信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems, CPS)是将计算单元与物理单元通过新型通信网络高度集成的复杂系统,嵌入式计算机与网络通过反馈回路监视和控制物理过程,在反馈回路中物理进程与信息进程相互影响。CPS是信息空间和物理空间交集,而不是并集,不能将计算和物理组件独立开来,信息空间和物理空间的融合是提高CPS融合度的关键,实现许多大型复杂系统的实时感知、动态控制。信息物理融合系统是广泛应用于各领域的新兴技术。目前,对CPS的设计和实施难度不断增加,预计CPS会在即将到来的嵌入式系统起到至关重要作用。将信息物理融合系统应用在化工过程安全运行中是我国未来化工生产过程的发展趋势,致力于提高化工生产过程安全性。为达到系统安全性,需根据化工过程特点设计具有自主性、实时性的模型,能使化工过程实时监测、传输、预测、自主解决化工故障。本文主要目的是利用信息物理融合系统为化工过程的安全运行提供解决方案。本文借助感知控制论具有的层次特性和自主性对化工过程安全运行的信息物理融合系统进行建模与分析。因为化工过程安全运行的信息物理融合系统是一个对实时性、安全性和自主性要求非常高的系统,所以本文利用感知控制论的特性设计具有对物理世界实时感知、自主性高及由多个层级组织起来的跟人类的感知控制模式类似的CPS系统模型。并针对化工过程对安全性的高需求,本文对化工过程安全运行的信息物理融合系统模型涉及的关键技术进行分析,其中为了对化工过程实现安全运行和实时性,对化工过程安全运行的信息物理融合系统模型的传感器感知技术、协同预测故障诊断技术和模型的实时性进行详细分析。针对环己烷无催化氧化过程的复杂性与危险性的特点,本文将提出的化工过程安全运行的信息物理融合系统模型运用到环己烷无催化氧化过程中提出环己烷无催化氧化过程的信息物理融合监控系统模型,并对模型中的物理空间和信息空间进行分析,最后运用本文设计的模型关键技术对环己烷无催化氧化过程的安全性进行分析。验证该系统模型可以用于化工过程,改善了化工过程的安全性。