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智能化工厂的演变 - 行业要闻 - 化工
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智能化工厂的演变

作者:解怀仁 文章来源:PS《流程工业》 发布时间:2013-05-31
近15年,随着石油石化工业的快速发展和不断增长的需求,促进了过程控制系统快速的发展.

近15年,随着石油石化工业的快速发展和不断增长的需求,促进了过程控制系统快速的发展。石油石化工业由一个装置集中控制逐步过渡到联合装置的集中控制,而后发展为设一个中央控制室进行全厂集中控制;现在则要求炼化一体化,即100万吨乙烯和1000万吨炼厂一体化设计分别对大型企业集中控制并以CRT或LCD屏幕显示器为主的操作。原来联合控制室很大,仪表盘很长,有的长达100多m,操作很不方便。现在石化装置的操作由模拟仪表盘操作改用CRT显示器操作,这一变化是随过程控制系统的发展即DCS的出现而实现的。炼化企业推广应用先进过程控制技术(APC)已取得明显的效益。FCS的问世,为石化企业实现数字化工厂创造了条件,今后的目标是发展智能化的炼化一体化工厂。

DCS-CRT操作逐步替代模拟仪表操作

石化过程控制系统发展从采用气动仪表、电动仪表、单回路控制器直到新一代DCS;

20世纪70年代时,我们就了解到国外练油厂已采用计算机控制生产装置,而我国炼厂大多生产装置是用气动仪表或电动仪表控制,控制室采用的是模拟仪表或单回路控制器。模拟控制仪表装在控制室的仪表盘上,现场仪表送信号到控制室;用模拟仪表盘上的仪表操作,而国外新建炼厂是用计算机控制生产装置,用CRT显示器操作。经原石油部生产部与规划院研究后,制定了炼油生产装置第一步先上20套CRT的规划并列在生产计划中,逐步实施。

1978年以后,炼厂采用DCS多起来,用组态方式实现控制方案。DCS逐步取代控制室内的模拟仪表,用CRT显示器操作,但现场安装的仪表变化不大,现场仪表仍是模拟仪表,只是变送器由四线制变二线制。到“七五”期间,中石化总公司DCS已达90多套。

回想过去,当时石化企业上不上计算机或DCS控制,设计单位与企业意见有时也不统一,也是有争议的。我们设计审查时,内部有个不成文的意见:对新建或改造项目的仪表控制系统审查时,凡设计、企业领导、仪表负责人三方都同意上DCS,我们均会批准上DCS。因只有各方意见统一,DCS工程实施才有保证。由于应用DCS效果明显,石化各方人员逐步接受了DCS。经进一步推广应用DCS,到1991年中石化总公司的DCS应用共有122套DCS,其中炼油30套,化工47套,化纤18套,化肥13套,公用工程等14套,应用良好并取得很好效益。


解怀仁,1940生于北京,1965年毕业于天津大学,在曾担任石化规划院计算机室主任,中国仪表学会自控设计委员会常委;中国仪表行业协会现场总线(FF)专委会技术顾问;中国石油和石化工程研究会仪表部主任等。主要从事石化仪表自控设计并负责石化仪表自控设计审查和规划工作,主编石化仪表控制系统手册,发表近20篇论文,组织和研发国产DCS获国家科技进步三等奖。

从80年代起,我国就引进国外的DCS用于生产装置,DCS系统都是国外厂商提供和实施的,国外产品和技术占领了国内的DCS市场。如今,可喜的是国产DCS如和利时、浙大中控、山东鲁能控制公司、航天部测控公司等企业已经可以和外资企业同台竞技,有的企业营业额已达几个亿。目前,DCS的采购形式采用国际先进做法即MAV(主自动化供应商),如神华、赛科、海南等大项目中DCS的实施形式都采用MAV。

石化过程控制策略主要有连续控制、批量控制、顺序控制等,回路控制主要有单回路调节、串级调节、比率调节、均匀调节、前馈调节、自动选择调节、分程调节、非线性调节等。石化控制系统应用进展是由采用气动议、电动表(I、II、III)、单回路、直到发展采用DCS、PLC、SCADA、FCS。在福建炼厂首先实现联合装置DCS集中控制的方案,效果显著。

