán)控制”的重要性和損失性，需要將反饋信號(hào)進(jìn)行品質(zhì)判斷處理，判斷出信號(hào)的真實(shí)性，如果是假信號(hào)，則保持原信號(hào)不變，不觸發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，避免誤動(dòng)。而且?guī)缀跛械摹盃顟B(tài)閉環(huán)控制”都有是否允許執(zhí)行的開關(guān)，即聯(lián)鎖按鈕。聯(lián)鎖按鈕可根據(jù)實(shí)際情況，屏蔽控制內(nèi)容，這樣就可以部分的對(duì)其進(jìn)行提前控

制，把誤動(dòng)的可能性減到最低。

“調(diào)節(jié)閉環(huán)控制”相對(duì)“狀態(tài)閉環(huán)控制”要復(fù)雜一些，需要控制器進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，計(jì)算出輸出的結(jié)果給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)而調(diào)節(jié)被調(diào)節(jié)對(duì)象。從時(shí)間上來講，“調(diào)節(jié)閉環(huán)控制”是不間斷的時(shí)時(shí)進(jìn)行計(jì)算和輸出，其周期決定于控制器的運(yùn)算周期?！罢{(diào)節(jié)閉環(huán)控制”需要人為或通過系統(tǒng)計(jì)算給定一個(gè)被控制對(duì)象的理想的狀態(tài)數(shù)值（給定值 set value，簡(jiǎn)寫為S），控制器會(huì)比較實(shí)際的被控制對(duì)象的數(shù)值（測(cè)量值 practicalvalue，簡(jiǎn)寫P）與給定值之間的偏差，并計(jì)算出輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的值（輸出值 outputvalue，簡(jiǎn)寫O）給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)變化，使測(cè)量值改變，控制器再次比較測(cè)量值與給定值的偏差（以下簡(jiǎn)稱偏差），進(jìn)行下一循環(huán)的計(jì)算并輸出。“調(diào)節(jié)閉環(huán)控制”一般常用的控制方式是“比例積分微分控制”即“PID控制”或“PID調(diào)節(jié)”。PID控制器就是根據(jù)偏差，利用比例（proportional）、積分（integration）、微分（differentiation）計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。PID控制器問世至今已有近幾十年的歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。很多盤裝儀表控制器就具備很好的帶有記憶功能的PID控制功能?！罢{(diào)節(jié)閉環(huán)控制”對(duì)控制系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備性能的要求比較高，如對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線性度要高，不能是越階式執(zhí)行。同時(shí)，“調(diào)節(jié)閉環(huán)控制”因?yàn)槭菚r(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制，所以對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分磨損比較大，部分的影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壽命。

在“調(diào)節(jié)閉環(huán)控制”中，對(duì)控制系統(tǒng)的各個(gè)部分的工作狀態(tài)也有所要求，同例如執(zhí)行機(jī)構(gòu)，“調(diào)節(jié)閉環(huán)控制”要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)是工作狀態(tài)是在“線性區(qū)域”工作，而不是死區(qū)。所謂死區(qū)（dead zone），又稱儀表不靈敏區(qū)，是指輸入量的變化不致引起該儀表輸出量有任何可察覺的變化的有限區(qū)間。例如一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，接收4~20mA線性信號(hào)，輸出動(dòng)作是0~100%的機(jī)械力，那么當(dāng)輸入的信號(hào)是4.0005mA的時(shí)候，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不動(dòng)作的，此時(shí)4.0005mA是處于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的死區(qū)內(nèi)。閥門是最典型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，閥門的工作特性曲線圖（如圖01）表示出了閥門死區(qū)與工作線性區(qū)的特點(diǎn)。圖中Y軸代表的是閥門輸出的機(jī)械動(dòng)作，即實(shí)際開度；X軸代表接受到的執(zhí)行命令大小，即要求開度。由圖可知，閥門在關(guān)閉時(shí)剛開始接收到開信號(hào)時(shí)閥門無(wú)實(shí)際動(dòng)作，這段區(qū)域即是死區(qū)，然后在接受到一定的信號(hào)值后，閥門開始大幅度動(dòng)作，然后進(jìn)入到一個(gè)相對(duì)平緩的直線運(yùn)行區(qū)域，這段相對(duì)平緩的直線即線性區(qū)（linear zone）。然后再經(jīng)過大幅度動(dòng)作區(qū)，死區(qū)，到底滿開度。關(guān)閉亦然。實(shí)際中，很多閥門在實(shí)際中是不可能完全達(dá)到0%和100%開度的，也就是說0%開度閥門一定或多或少有一些流量，而100%開度也不可能是0阻力流動(dòng)的。

