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  國家科技進步一等獎“高端控制裝備的設計開發(fā)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(yè)的“大腦”——高端控制裝備幾乎完全被國外壟斷，成為中國工業(yè)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(yōu)賢院士為核心的科研團隊，瞄準高端控制裝備及系統(tǒng)的高安全性、高可靠性、高適應性和大規(guī)模化等四大難題，聯合上海電氣集團股份有限公司、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企業(yè)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(tǒng)的設計開發(fā)平臺。

　　科研團隊重要的實驗平臺，安置在浙江大學玉泉校區(qū)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(yè)現場的“大腦中樞”，教授們稱它們?yōu)?ldquo;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(fā)和各種安全、穩(wěn)定性測試。經過十余年的技術開發(fā)和應用研究，課題組研制成功了高端控制裝備及系統(tǒng)的設計開發(fā)平臺，為石化、冶金、化工、能源各個行業(yè)的重大裝備的高端控制系統(tǒng)，提供硬件平臺、軟件平臺、先控與優(yōu)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(yè)集團之一，產品覆蓋火力發(fā)電機組、核電機組、風電、重型裝備、輸配電等領域。“控制系統(tǒng)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(yè)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(fā)系統(tǒng)，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(fā)電的能量回收裝置。該裝置能給鋼鐵企業(yè)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(wěn)定性、TRT升速過程平穩(wěn)性、緊急切換安全性方面都已優(yōu)于國際同類控制系統(tǒng)。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(fā)電。“該速度在我們這里創(chuàng)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(yè)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(tǒng)的優(yōu)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(tài)建模難、節(jié)能控制難、運行優(yōu)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(jié)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(yōu)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(jié)能潛力優(yōu)化方法和生產潛力優(yōu)化方法，形成了具有自主知識產權的優(yōu)化控制系列核心技術，處于國際領先水平，多項發(fā)明專利授權國際空分行業(yè)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(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(tǒng)計，浙江大學孫優(yōu)賢團隊的高端控制裝備研發(fā)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(yè)工業(yè)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(yōu)于國外主流控制系統(tǒng)，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(yōu)勢;獲得授權發(fā)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(chuàng)造經濟效益72.9億元。