近15年来,DCS逐步成为石化系统主选的过程控制系统。2000年前,中石化规划院组织调研石化系统DCS应用,这时中石化已有上千套DCS,有的企业全厂DCS集中一个控制室操作。后来,新建厂实现了ERP-MES-DCS或ERP-MES-DCS/FCS一体化综合控制系统,已达到国际先进水平。近年来,有的企业已采用现场总线控制系统如赛科石化、福建石化等企业。

DCS技术的发展

DCS自1975年诞生以来,经过了几次更新换代,产品不断发展和完善,在功能上变得更强大,而价格也变得大众化,目前已成为石油化工装置过程控制系统的主流选择。

新一代DCS集成了30多年的过程控制、资产管理、领域专家的丰富经验,融合当今最先进的控制、各种开放的工业标准、最新的计算机网络等技术,将现有的过程控制和安全系统集成为一个单一且统一的结构。新一代DCS为用户提供了远高于集散系统的能力,包括嵌入式的决策支持和诊断技术,为决策者提供所需信息;安全组件保证系统安全环境独立于主控系统,提高了系统的安全、可靠性。

1.DCS控制站技术

控制站是DCS的核心部件,随着IT技术的发展,DCS的能力不断加强,最初采用的是8位微处理器,后来应用了16位、32位以及64位微处理器。DCS的控制回路数也从几个、几十个到超过100个。随着控制站支持的I/O点数的不断增加,控制站的功能主要体现在它的功能块数量和功能上;控制组态软件是否灵活好用,下载是否可靠。目前控制组态软件都向IEC 61131-3编程语言标准靠拢。

新一代DCS如PKS控制器CEE(Control Execution Environment)是一个集鲁棒性、灵活性和一致性为一体的控制执行环境,该环境可运行在不同的平台上,它的开放式体系结构使它可以与现有的霍尼韦尔控制器、第三方控制系统及设备集成。

控制执行环境CEE是控制器的核心,它提供了一个可灵活组态的控制执行环境;用户可以通过组态的方式对PKS进行系统配置。单一的、先进的图形化控制策略组态工具软件(Control Builder)可以方便、容易地生成一体化控制策略。控制功能使用的功能块FBs(Function Blocks)是通过算法库来提供的。PKS控制器有:C200控制器模件、C300控制器模件和应用控制器(ACE)。系统还支持仿真控制器(SIM)。
过程控制器C200/C300是紧凑型的、高性价比的控制器,直接与过程I/O连接。应用控制器ACE作为高级控制平台和与第三方控制系统的集成是非常适合的。

早期的I/O卡有模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出四大类。后来又增加了脉冲量输入卡。现在还有现场总线I/O卡。模拟量输入、输出卡也提高了信号转换精度和抗干扰能力。


全厂范围的网络系统图

2.DCS-CRT人机界面

人机界面包括操作站、工程师站和各种应用站。在DCS发展的初期,大部分DCS厂家的人机界面设备都自己制造,相应的操作系统、监控软件也是自己开发。到了20世纪90年代的中后期逐步出现了选用PC机作为操作站的DCS,操作站的软硬件逐步通用化。初期操作系统多选用UNIX系统或WINDOWS系统。选用UNIX系统的一般比较稳定,但成本高,选用WINDOWS的成本低,但系统死机多一点。特别是当时选用WIN32操作系统的操作站,处理操作站死机几乎成了日常的基本工作。随着WINDOWS系统稳定性的不断提高及WINDOWS系统的价格优势,WINDOWS系统逐步成为主流。

传统DCS的操作站与控制站的通信方式采用对等或主从方式,操作站直接与控制站通信,传输数据。PKS的人机界面是采用服务器/客户机格式,也可选用直接与控制站通信的操作站,以满足不同用户的不同要求。