了解了“調(diào)節(jié)閉環(huán)控制”的執(zhí)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，之后進(jìn)行調(diào)節(jié)，方法多為PID調(diào)節(jié)。而PID調(diào)節(jié)有很多計(jì)算方法，實(shí)際應(yīng)用卻多用“試湊法”，即先通過經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)一組PID參數(shù)值，再根據(jù)實(shí)際效果調(diào)節(jié)參數(shù)值，達(dá)到預(yù)期的目的。所以實(shí)際中主要調(diào)節(jié)什么參數(shù)，如何去調(diào)節(jié)PID參數(shù)，是最直接需要掌握的內(nèi)容。

首先要知道所調(diào)試的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用方式，即正作用還是反作用。如果被調(diào)節(jié)對(duì)象的測(cè)量值大于給定值，則增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出值，此為正作用。反之為反作用。同一個(gè)容器，即有進(jìn)水閥，也有排水閥，被調(diào)節(jié)對(duì)象是水位，那么如水位高于期望值，需減小進(jìn)水閥的開度，進(jìn)水閥為反作用；需增大排水閥開度，排水閥為正作用。正反作用是PID調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方向問題，找對(duì)了方向，才有可能向好的調(diào)節(jié)效果上發(fā)展。

其次要了解的，就是P、I、D的含義了。比例、積分、微分在PID調(diào)節(jié)的作用。

比例（P）控制是一種最簡(jiǎn)單、最基礎(chǔ)的控制方式。其控制器的輸出與偏差信號(hào)成比例關(guān)系。比例控制的輸出曲線如圖02所示，其輸出

是一條始于原點(diǎn)的直線，而直線的斜率是由比例增益確定的。調(diào)節(jié)的一方面，測(cè)量值和給定值無(wú)限接近，即偏差值很小越好，從而滿足調(diào)節(jié)的精度：另一方面，調(diào)節(jié)需要具有一定的幅度，以保證調(diào)節(jié)的靈敏度。解決這一矛盾的方法就是事先將偏差信號(hào)進(jìn)行放大。比例增益就是用來設(shè)置差值信號(hào)的放大系數(shù)的。籠統(tǒng)的講比例增益就是放大倍數(shù)。一般在初次調(diào)試時(shí)，比例增益可按中間偏大值預(yù)置．待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)再按實(shí)際情況細(xì)調(diào)。而系統(tǒng)當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差，其測(cè)量值曲線的表現(xiàn)是等幅振蕩。

積分（I）控制對(duì)比例控制有強(qiáng)烈的制約效應(yīng)。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分”。隨著時(shí)間的增加，積分作用會(huì)增大。這樣，即便偏差很小，積分也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它反向推動(dòng)控制器的輸出，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，直到等于零。積分曲線如圖03所示，其作用方式是只要有偏差，并且偏差在允許偏差范圍只外，積分就會(huì)起作用，反作用拉動(dòng)比例增幅。反之

如果無(wú)偏差或者偏差在允許范圍內(nèi)，積分作用消失。調(diào)節(jié)積分的參數(shù)是積分時(shí)間，由比例控制可知，比例增益越大，由于慣性導(dǎo)致“超調(diào)”，然后反過來調(diào)整，再次超調(diào)，形成振蕩。引入積分的效果是，使經(jīng)過比例增益放大后的差值信號(hào)在積分時(shí)間內(nèi)逐漸增大，從而減緩其變化速度，防止振蕩。但積分時(shí)間太長(zhǎng)，又會(huì)當(dāng)反饋信號(hào)急劇變化時(shí)，被控物理量難以迅速恢復(fù)。因此，積分時(shí)間的取值與拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)：拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)和積分時(shí)間是成正比的。

