ICS 25.040.40 J 07
中华人民共和国国家标准
GB/T 32854.1-2016
工业自动化系统与集成
制造系统先进控制与优化软件集成
第1部分：总述、概念及术语
Industrial automation systems and integration-
Integration of advanced process control and optimization
software for manufacturing systems- Part 1 : overview , concepts and terminologies
2017-03-01实施
2016-08-29 发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T 32854.1-2016
目 次
前言引言 1 范围
II IV
规范性引用文件 术语和定义
2
3
3.1 一般术语 3.2 控制与优化 3.3 评估 3.4 建模分析 3.5 系统实现缩略语 5 层次定位 6先进控制与优化功能体系结构 6.1功能体系结构 6.2模块基本概念附录A（资料性附录） 先进控制与优化系统应用架构示例附录B（资料性附录) 典型的软测量技术附录C(资料性附录) 典型的先进控制技术附录D（资料性附录) 典型的优化技术附录E(资料性附录) 典型的性能评估技术参考文献
4
X
10 11 12 GB/T 32854.1—2016
前言
GB/T32854《工业自动化系统与集成制造系统先进控制与优化软件集成》拟分为四个部分：
第1部分：总述、概念及术语(Overview，concepts and terminologies) 第 2部分:架构和功能(Framework and functions) 第 3部分：活动模型和工作流（Activity models and workflows） -第 4 部分：信息交互和使用(Information exchange and usage)
本部分为GB/T32854.12016的第1部分。 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本部分由中国机械工业联合会提出。 本部分由全国自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC159)归口。 本部分起草单位：浙江大学、浙江中控软件技术有限公司、北京机械工业自动化研究所。 本部分主要起草人：苏宏业、黎晓东、张艳辉、卢山、谢磊、王海丹、王越、金晓明、古勇、张泉灵、杨开香、
李鸿亮、叶建位、张军、刘炳杰、张树吉。 GB/T 32854.1—2016
引言
工业自动化涉及的范围广泛，过程控制是其中最重要的一个分支。它主要针对所有过程参数，即温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等参数的控制问题，几乎覆盖所有的工业领域，如石油、化工、 电力、冶金、纺织、建材、轻工、核能、制药等。
随着现代工业的发展与被控对象的复杂化，如多参数时变、大滞后以及具有严重非线性和强耦合的多输人/多输出等控制难点与特点大量显现，常规的单回路控制策略已不能满足现代工业自动控制的要求。自1970年代以来，随着控制理论及技术的发展，提出了一系列基于模型的多回路控制策略、基于人工智能的控制策略和基于随机统计分析的监督控制策略等的先进控制方法，多变量模型预测控制、模糊控制、专家控制、随机统计过程控制等。
与常规控制相比，先进控制与优化系统集前馈、反馈与优化原理于一体，能在苛刻的装置多重约束下，使生产在最优约束的边界上可靠运行。通过实施先进控制与优化，可以改善过程动态控制的性能、 减少过程变量的波动幅度，使之能更接近其优化目标值，从而实现生产装置的卡边控制，以便增强装置运行的稳定性和安全性，保证产品质量的均匀性，提高目标产品收率和增加装置处理量，以及降低运行成本和减少环境污染等。
先进控制与优化是制造系统的关键环节，是生产计划和调度指令的实际执行者，衔接制造运行管理和底层基础控制。
过程制造领域中，不同的供应商或开发商提供了功能类似的软件，但由于历史背景的不同、开发环境的差异，以及对需求关注重点的偏差，导致各个供应商或开发商的软件之间相对封闭、孤立，使得用户可能重复购买功能类似的软件，造成资源浪费。依照本标准可以最大化地实现不同供应商开发的软件之间的集成与协同。
先进控制与优化软件需要供应商、开发商或咨询服务商根据实际工程进行设计、实施、调试和培训，需要统一的标准规范进行指导。
本部分给出了先进控制与优化软件集成的通用架构、关键功能，以及其交互方式，在本部分指导下设计、开发和实施的软件，具有通用性、开放性和可扩展性。
N GB/T 32854.12016
工业自动化系统与集成
制造系统先进控制与优化软件集成
第1部分：总述、概念及术语
1范围
GB/T32854的本部分规定了制造系统先进控制与优化软件集成的术语、定义和功能体系结构，以及软测量、先进控制、优化和性能评估模块的基本概念。
本部分适用于先进控制与优化软件的开发组织（软件开发商）、先进控制与优化软件的应用组织（工
程解决方案供应商、过程生产部门、企业信息部门）、独立的软件测试机构、先进控制与优化软件实施及咨询服务机构以及软件行业协会、各地区信息产业主管部门等。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T20720.1　企业控制系统集成　第1部分：模型和术语
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1一般术语
3.1.1
基准benchmark 衡量控制算法或控制策略性能的一种测试标准。
3.1.2
流程模拟process simulation 通过科学计算和机理模型模仿制造过程的一种方法。
3.2控制与优化 3.2.1
自适应控制adaptive control 针对被控对象特性或外界环境变化，采用自动方法改变或影响控制结构与参数的控制策略。
3.2.2
先进控制与优化 advanced process control and optimization 先进控制策略与优化策略的集合。
3.2.3
串级控制系统cascade control system 一种经典的复杂控制系统，由两个或两个以上的控制器串联连接组成两个或两个以上的闭环控制
I GB/T 32854.1—2016
回路，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值，每个控制器都有独立的测量输入，但只有主控制器具有独立的设定值。 3.2.4