3.DCS网络系统

通信网络是DCS的重要组成部分,在DCS整个系统的实时性、可靠性和可扩充性方面起着重要的作用。第一、二代DCS通信网络各制造厂独自开发、各自为政,在不同制造厂DCS间通信存在一定的困难。第一代DCS通信网络为数据高速公路,采用双绞线信道或同轴电缆,速率在1Mb/s以下,第二代DCS通信网络为局域网,采用同轴电缆或光纤,通信速率为1~10Mb/s,从第三代DCS开放性的通信网络得到了越来越广泛的应用。由于以太网应用的广泛性、成熟性和开放性,使得大多数DCS生产厂家都先后转向了以太网。许多公司还在提高以太网的实时性方面做了很多改进。因此当前以太网已成为DCS等各类工业控制系统中广泛采用的标准网络,但在网络的高层规约方面,目前仍然是各DCS生产厂家自有的技术。

为了提高可靠性和效率,DCS生产厂家也在不断改进和发展DCS的网络结构,容错以太网(FTE,Fault Tolerant Ethernet)就是一种比较新型的DCS通信网络。如PKS的容错以太网FTE(FauIt Tolerant Ethernet)是高性能的控制网络。FTE节点之间有4条通信路径,对电缆和电子设备中的各种多重故障具有容错功能快速检测和恢复,组态简单高性100/1000Mbps。容错以太网提供给节点之间更多的网络通信路径,可以承受更多的故障-包括所有单个故障和多个多重故障。

4.高度安全的系统网络

新一代DCS采用一种深度防御方法来保护计算机网络安全,它具有多层保护机制业已成为行业标准。如PKS高度安全网络架构将过程控制网络分成三个层次:第一层负责直接过程控制的节点;第二层连接KPS服务器、工作站和ACE节点。第三层连接到域控制器、厂房级优化器以及PHD历史记录器。在高度安全网络架构中使用特定的交换机和路由器以及霍尼韦尔控制防火墙。PKS的高度安全网络架构使过程控制安全。

石化企业已试用安全工业隔离网关。在工业控制网络同企业管理网络之间可采用力控华康安全工业隔离网关Psafetylink主要起到在工业控制网络同企业管理网络之间隔离,安全隔离网关采用物理隔离和安全通道隔离,将以太网进行物理级安全隔离,安全通道隔离即通过专用通信硬件和私有不可路由协议等安全机制来实现内外部网络的隔离和数据交换,有效地把内外部网络隔离开来,而且高效地实现了内外网数据的安全交换。

另一种方法为照相数据传送技术,DCS要上传的数据由专门的数据采集计算机采集,并且将这些数据显示在计算机的屏幕上。另外有一个摄像头将屏幕上显示的实时数据自动拍摄下来,拍下来的数据画面经过智能机器阅读系统的自动解读后得到要上传的数据,通过局域网送到实数据库和办公网上。这样,局域网和DCS之间完全没有网络的物理连接,病毒和黑客不可能通过网络串到DCS中。无论病毒如何变化,都可以从本质上保证了DCS的安全。

5.高级应用与DCS系统完全融合

在系统设计时考虑了高级应用与基础控制的融合,例如统一的人机界面,先进控制与基础控制数据交换,设备诊断信息和报警信息的统一,以及与MES应用的交互等。

首先先进控制可以直接从DCS控制器通过容错以太网(FET)以位号读写数据,确保控制信息的可靠。采用统一的人机界面,操作员既可以用DCS界面(如点细目画面,流程图,报警,趋势等)管理和操作先进控制,同时融合了先进控制的组态和维护功能。

6.高级控制嵌入控制器

霍尼韦尔是将模型预估控制算法(Profit Loop)植入DCS控制器(C300/C200)的自动化厂商,使得使用这种先进的控制算法变得与组态一个PID算法一样简单,从而解决了许多采用PID控制效果不好的过程控制问题,例如纯滞后时间长的回路,非线性回路等。国内一家化工厂的聚甲醛装置的精馏塔塔底温度控制回路采用该算法后,一年就因为节省蒸汽消耗就获得了9万元的效益。

7.全局数据库

对分散控制系统来说,全局数据库是一个很好的技术。没有全局数据库的系统通常面临由数据严重重复、高网络负荷、不同数据库中不匹配的组态和重复报警而导致的困难,最终造成系统的运行性能低下、可靠性降低和工程和维护成本高昂的后果。采用分布式系统结构,PKS系统的全局数据库使之可以从多个PKS系统中透明地进行全局数据访问,从而把全局数据库技术发展到一个新的高度。