微分（D）控制是在調(diào)節(jié)系統(tǒng)在進(jìn)行比例控制和積分控制之前進(jìn)行的超前控制，采用微分控制的主要原因是控制系統(tǒng)中有滯后性。系統(tǒng)在比例控制之后，被控物理量值未及時(shí)的變化，而是比例控制超調(diào)的時(shí)候開始變化，此時(shí)積分作用已不能對(duì)比例進(jìn)行很好的反拉動(dòng)作用，比例因?yàn)閼T性在達(dá)到理想輸出時(shí)向反方向移動(dòng)，無(wú)限制振動(dòng)。這樣就需要微分提前控制，微分控制曲線如圖04，微分作用是在比例控制之前，提前輸出作用于被控對(duì)象，抵消滯后時(shí)間，而后比例控制和積分控制起作用，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。微分根據(jù)差值信號(hào)變化的速率，提前給出一個(gè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作，從而縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間，克服因積分時(shí)間過長(zhǎng)而

使恢復(fù)滯后的缺陷。微分控制參數(shù)主要是微分時(shí)間，微分時(shí)間的取值也與拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)，拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)與微分時(shí)間也是成正比關(guān)系。

PID控制是比例、積分、微分結(jié)合作用控制，目前比較常見的是PI控制和PID控制，根據(jù)實(shí)際的被控對(duì)象不同，選擇的控制組合方式也不同，但目的曲線是相同的，如圖05所示，圖中Y軸代表測(cè)量值及給定刻度。X軸代表時(shí)間，給定值是固定的，所以是一條平行于X軸的直線，理論上，我們希望的曲線，是被控量直接向給定量靠近，進(jìn)而重合，如曲線“理想狀態(tài)下的被調(diào)節(jié)對(duì)象測(cè)量值曲線”，但實(shí)際中并不能實(shí)現(xiàn)，客觀上比較理想的是圖中“調(diào)節(jié)較好的被調(diào)節(jié)對(duì)象測(cè)量值曲線”，被控量圍繞給定量振蕩幾個(gè)周期后，靠近給定量。實(shí)際中，被控量和給定量是不可能完全重合，存在動(dòng)態(tài)的偏差。至于是否能穩(wěn)定，或者經(jīng)過幾個(gè)周期才平穩(wěn)，要取決于參數(shù)的設(shè)置，各個(gè)控制環(huán)節(jié)的性能，還有外擾。3 智能控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)展望

目前，控制理論與技術(shù)向著2個(gè)方向發(fā)展，一是就一個(gè)理論或方法本身的深入研究；二是將不同的方法適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合在一起，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，形成新的控制系統(tǒng)，獲得單一方法所難以達(dá)到的效果，最近出現(xiàn)了下面幾種智能控制中的混合算法。由于專家系統(tǒng)控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制各有特點(diǎn)，因此目前有些研究者集成這些方法，形成了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和專家模糊控制等多個(gè)方向。例如，一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊焊接控制方法、基于進(jìn)化計(jì)算和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的財(cái)政預(yù)算方法、用于醫(yī)學(xué)診斷的粗集神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 和基于模糊專家系統(tǒng)的不穩(wěn)定電壓控制。子波變換、遺傳算法與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合、以及混沌理論等，也將成為智能控制的發(fā)展方向。4 結(jié)束語(yǔ)

智能控制已初具學(xué)科體系，包括基礎(chǔ)理論、技術(shù)方法和實(shí)際應(yīng)用等方面。在基礎(chǔ)理論方面，涉及傳統(tǒng)人工智能的知識(shí)表示和推理、計(jì)算智能(如模糊計(jì)算、神經(jīng)計(jì)算和進(jìn)化計(jì)算等)和機(jī)器學(xué)習(xí)等。在技術(shù)方法方面，對(duì)專家控制、模糊控制、神經(jīng)控制、學(xué)習(xí)控制和仿人控制等系統(tǒng)加以研究。目前，在世界范圍內(nèi)，智能控制和智能自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)正在成為自動(dòng)化領(lǐng)域中最興旺和發(fā)展最迅速的一個(gè)分支學(xué)科，并被許多發(fā)達(dá)國(guó)家確認(rèn)為面向2l世紀(jì)和提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的核心技術(shù)。

