國家科技進步一等獎“高端控制裝備的設計開發平臺研究與應用”——攻克高端控制裝備關鍵技術

   半個多世紀以來，我國重大裝備制造業的“大腦”——高端控制裝備幾乎完全被國外壟斷，成為中國工業大而不強、受制于人的關鍵之“痛”。

　　“設備的‘身體’進來了，‘大腦’還在人家手上，我們要改變這樣的局面。”本世紀初，以浙江大學孫優賢院士為核心的科研團隊，瞄準高端控制裝備及系統的高安全性、高可靠性、高適應性和大規模化等四大難題，聯合上海電氣集團股份有限公司、杭州優穩自動化系統有限公司、杭州哲達科技股份有限公司等企業攜手攻關，終于研制出面向重大工程配套的高端控制裝備及系統的設計開發平臺。

　　科研團隊重要的實驗平臺，安置在浙江大學玉泉校區控制工程大樓里。一年365天、每天24小時不間斷運行的實驗設備，模擬的是真實場景的大型工業現場的“大腦中樞”，教授們稱它們為“桌面工廠”。在新技術正式上馬前，研究人員先要在這里完成研發和各種安全、穩定性測試。經過十余年的技術開發和應用研究，課題組研制成功了高端控制裝備及系統的設計開發平臺，為石化、冶金、化工、能源各個行業的重大裝備的高端控制系統，提供硬件平臺、軟件平臺、先控與優化平臺等一體化的技術支撐。

　　上海電氣是中國最大的綜合性裝備制造業集團之一，產品覆蓋火力發電機組、核電機組、風電、重型裝備、輸配電等領域。“控制系統是機械裝備的關鍵部分，過去我們都是用進口裝備來武裝我們自己的裝備，但是價格貴，受到制約也多。”曾任集團中央研究院院長、現任上海電氣集團事業部部長的黃建民，10年來已經和浙大的科學家們結成了老朋友。“在浙江大學王文海研究員等科學家的支持下，我們形成了自主的硬件軟件開發系統，結束了受國外公司束縛的局面。我們生產的火電、核電、污水處理項目裝備，在很多地方建成了推廣示范項目。”

　　高爐TRT裝置，是利用高爐煤氣余壓余熱進行發電的能量回收裝置。該裝置能給鋼鐵企業帶來顯著的經濟效益，但前提是必須具有高安全性、高可靠性，不能影響高爐生產。10多年間，課題組設計的智能運行控制方法不斷升級，在高爐頂壓穩定性、TRT升速過程平穩性、緊急切換安全性方面都已優于國際同類控制系統。10年來，調試控制設備的速度越來越快：10年前，調試花了兩個月，去年最新上馬的TRT調試，只調試了5天，就實現了并網發電。“該速度在我們這里創造了一個奇跡。”柳鋼煉鐵廠副廠長張洪波說，“這是科學家和我們長期合作形成的默契。”

　　“工業實際多年無法攻克的難題，往往蘊含了國際前沿的學術問題。”這是課題組劉興高教授常說的一句話，劉老師長期瞄準的方向，是高端控制裝置及系統的優化平臺中，冶金、石化、煤化等領域的重大通用裝備——空氣分離裝置。

　　空氣分離裝置的難題是動態建模難、節能控制難、運行優化難，許多美國、日本的大科學家傾注了一輩子心血在這一研究領域。10多年來，劉興高老師課題組理論研究與應用研究相結合，在國際上首次報道了內部熱耦合精餾的反向響應和獨特的波動現象，建立了非線性波動模型，從本質上找到了高效節能過程難以控制的原因所在;同時，在國際上率先提出了確保產品質量和最大效能下，可控可操作的一體化優化設計方法，首次設計出了99.999%的超高純熱耦合控制方案，得到了多種高效的節能潛力優化方法和生產潛力優化方法，形成了具有自主知識產權的優化控制系列核心技術，處于國際領先水平，多項發明專利授權國際空分行業龍頭公司實施應用。

　　2012年2月，由張鈸院士領銜的自動化領域國家重點實驗室評估專家組評價：高端控制裝備及系統的設計開發平臺，為解決控制裝備高可靠性、高適應性、高安全性與大規模技術難題，攻克了高端控制裝備及系統設計關鍵技術，形成具有自主知識產權的核心技術體系，并在重大工程中得到應用，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。

　　據統計，浙江大學孫優賢團隊的高端控制裝備研發成果，已經有2500套成功應用于大型高爐TRT裝置、空氣分離裝置、火電機組及各行業工業裝置，其中包括寶鋼集團最大的5000立方米高爐、韓國現代制鐵集團最大的5250立方米高爐;成果的技術性能指標全面優于國外主流控制系統，達到同類技術的領先水平;產品已出口美國、德國、日本、韓國等多個國家，具有國際市場競爭優勢;獲得授權發明專利65項，軟件著作權30項，SCI、EI論文108篇，專著、編著4本;近3年新增產值189.1億元，創造經濟效益72.9億元。