图1表示一个全厂系统的例子,由一个高速的全厂网络把诸服务器连接在一起。每个服务器可以从其他一个或多个服务器存取信息。同样,这里所说的服务器可以是连接过程控制器的PKS系统服务器,或者是连接象PLC或RTU之类控制器的Experion SCADA系统服务器。

动态缓存的数据访问使得过程控制器能够最大化地利用其广泛的控制和诊断信息,同时保证了大规模的控制能力。

8.现场总线技术应用

早期的DCS在现场检测和控制执行方面主要采用模拟或开关信号进行传输。在现场总线出现以后,新一代DCS除了继续提供常规的模拟信号接口和开关量接口外,还提供各种形式的现场总线接口,可以支持各种标准的现场总线仪表、执行机构等。充分体现了它的灵活性、方便性和适应性。对于现场总线仪表,可以把控制模块放在现场,也可以按常规做法放在控制站内。系统可以适应多种现场安装方式,近15年,石化系统对DCS不断提出更高的要求:乙烯、炼油等联合大型工程约有几十套装置集中于中心控制室并在全厂联成网络。这是一个全厂管理与控制综合系统,是一个大型网络系统。所以,要求DCS主供货商应能提供成熟、可靠的大型网络系统和应用大型DCS系统的经验和能力。石化联合大型工程是我国大型工业生产厂,因此,要求DCS应是成熟的控制系统,而且DCS高可靠性是第一位的,以保证石化等联合大型工厂开车一次成功。

现场总线控制技术(FCS)

近15年,现场总线是自动化领域中发展很快的互连通信网络,它具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前,国际上各种各样的现场总线有几百种之多。较著名的有基金会现场总线(FF)、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS-INTERFACE总线等。

通过分析,其中FF(基金会现场总线)、PROFIBUS-PA最适合连续过程控制如石油和石化行业的需要。它具有高度的安全可靠性和实时性,并能满足本安防爆要求,继承两线制仪表传统,多数DCS和变送器、阀门厂商都支持。

目前,全世界已安装的基金会系统超过12000套,已安装的现场设备超过百万台以上;其中,在中国已安装系统超过100套,已安装现场设备超过90000台。基金会现场总线已在美洲、欧洲、亚洲以及大洋洲得到应用,最终用户遍及各主要工业发达国家。基金会现场总线和PROFIBUS主要应用领域之一是石油化工行业。

1.数字化控制系统的特点

石化系统的大型项目也有采用数字化控制系统——FCS进行生产过程控制、现场总线控制系的特点:

(1)开放式系统

现场总线工作站同时挂在现场总线和局域网两层网络上,通过后者可与其他计算机系统或网络进行高速信息交换,以实现资源共享。另外,现场总线的技术标准是对所有制造商和用户公开的,可实现技术共享。通信总线标准统一全开放。

(2)全数字化通信

由于采用双向数字信号传输数字化使系统精度提高;现场设备的信息增多几十倍,可用于自诊断,系统调试,管理从而提高系统的有效性;同一电缆挂多台现场设备从而节省电缆的施工量,实现数字化、双向通信。

(3)可互操作性

现场总线智能仪表按统一的技术标准,不同厂家的产品,只要遵守相同的现场总线标准就可互连互换,统一组态,即插即用,以方便设备更新或系统扩展。

(4)控制分散度高

现场总线控制系统可实现彻底分散控制。每条总线可连接多台现场仪表,由智能的现场设备带PID,可分散地完成DCS控制器的功能,使控制风险彻底分散,提高系统控制的自治性和可靠性。

2.数字化控制系统的实施

石化系统的大型项目已采用FCS进行生产过程控制。

(1)赛科90万吨乙烯裂解装置的FCS是国内外最大的现场总线系统。该系统包括47000个控制回路、40?000台仪表和与世界最大基金会现场总线设备联网的13000台智能设备,集成10套数字化控制系统。DCS采用Emerson公司的Delta V系统,控制站除常规I/O模块外,配置了FF-H1现场总线模块,每个模块的2个接口分别构成2段FF-H1总线,每段FF-H1总线设计9台仪表(实用6台,备用3台)。该工程实用FF-H1现场总线段2473条,FF-H1现场总线仪表14375台,平均每个FF-H1现场总线段上挂5.8台仪表。FF-H1现场总线段上集成了不同厂家的现场总线仪表。