第五篇：模糊控制在汽車上的應(yīng)用

模糊控制在汽車上的應(yīng)用

模糊控制在家電上的應(yīng)用已經(jīng)不是什么新鮮事，最近又常常聽說汽車上也有應(yīng)用，一些網(wǎng)友來信詢問，什么是模糊控制？汽車上為什么要使用模糊控制技術(shù)？ 簡(jiǎn)單地說，模糊控制是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的一種特殊形式，具有處理模糊信息的能力。眾所周知，計(jì)算機(jī)處理精確信息達(dá)到無(wú)與倫比的程度，能夠把人造衛(wèi)星準(zhǔn)確地送入軌道。但是，對(duì)于人輕而易舉就能做到的許多事情它卻做不了。這是為什么呢？原來，人具有識(shí)別模糊事物，運(yùn)用模糊概念的能力。

世界上許多東西是不能用精確的數(shù)學(xué)模型來表達(dá)的。人的語(yǔ)言中就有大量的諸如“大概”、“差不多”、“稍高”、“偏低”之類的詞語(yǔ)。事實(shí)上，處理許多事情用模糊的方式比用精確的方式更有效。例如廚師按照他總結(jié)出來的一些模糊的、說不清的原則來操作可以炒出美味的菜肴，而通過精密儀器控制的自動(dòng)過程卻無(wú)能為力。模糊數(shù)學(xué)的創(chuàng)始人，著名的控制論專家扎德在談到這個(gè)問題的時(shí)候曾經(jīng)用汽車停車作為例子。要在擁擠的停車場(chǎng)上兩輛車之間的一個(gè)空隙停放一部汽車，司機(jī)通過一些不精確的觀察，執(zhí)行一些不精確的操縱，輕而易舉的就完成了泊車的工作。而如果通過微分方程表示汽車的運(yùn)動(dòng)，裝備精良的檢測(cè)設(shè)備，用一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)也難以勝任這一工作。

因此，要研制智能化的汽車離不開模糊控制技術(shù)?，F(xiàn)在，已經(jīng)出現(xiàn)了許多商品化的模糊組件，通過裝載推理軟件或推理芯片來實(shí)現(xiàn)各種不同的功能。在汽車的剎車裝置系統(tǒng)、變速控制、車身彈性緩沖系統(tǒng)及巡航控制系統(tǒng)等部件中，已經(jīng)廣泛地使用模糊技術(shù)。例如日本三菱公司研制的模糊跟蹤系統(tǒng)，能夠檢測(cè)前轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角和車速，求得汽車的轉(zhuǎn)彎速度，可以根據(jù)司機(jī)所要求的功率對(duì)輪胎承受能力進(jìn)行控制，還能自調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，從而保證汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不會(huì)發(fā)生偏行。日本三菱公司在轎車的自動(dòng)變速器上使用模糊技術(shù)，大大減少了過去由“電腦”控制自動(dòng)變速器進(jìn)行精確計(jì)算的許多麻煩，使自動(dòng)變速更具實(shí)時(shí)性和時(shí)效性。而美國(guó)的福特汽車公司應(yīng)用模糊技術(shù)制造出一種新的汽車調(diào)節(jié)器，不但能夠準(zhǔn)確地保持汽車速度，還能夠在與別的汽車距離過近時(shí)自動(dòng)剎車。

場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)在純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

引言

當(dāng)今汽車的保有量和使用量的飛速增加使得大氣環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，加上石油資源危機(jī)，使得以電能作為驅(qū)動(dòng)的汽車技術(shù)成為世界各汽車廠商技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。但是電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化還處于初期的準(zhǔn)備階段，與之相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品尚未形成工業(yè)體系。在這一新的領(lǐng)域我國(guó)與國(guó)外處于相近的水平，為此科技部在十·五“863”計(jì)劃專門設(shè)立了電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)，以進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展。