闭环回路 closed-loop 一种控制系统的连接方式：有关被控变量的信息反馈给控制器，实现自动地控制被控变量。
3.2.5
解耦控制decoupling control 在多变量控制系统中，消除或部分消除多个输人/输出变量之间耦合作用的控制方法。 示例：静态解耦控制，动态解耦控制。
3.2.6
专家控制 Jexpert control 通过规则库和推理过程，利用人类专家的知识和解决问题的方法来进行相关控制的策略。
3.2.7
反馈校正 feedback rectification 在预测控制器中，修正模型预测结果与系统实际输出之间偏差的策略。
3.2.8
滤波 filtering 为消除或削减原始信号中各种干扰和噪声的方法。 示例：低通滤波、一阶惯性滤波等。
3.2.9
滚动优化horizon optimization 在预测控制器中，采用有限时域内反复在线优化的策略
3.2.10
操作变量manipulated variable 控制系统中，用于调节被控变量的输人变量。
3.2.11
模型预测控制model predictive control 一种综合可预测过程未来行为的动态模型、在线反复优化计算并滚动实施控制作用、模型误差的反
馈校正技术的闭环优化控制策略，简称预测控制。
示例：模型算法控制、动态矩阵控制和广义预测控制。 3.2.12
PID 控 制 proportional-integral-derivative control 根据被控系统的被控变量与设定值的偏差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的一种经
典控制算法。 3.2.13
稳态优化 steady state optimization 用代数方程和相关约束条件来描述，使系统处于稳态状况下最优运行的优化方法。
3.3评估 3.3.1
控制性能评估control performance assessment 利用信号处理、时间序列建模、概率统计分析等技术对控制系统的可测信号进行分析，并结合专家
经验对控制系统的运行状态给出评价。
2 GB/T 32854.1-2016
3.3.2
故障检测 fault detection 确定制造过程中系统或设备有无异常的检查技术或过程。
3.3.3
故障诊断 fault diagnosis 制造过程中对系统或设备异常状态原因的识别技术或过程。
3.4建模分析 3.4.1
动态dynamic state 输出变量随时间而变化的不平衡状态。
3.4.2
偏最小二乘partial least squares 一种多元统计分析计算方法。通过多元投影变换，分析两个不同矩阵中变量的相互关系，可用于直
接分析过程变量和质量变量间的映射关系。 3.4.3
预测模型predictive model 预测控制器中，用于描述被控对象特性的模型。
3.4.4
主元分析 principal component analysis 将多个变量通过线性变换以选出较少个数重要变量的多元统计分析计算方法。
3.5系统实现 3.5.1
先进控制与优化平台 advanced process control and optimization platform 支撑先进控制与优化策略的计算机软件系统。
3.5.2
集散控制系统distributed control system 综合计算机、控制、通信、网络和图形显示等技术，形成以微处理器为核心的计算机控制系统。总体
设计思想是采用控制分散和管理集中相结合的原则，保证系统具有高的可靠性、灵活性和可适用性。 3.5.3
实时数据库real time database 结合数据库技术和实时处理技术,实现制造过程数据的自动采集、存储和监视的软件系统。
4缩略语
下列缩略语适用于本文件。 ACF：自相关函数（Auto-Correlation Function） APC:先进控制(Advanced Process Control) APC-O:先进控制与优化（Advanced Process Control and Optimization) CPA:控制性能评估（Control Performance Assessment) DCS:集散控制系统（Distributed Control Systems) FIR:有限脉冲响应模型（Finite Impulse Response model)
3 GB/T 32854.1--2016
IMC:内模控制 (Internal Model Control) KPI:关键性能指标（(Key Performance Indicators) MIMO:多输人多输出（Multi-Input Multi-Output) MOM:制造运行管理(Manufacturing Operations Management) MPC:模型预测控制(Model Predictive Control) PCS:过程控制系统(Process Control System) PID:比例-积分-微分控制器（Proportional-Integral-Derivative controller) PLC:可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controllers) PLS:偏最小二乘（Partial Least Squares) RTDB:实时数据库(Real Time Database) RTO:实时优化(Real Time Optimization)
5层次定位
GB/T20720.1提出的制造业功能层次（如图1所示)描述了制造业的功能层次模型：第0层:定义了实际物理流程。 第 1层:定义了感知和操控物理流程的活动。第 1层运行的时限是秒,甚至更快。 第 2层：定义了监测和控制物理流程的活动。第2层运行的时限是小时、分钟和秒,甚至更快。 第3层：定义了制造期望产品的工作流的活动。包括记录维护和流程协调的活动。第3层运行的
时限是日、班组、小时、分钟和秒。
第4层：定义了制造组织管理所需的业务相关活动。制造相关活动包括建立基础车间调度（比如物料的使用、传送和运输），确定库存水平以及确保物料按时传送给合适的地点以进行生产。第3层的信息是第4层活动的关键。第4层运行的时限是月、周和日。
第4层
4-建立基本的车间调度-生产，原材料使用、 配送和运输，决定库存水平
业务计划和物流管理车间生产计划、运行管理等
时限
月、周、日
第3层
3-工作流/计划控制，按状态将产品的生产过程分级，档案维护，生产过程优化
制造运行管理分派生产、详细生产调度、可靠性保证等 时限
---
日、班组、小时、分钟、秒
第2层
2-监测，制造过程的监督控制和自动控制时限
小时、分钟、秒 1-感知制造过程，操控制造过程
离散控制
批控制
连续控制
第1层
0-制造过程
第0层
图1制造业功能层次
4