(2)福建炼油乙烯的应用

项目位于福建泉州,由中石化、ExxonMobil和Aramco共同投资兴建。原有400万吨/年炼油联合装置的改造。全厂采用数字化自动化结构,全面采用基金会现场总线(Foundation Fieldbus)技术,共采用10套DCS系统,2个中央控制室,22个外站,总IO点数超过40000,FF现场设备12000台,项目已于2009年投入商业运行。

3.现场总线应用效益明显

世界级乙烯裂解一体化联合工厂的建成仅花费了27个月的时间,比计划提前了3个月,10套一体化工厂全部顺利建成。这主要是采用石化创新的《IPMT+EPC+监理》的项目管理以及聘用主要仪表供应商(MIV)进行项目管理、采用基金会现场总线的PlantWeb数字自动控制结构,从而加速了施工进程,保证了顺利运作,降低了维护费用,并为将来的发展构建了一个先进、开放的平台。

由于采用了现场总线技术,使得设计、绘图的工作量简化,布线及调试时间大大缩短,安装成本得以降低。不仅如此,在其运行应用过程中,现场总线技术所带来的长远利益还将会进一步显现,如:出色的诊断能力;检修、维护的方便性;提高资产效率、利用资产管理系统功能(AMS),降低设备运行成本等。

4.FCS与DCS共存或相融

FCS与DCS将共存,因为FCS尚无统一国际标准,而DCS以其成熟的发展,完备的功能和广泛的应用而占据不可替代的地位,故两者将相互兼容与共存。

现场总线控制系统与DCS将相互兼容与互容。预计今后很长一段时间,DCS与FCS将共存及互补。

安全仪表系统(SIS)发展

石化装置由于大型化、连续化及工艺过程复杂、易燃、易爆、对环境保护要求高等原因,安全性要求日益提高,由DCS等设备完成安全连锁保护的方法,在某些企业已经不能满足要求,所以出现紧急停车系统(ESD)等与DCS之外的独立的设备。此外还有火灾和可燃气体检测系统(FGS)、转动设备管理系统(MMS);因防喘振的特殊要求,控制系统发展了压缩机组综合控制系统ITCC。

为了满足石化企业的需求,过程控制行业开发了符合IEC61508和IEC61511要求的安全仪表系统(SIS)。该系统检测到任何不安全过程事件时,能够立即采取行动,以减轻可能造成的损失。功能安全还要结合风险度、安全指标、安全完整性等级(SIL)等,正确选用SIS(或直接称ESD)系统。目前SIS与功能安全标准已有国家标准及部颁标准,它是石油化工紧急停车及安全连锁系统设计的依据。2013年又有新出现的SIS产品,包括国产SIS产品,但还未广泛应用。目前,紧急停车安全联锁控制系统的种类有:1.继电器逻辑群组紧急停车系统; 2.可编程逻辑控制器紧急停车系统(安全型PLC) 单机;3.双重化可编程控制器紧急停车系统(安全型PLC) 双重化;4.三(或四)重化可编程控制器(安全型PLC) 三(或四)重化;5.机组综合控制系统(ITCC)三重化;6.模块化功能组件紧急停车系统。

1.冗余机制的变化

从20世纪60年代,以气动和继电元件为主。到70年代,由简单的继电器系统发展为微处理器和可编程序调节器(PLC或PC),并且由单回路系统发展为冗余系统和容错系统。SIL3安全度等级是石油化工行业的最高安全等级。最新等级的产品则符合SIL4的要求—航空业。从70年代产生于航空领域的三重冗余多数表决机制(TMR, Triple Modular Redundancy)用于安全系统。90年代,国外一些大公司推出三重化(TMR)、冗错功能的系统。近期又有CPU的四重冗余(QMR,2oo4D)技术和软件冗余技术出现。新型SIS和ITCC,可以实现系统所有部件和部分相关设备故障的容错特性。容错手段主要是冗余、自诊断和再现维护修理。