現(xiàn)代汽車工業(yè)和電子技術(shù)飛速發(fā)展，汽車上的電子裝置越來越多。一輛高檔汽車的電氣節(jié)點(diǎn)數(shù)已達(dá)上千個(gè)，如果采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行布線，連線的數(shù)量非常驚人而且有極大的故障隱患。為了解決這一問題，各大汽車廠商從上世紀(jì)70年代開始了車用網(wǎng)絡(luò)的研究，并取得了很大的發(fā)展，形成了多種適合不同傳輸速率及特殊用途的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如：CAN總線、LIN總線、用于診斷的KWP2000、用于X-by-wire 的TTP、多媒體應(yīng)用的MOST協(xié)議等。其中CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）是BOSCH公司于上世紀(jì)80年代提出的。為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，可以很好的解決上述的問題?，F(xiàn)在世界上許多汽車公司，如奔馳、寶馬、大眾等公司已采用CAN總線來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信。

我國(guó)對(duì)車用網(wǎng)絡(luò)、總線、通訊協(xié)議的研究起步比較晚，但近年來發(fā)展比較快，尤其在電動(dòng)汽車項(xiàng)目中總線網(wǎng)絡(luò)得到廣泛的應(yīng)用。2 汽車總線的技術(shù)特征

汽車總線傳輸必須確保以下幾點(diǎn)：保證信息能夠準(zhǔn)確的傳送；總線節(jié)點(diǎn)能夠隨時(shí)訪問總線；節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)先確定的優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問；具有根據(jù)信息內(nèi)容解決總線訪問競(jìng)爭(zhēng)的能力和競(jìng)爭(zhēng)解決后獲勝站點(diǎn)能夠訪問總線且繼續(xù)傳輸信息；節(jié)點(diǎn)在盡量短的時(shí)間內(nèi)成功訪問總線；最優(yōu)化的傳輸速率（波特率）；節(jié)點(diǎn)的故障診斷能力；總線具有一定的可擴(kuò)充性等等。2.1 數(shù)字信號(hào)的編碼

為了保證信息傳輸?shù)目煽啃?，?duì)數(shù)字信號(hào)正確編碼非常重要。汽車局域網(wǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)多采用脈寬調(diào)制（PWM）和不歸零制（NRZ）。PWM作為編碼方案時(shí)，波特率上界為3×105Kbps，用于傳輸速率較低的場(chǎng)合。采用NRZ進(jìn)行信息傳輸，可以達(dá)到1Mbps，用于傳輸速率較高的場(chǎng)合。2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

實(shí)用的汽車局域網(wǎng)是總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如CAN、SAEJ1850、ADVANCED PALMNET等，其優(yōu)點(diǎn)是：電纜短，布線容易；總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又是無(wú)源元件，可靠性高；易于擴(kuò)充，增加新節(jié)點(diǎn)只需在總線的某點(diǎn)將其接入，如需增加長(zhǎng)度可通過中繼器加入一個(gè)附加段。2.3 總線訪問協(xié)議

汽車總線的訪問協(xié)議一般為爭(zhēng)用協(xié)議，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能獨(dú)立決定信息幀的發(fā)送。如果同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，就會(huì)出錯(cuò)，這就要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)有能力判斷沖突是否發(fā)生，發(fā)生沖突時(shí)按某個(gè)規(guī)律等待隨機(jī)時(shí)間間隔后重發(fā)，以避免再發(fā)生沖突。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所使用的防沖突監(jiān)聽措施多為載波監(jiān)聽多路訪問，如CAN、SAEJ1850、ADVANCED PALMNET等都采用的是載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(cè)+無(wú)損仲裁（CSMA/CD+NDA）。3 CAN總線的特點(diǎn)

CAN總線通信協(xié)議是在考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的背景下制訂的，它采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO制訂的開放系統(tǒng)互連ISO-OSI模型中的三層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。CAN總線規(guī)范已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂為國(guó)際準(zhǔn)ISO11898，并被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。得到 MOTOROLA、PHILIPS、Intel、SIEMENS等著名半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家的支持，進(jìn)而迅速推出了各種集成CAN協(xié)議的產(chǎn)品。與一般的總線相比，CAN 總線具有可靠、靈活、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

(1)CAN 總線采用多主結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)上的任一節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，通訊方式靈活。

