智能工厂—安全监测有效性评估方法制定背景

在工业领域，安全监测包括了监控装置火灾、可燃气体泄漏、有毒气体泄漏等事故的仪表及其报警、联锁功能，是保护人员、环境及设备的关键的安全部件，能在最快的时间监测到危险情况发生，并及时采取包括声光报警、远程通讯报警及联动等一系列动作进而实现最大限度的安全保护，有效的遏制事故发展，保障人员和经济财产安全。

安全监测在安全生产中具有至关重要的地位，是预防危险事故发生及控制后果严重性的有效手段，为了保证在对可燃气体、毒气泄漏或火灾发生实现可靠、及时的监测和保护，必须使用安全性高、可靠性好、可用率高、误动作少的监测仪表和设备。因此对安全监测进行有效性和功能安全评估十分重要，评估的理论规范是进行评估的基础。

智能工厂—安全监测有效性评估方法编制进程

• 标准计划

2018年1月9日，国家标准计划《智能工厂—安全监测有效性评估方法》（20173706-T-604）下达，项目周期24个月，由中国机械工业联合会提出，TC124（全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会）归口上报，TC124SC10（全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会系统及功能安全分会）执行，主管部门为中国机械工业联合会。

• 发布实施

2020年10月11日，国家标准《智能工厂—安全监测有效性评估方法》（GB/T 39173-2020）由中华人民共和国国家市场监督管理总局、中华人民共和国国家标准化管理委员会发布。

2021年5月1日，国家标准《智能工厂—安全监测有效性评估方法》（GB/T 39173-2020）实施。

智能工厂—安全监测有效性评估方法制定依据

国家标准《智能工厂—安全监测有效性评估方法》（GB/T 39173-2020）依据中国国家标准《标准化工作导则—第1部分：标准的结构和编写规则》（GB/T 1.1-2009）规则起草。

智能工厂—安全监测有效性评估方法起草工作

主要起草单位：中国石油管道局工程有限公司设计分公司、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、梅思安（中国）安全设备有限公司、上海合含科技有限公司、北京能源集团有限责任公司、中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院、中国石油天然气股份有限公司安全环保技术研究院、中石化广州工程有限公司、中石化石油工程设计有限公司、郑州吉地艾斯仪器有限公司、北京力拓节能工程技术有限公司、北京星火博安智能科技有限公司、华测检测认证集团股份有限公司、北京市劳动保护科学研究所、南京航空航天大学、清华大学、中石油管道有限责任公司西气东输分公司、中国石油天然气股份有限公司西部管道分公司、中国石油天然气股份有限公司西南管道分公司。

主要起草人：卜志军、李麟、刘瑶、朱明露、汪涛、戴叶、潘宇、李玉明、张志凌、王怀义、史学玲、文科武、纪志军、杨炳雄、刘海峡、关天罡、金生祥、梅东升、马万军、徐德腾、罗方伟、梁爽、马云鹂、沙蓓裔、陈涛、王永福、刘攀超、李锴、肖连、陈超声、陈小华、靳江红、赵劲松、张黎明、姜巍巍、张卫华、王刚、柳晓菁。

参考资料：

《智能工厂—安全监测有效性评估方法》（GB/T 39173-2020）规定了安全监测有效性评估方法的一般要求，火焰、可燃气体、有毒气体和超声探测器安全监测有效性评估的方法。该标准适用于石油、石油化工、天然气领域的智能工厂对火焰、可燃气体、有毒气体和超声的安全监测进行有效性评估。其他领域的智能工厂可参照执行。

参考资料：

《智能工厂—安全监测有效性评估方法》（GB/T 39173-2020）规定了对安全监测进行有效性和功能安全评估的技术、方法和规程，其意义在于指导和规范全生命周期安全监测设计、管理和评估工作，为评估实践提供理论依据。 2100433B