2.安全系统与控制系统的集成

近15年来,由于PLC和DCS技术的发展,其可靠性大幅度提高,成本降低,柔性增强。现场总线技术也通过了SIL认证,故安全系统也和现场安全仪表产品、现场总线(HART、Foundation Field bus)、DCS产品、工厂仪表设备资产资源管理系统(PRM)集成,使用统一的人机界面和工作站,功能大大增强,安全仪表系统与DCS之间的集成方式多种。

3.机组综合控制系统技术(ITCC)

ITCC机组综合控制系统是将传统的需要多个分立的单元如防喘振控制,联锁自保系统,电子调速器,负荷调节器等实现的功能集成在一套可靠性很高的三重模件冗余容错(TMR)控制系统中完成。

(1)ITCC的优点

与传统的压缩机控制方案相比,ITCC具有高可靠性,功能强大,组态灵活, 容易操作等优点.。ITCC是集机组的透平调速控制、防喘振控制、性能控制、负荷分配控制、抽气控制、自保联锁逻辑控制为一体的综合控制系统。

(2)ITCC的主要功能

1.机组的安全联缩保护-启动,安全联锁,轴振,位移,超速,油系统,辅助保护。

2.防喘振的控制-响应快,最少回流量放喘振。

3.速度的控制—测,控。

4.负荷分配的控制—利用流量,压力控制气量分配。

5.解耦控制-上述4种控制,变量变化,互相关联,影响,消除干扰或藕合影响。

6.协调控制—机组各子系统协调控制,汽机,锅炉供汽协调控制。

(3)ITCC的应用

为了提高压缩机运转的安全可靠性,保证合成氨装置长周期、连续运行,技改中选用这种综合控制系统是一个很好的选择。

美国TRICONEX公司的ITCC综合控制系统TS3000已在新建的新疆泽普化肥厂20万吨/年合成氨装置上得到采用,投运效果良好。炼油加氢裂化、催化裂化等装置的联锁系统及乙烯装置包括裂解炉、急冷、压缩、分离和公用工程等5个生产单元,其中压缩和分离单元的联锁系统由ESD系统实现,压缩机组的控制系统由ITCC系统实现。

APC 技术发展与应用

近15年,在现代控制论的推动下,各种智能化算法应运而生,其中除智能PID控制器外,多变量预测控制已在炼油、石化行业开始进入生产实践阶段。先进控制(APC-Advanced Process Control)是采用多变量预测及优化技术、基于过程动态数学模型、与常规控制相结合的新型工业控制系统;实施先进控制,装置被控变量偏差降低、抗干扰能力增强、操作更加平稳,发挥装置最大潜能,提高产品收率和质量,能耗及物耗降低;Exxon Mobil、Shell、BP Amoco等国外著名石油石化公司早在80~90年代就在生产装置上普及了先进控制技术的应用。

目前在炼油厂中应用卡边控制等以平稳操作为基础实现增效果比较明显。国外Honeywell、ABB、Invensys、Aspen、横河等公司都有先进控制产品,国内中国石油大学、浙江大学、清华大学都有成功的实践。

1.APC的应用

1996年,中国石化进行先进控制应用推广工作:第一批包括常减压、催化裂化、聚丙烯共12套装置试用。近15年来,在石化总公司统一组织和领导下,在主要企业常减压、催化裂化、焦化、重整、加氢裂化、气分、芳烃、乙烯、PTA、聚丙烯、聚乙烯等100多套装置上推广应用先进控制技术。装置实施先进控制技术,都获得了显著经济效益。

国内开发的催化裂化装置先进控制系统,已用于福建炼油厂、洛阳石油化工总厂、茂名石化公司炼油厂;国内开发的多变量约束控制软件包MCC,是一个处理约束的多变量、多目标、多控制模式和模型预测的最优控制器,已成功应用于石家庄炼化公司催化裂化装置,取得了较为明显的经济效益。

国内有关方面通过多年不解的努力,在优化控制领域里从理论到应用都有所创新和突破,现已开发出相关积分优化理论和应用技术,并获得多项发明专利。该项技术在反应过程优化的初步试用中显示了其独到的效果,已在青岛石化催化裂化反应器优化操作中连续多年使用,提高液收1%以上;在洛阳的芳烃装置的歧化反应器、异构化反应器长期应用,提高了三苯收率1%以上。