(2)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)根據(jù)對(duì)總線訪問優(yōu)先級(jí)的不同（取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符），最快可在134μs內(nèi)得到響應(yīng)。

(3)采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，可以大大節(jié)省總線沖突仲裁時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)在擁擠的情況下也不會(huì)癱瘓。

(4)CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而是對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等方式的傳送接收數(shù)據(jù)，容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。

(5)CAN采用NRZ編碼，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5Kbps），通信速率最高可達(dá)1Mbps（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m）。

(6)采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低。CAN的每幀信息都有CRC效驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。

(7)通訊介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

(8)CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。CAN總線在純電動(dòng)汽車中的應(yīng)用

純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車最大的區(qū)別就是用電能來驅(qū)動(dòng)，即用電池和電機(jī)的組合來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制和對(duì)電池的管理就成為電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)。另外純電動(dòng)汽車的控制系統(tǒng)還包括助力轉(zhuǎn)向控制、車身系統(tǒng)控制、組合儀表等部分，每個(gè)部分都有獨(dú)立的控制單元(ECU)，一些先進(jìn)的汽車上還裝備了防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)(ABS)、安全氣囊控制系統(tǒng)(SRS)、巡行控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)(ASR)、懸架控制、空調(diào)控制、防盜及其他控制等控制單元。另外，各種舒適性控制裝置和通訊系統(tǒng)也不斷增多，而且各ECU 之間有著密切的聯(lián)系，構(gòu)成了基于CAN 總線的汽車控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

純電動(dòng)汽車的整車控制系統(tǒng)是由兩條總線構(gòu)成，即高速CAN總線和低速總線。高速CAN總線和低速總線是兩個(gè)獨(dú)立的總線系統(tǒng)。為了便于汽車所有功能的管理，通過網(wǎng)關(guān)將這兩個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)連接起來，不同總線間的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。這樣兩個(gè)總線分別獨(dú)立運(yùn)行，只有需要在兩種總線間交換的數(shù)據(jù)才通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行傳輸。這種方式可將不同類型的信息分開，減輕了各網(wǎng)絡(luò)總線上的負(fù)擔(dān)。高速CAN總線主要連接電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)和故障分析記錄系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)組成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)、電池、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等關(guān)鍵系統(tǒng)的快速控制。

低速總線主要用于連接車身系統(tǒng)，連接對(duì)象主要為汽車中的聯(lián)合裝配單元，如門窗、照明、空調(diào)、濕度傳感器、中央集控鎖等，并通過網(wǎng)關(guān)作為子網(wǎng)接入高速CAN總線，組成一個(gè)統(tǒng)一的多元網(wǎng)絡(luò)。車身中位置比較近的元件連接到一個(gè)ECU，元件的狀態(tài)和控制信號(hào)可以通過與其連接的ECU與總線進(jìn)行通訊。每一個(gè)ECU自成系統(tǒng)，可以根據(jù)本地信號(hào)和總線上的信號(hào)，控制本地執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，同時(shí)將與其他節(jié)點(diǎn)共享的信號(hào)發(fā)送到低速總線上。目前，在汽車中應(yīng)用較多的低速總線有兩種。一種是低速CAN總線，是按照ISO 11519-

2、J1939以及J2284組建低速容錯(cuò)CAN總線。另一種是LIN總線，即局域互連網(wǎng)絡(luò)(Local Interconnect Network)，是按照ISO 9141 標(biāo)準(zhǔn)[2]來建立，能有效的支持汽車中分布式機(jī)械電子節(jié)點(diǎn)的控制。LIN總線具有成本低、可靠性高的特點(diǎn)，可以很容易的將一些成分比較敏感的元件，如智能傳感器、舒適性設(shè)備等，連接到汽車網(wǎng)絡(luò)中，在汽車應(yīng)用中有望成為低速網(wǎng)絡(luò)的主流。