《路堑边坡变形监测与稳定性安全评估方法》以边坡开挖卸荷的力学机理理论及边坡岩土体蠕动变形理论基础为出发点，结合在福建山区高速公路边坡建设过程开展的大量深孔位移监测数据成果，对路堑边坡的历时变形规律进行研究。《路堑边坡变形监测与稳定性安全评估方法》对于从事高速公路边坡设计、施工及运营中的高速公路边坡稳定性评价与滑坡防治的工程技术人员有很好的借鉴和参考作用。

第1章智能工厂概述 1

1.1 智能工厂的定义与特征 1

1.1.1 智能工厂的定义 1

1.1.2 智能工厂的特征 2

1.1.3 智能工厂的企业建模理论 3

1.1.4 智能工厂设备的配置原则 6

1.1.5 智能工厂设备的技术特征 8

1.2 智能工厂设备常见算法 9

1.2.1 模糊控制算法 9

1.2.2 人工神经网络（ANN）算法 11

1.2.3 粒子群（PSO）算法 16

第2章智能工厂电源配置研究 23

2.1 电力负荷预测 23

2.1.1 电力负荷预测的意义 23

2.1.2 电力负荷预测模型 24

2.1.3 基于Elman神经网络的电力负荷预测 28

2.2 逆变电源的最优控制 32

2.2.1 逆变电源控制的难点 32

2.2.2 单相全桥逆变器的工作原理 33

2.2.3 状态反馈精确线性化 34

2.2.4 Matlab仿真结果分析 37

2.3 分布式电源的处理方法 38

2.3.1 PV型电源节点处理方法 38

2.3.2 PI型电源节点处理方法 40

2.3.3 弱环网的处理 41

2.4 电池模型与配置 42

2.4.1 电池寿命实时估算算法 42

2.4.2 仿真结果 44

第3章智能工厂电机驱动配置研究 48

3.1 电机驱动的脉宽调制技术 48

3.1.1 脉宽调制技术原理 48

3.1.2 正弦脉宽调制基本原理 50

3.1.3 单极性PWM调制与双极性PWM调制 53

3.1.4 异步调制和同步调制 55

3.1.5 三相逆变输出器的电压和波形的SPWM控制 56

3.2 单电机变频器的配置研究 58

3.2.1 SVPWM调制技术原理 58

3.2.2 SVPWM算法实现 61

3.2.3 基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制系统 64

3.2.4 基于SVPWM的直接转矩控制系统仿真研究 66

3.3 双电机变频控制系统的配置研究 70

3.3.1 双电机控制案例 70

3.3.2 双变频系统的模型分析 73

3.3.3 通用变频器共直流母线方案 80

3.3.4 双电机变频器的两种连接方法 82

第4章智能工厂PID控制设备配置研究 84

4.1 PID控制概述 84

4.1.1 模拟PID控制和数字PID控制 84

4.1.2 模糊PID控制 87

4.1.3 神经元PID控制 93

4.2 模糊神经网络的流量PID控制 98

4.2.1 流量控制系统分析 98

4.2.2 模糊PID控制面临的问题 98

4.2.3 神经网络PID控制面临的问题 100

4.2.4 模糊神经网络PID控制的解决思路 104

4.3 电液伺服控制系统的PID控制 105

4.3.1 电液伺服控制系统分析 105

4.3.2 液压缸传递函数的确定 106

4.3.3 电液伺服阀传递函数的确定 107

4.3.4 RBF在线辨识与PID参数自适应整定 108

4.4 基于PSO-PID的净水加药自动控制 114

4.4.1 净水加药自动控制系统概述 114

4.4.2 PSO-PID算法 115

第5章智能工厂机器人配置研究 121

5.1 机器人概述 121

5.1.1 机器人的定义 121

5.1.2 智能工厂中的机器人技术 123

5.1.3 六自由度多关节机器人的结构设计 124

5.2 移动机器人的配置研究 131

5.2.1 移动机器人环境模型的建立 131

5.2.2 移动机器人路径规划的粒子群算法 133

5.2.3 移动机器人路径规划的蚁群算法 136

5.3 多关节机器人的配置研究 142

5.3.1 多关节机器人的数学模型 142

5.3.2 多关节机器人的滑模控制 143

第6章智能工厂无线网络配置研究 150

6.1 蓝牙技术与网络配置 150

6.1.1 蓝牙技术的特点 150

6.1.2 智能工厂蓝牙网络的跳频技术 152

6.1.3 蓝牙协议栈 157

6.1.4 智能工厂蓝牙应用模式 160

6.2 WiFi技术与网络配置 162

6.2.1 WiFi协议的基本内容 162

6.2.2 WiFi网络的组成元件与类型 163

6.2.3 WiFi网络的OFDM调制技术 164

6.2.4 WiFi网络的大尺度衰落 166

6.2.5 WiFi网络的小尺度衰落 169

6.2.6 智能工厂WiFi信道的建模 171

6.3 超宽带技术与网络配置 174

6.3.1 超宽带无线技术的主要特点 174

6.3.2 超宽带系统的脉冲成形技术 176

6.3.3 超宽带脉冲调制技术 177

6.3.4 超宽带系统多址技术 179

6.4 无线传感器网络技术与网络配置 182

6.4.1 无线传感器网络节点结构 182

6.4.2 无线传感器网络的拓扑结构 184

6.4.3 无线传感器网络的路由协议 186

参考文献 189

图书目录

项目一　智能工厂认知………………………………………………………………001

任务1　“工业4.0”及智能工厂概述………………………………………………001

任务2　SX-TFI4智能教学工厂认知………………………………………………012

项目二　智能服务中心的设计与实践………………………………………………020

任务1　智能服务中心的功能需求分析……………………………………………020

任务2　智能服务中心的系统设计…………………………………………………027

任务3　智能服务中心的操作与维护………………………………………………034

项目三　智能控制中心的设计与实践………………………………………………039

任务1　智能控制中心的功能需求分析……………………………………………039

任务2　智能控制中心的系统设计…………………………………………………043

任务3　智能控制中心的操作与维护………………………………………………050

项目四　智能原材料仓库的设计与实践……………………………………………067

任务1　智能原材料仓库的功能需求分析…………………………………………067

任务2　智能原材料仓库的系统设计………………………………………………072

任务3　智能原材料仓库的操作与维护……………………………………………086

项目五　智能加工系统的设计与实践………………………………………………098

任务1　智能加工系统的功能需求分析……………………………………………098

任务2　智能加工系统的系统设计…………………………………………………105

任务3　智能加工系统的操作与维护………………………………………………110

项目六　智能装配系统的设计与实践………………………………………………124

任务1　智能装配系统电动机装配单元的功能需求分析…………………………124

任务2　智能装配系统电动机装配单元的系统设计………………………………131

任务3　智能装配系统电动机装配单元的操作与维护……………………………137

任务4　智能装配系统拧螺钉单元的功能需求分析………………………………152

任务5　智能装配系统拧螺钉单元的系统设计……………………………………157

任务6　智能装配系统拧螺钉单元的操作与维护…………………………………163

项目七　智能检测系统的设计与实践………………………………………………178

任务1　智能检测系统的功能需求分析……………………………………………178

任务2　智能检测系统的系统设计…………………………………………………184

任务3　智能检测系统的操作与维护………………………………………………187

项目八　智能包装系统的设计与实践………………………………………………201

任务1　智能包装系统的功能分析…………………………………………………201

任务2　智能包装系统的系统设计…………………………………………………208

任务3　智能包装系统的操作与维护………………………………………………213

项目九　智能成品仓库的设计与实践………………………………………………222

任务1　智能成品仓库的功能需求分析……………………………………………222

任务2　智能成品仓库的系统设计…………………………………………………226

任务3　智能成品仓库的操作与维护………………………………………………240

项目十　智能制造技术的应用实践…………………………………………………248

附录……………………………………………………………………………………262

附录A　智能工厂配电原理图………………………………………………………262

附录B　主、从站信号对接表………………………………………………………264 2100433B