圖1 純電動(dòng)汽車中控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

整車控制ECU是整個(gè)汽車控制的中心。司機(jī)的鑰匙信號(hào)、加速信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)都進(jìn)入到整車控制ECU，整車控制ECU通過對(duì)這些信號(hào)的分析并綜合檢測(cè)傳感器的狀態(tài)，產(chǎn)生各個(gè)節(jié)點(diǎn)的操作信號(hào)，并通過CAN總線將控制指令送到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。電機(jī)控制ECU和轉(zhuǎn)向、制動(dòng)ECU根據(jù)整車控制ECU的控制指令，操縱汽車按照要求行駛。高速CAN總線上還設(shè)置故障診斷ECU，負(fù)責(zé)整車故障信息的診斷和存儲(chǔ)，并控制故障信號(hào)顯示，還可以通過無(wú)線通訊系統(tǒng)和外部的故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行通訊。另外高速CAN總線上設(shè)置了車載記錄儀，其作用類似飛機(jī)的“黑匣子”，用于記錄行車數(shù)據(jù)，分析記錄整車系統(tǒng)的運(yùn)行情況。控制網(wǎng)絡(luò)的低速總線采用LIN總線。LIN總線是單主機(jī)節(jié)點(diǎn)和一組從機(jī)節(jié)點(diǎn)多點(diǎn)總線，主控制器為主站，其它車身系統(tǒng)為從站，主控制器同時(shí)作為L(zhǎng)IN總線和高速CAN總線的網(wǎng)關(guān)，將整個(gè)車身系統(tǒng)總線連成一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，這樣所有 ECU 都掛到總線上，極大地簡(jiǎn)化了汽車內(nèi)控制系統(tǒng)的線路聯(lián)系，達(dá)到簡(jiǎn)化布線、提高系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性、降低成本、更好的協(xié)調(diào)各個(gè)控制子系統(tǒng)的目的。

隨著車載多媒體在車輛中的廣泛應(yīng)用，GPS、電話、音響、電視、DVD等系統(tǒng)進(jìn)入汽車內(nèi)，這些裝置之間需要頻繁的通訊，而且信息量巨大，CAN總線或J1850總線無(wú)法滿足這些裝置間的通訊要求，因?yàn)閭鬏數(shù)乩硇畔ⅲ℅I）、數(shù)字音頻信息或車輛位置信息至少需要5Mbps的網(wǎng)絡(luò)速度，這樣就出現(xiàn)了一種新型總線IDB-1394，可以支持100、200、400Mbps的通訊速度，完全可以滿足高速通訊的網(wǎng)絡(luò)需求。

CAN總線是一種控制策略總線，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛本身的控制，而IDB-1394總線則是以多媒體信息交互、共享為目的。為實(shí)現(xiàn)車身整體性能的優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)CAN總線和IDB-1394總線間的信息流動(dòng)，在兩總線間增加網(wǎng)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)車身總線網(wǎng)絡(luò)的一體化，從而實(shí)現(xiàn)車身的總線一體化控制。我國(guó)在CAN總線研究的重點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)問題

CAN符合ISO/OSI的參考模型，但只規(guī)定了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，用戶需要自己開發(fā)應(yīng)用層協(xié)議。如Rockwell公司的DeviceNet協(xié)議和Honeywell公司的SDS總線就是CAN協(xié)議基礎(chǔ)上的應(yīng)用層協(xié)議。國(guó)內(nèi)在這方面的應(yīng)用研究則剛剛起步，為了縮短同國(guó)外轎車技術(shù)水平的差距并提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，我國(guó)汽車CAN總線的研究重點(diǎn)應(yīng)是研究和開發(fā)自己的汽車總線與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，針對(duì)具體的車型開發(fā)ECU的硬件和應(yīng)用層的軟件，并構(gòu)成車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。

利用CAN總線構(gòu)建一個(gè)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，需要解決以下關(guān)鍵技術(shù)問題：確定總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問題；在高電磁干擾環(huán)境下的數(shù)據(jù)的可靠傳輸；確定最大傳輸時(shí)的延時(shí)大小；網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)和監(jiān)控、故障診斷等功能。6 結(jié)論

隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車總線這種有巨大應(yīng)用前景的技術(shù)將得到更快的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用。就我國(guó)的國(guó)情而言，加快對(duì)汽車總線技術(shù)的研究，開發(fā)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車總線技術(shù)并應(yīng)用于自己的汽車產(chǎn)業(yè)是當(dāng)務(wù)之急，也是人們工作的重點(diǎn)。