2.先进控制技术应用发展趋势

先进控制也是石化企业信息化建设的重要组成部分,目前其技术及软件产品已非常成熟,应用领域不断扩大。我们认为近几年其应用发展方向应该是“以节能减排”为主题,适用环保要求的APC应用。

(1)在石油化工行业,随着对环境保护措施的不断落实,对油品的要求也越来越高。为解决这个越来越突出的矛盾,实施油品在线调合势在必行。中国石化的多家企业进行了油品在线调合的探索应用,广州石化的汽油在线调合应用效果较好。

(2)在流程行业的蒸汽动力系统等公用工程方面,以节能降耗、减少操作成本为目标的先进控制的应用必将越来越广泛。蒸汽动力系统结构庞大,设备多样化,人工操作强度大。先进控制实施后不但可大幅度降低操作人员劳动强度,减少系统操作成本,而且可达到节能降耗,挖潜增效之目的。

(3)由石化行业拓展到其他领域,如热电生产、造纸等行业,生产过程多变量特征明显,适于推广先进控制的应用。在国外已有成功案例。

管控一体化系统(ERP-MES-PCS)

随着全球经济一体化和市场竞争的加剧,近15年来,石油化工企业在信息化方面加快了步伐,取得长足进步。2000年初,中国石化集团借鉴国外大型石化企业成功实施ERP的经验,提出“国际水准、中国国情、石化特色”的ERP建设指导思想,制定了“总体规划、分步建设、从上而下、试点推广、滚动发展”的ERP实施原则,在石油化工行业率先启动以ERP为主线的信息化建设,2002年完成第一批四家试点,2003年完成7家试点和推广,以后逐步加点推广力度和应用水平的提升。2003年开始又组织了MES(Manufacturing Execution System)生产执行系统的技术开发,目前完成了10多家企业的MES系统建设和应用。

ERP与MES以及相关系统的集成应用,形成了经营管理层以ERP为主,生产管理层以MES为主的两个应用平台的完整架构,解决了流程行业物料管理和计划调度方面的难点,充分地发挥了ERP系统的功能,提高了企业生产管理水平和经营管理水平。

近15年,石化信息化应用的实践表明,ERP系统在加强企业财务管理、采购供应管理、成本费用管理,强化销售环节的数量、价格控制,堵塞管理漏洞,提高集团管理控制能力和管理水平等方面发挥了重要作用,ERP系统已成为企业经营管理的主体支撑平台。MES已在石油化工行业稳步推进,在生产优化和精细化管理方面取得良好效果,可以实现物料的日平衡,并将月平衡工作由3天缩短到半天左右,取得明显的效益。

由于市场竞争和管理需求,石化行业逐步建立了管控一体化系统即综合控制系统——ERP/MES/PCS,称企业资源计划/制造执行系统/过程控制系统。今后,石油化工企业将采用信息技术,进一步提高业务过程的精细化、管理的科学化,实现企业全面的资源优化,以提升企业的综合竞争力。

1.企业资源管理系统(ERP)

企业资源计划(ERP)是一种现代企业先进管理方法,采用ERP系统,将使企业获得最大的经济效益。2002~2005年,石化行业经试点,现已超过20家公司的ERP系统投入运行。正在全面推广的ERP系统,实施面约占60%以上。

企业资源管理系统ERP系统主要作用是流程规范、业务集成、信息透明。ERP系统通过信息的动态集成实现了业务功能的无缝集成,不但能够最大限度的保证信息的完整性、及时性和共享性,而且能够对核心业务进行自动化驱动和有效控制。

ERP系统通常包含财务会计、管理会计、销售分销、物流管理、生产计划、设备维护等核心模块。一个典型的ERP除了上述功能外,在不同的应用中,可能还包括项目管理、投资管理、资金管理、人事管理等辅助功能。

2.制造执行层(MES)

MES是企业数字化系统的中心环节,在ERP/MES/PCS整个系统中起到承上启下的作用。MES主要完成生产计划的调度与统计、生产过程成本控制、产品质量控制与管理、物流控制与管理、设备安全控制与管理、生产数据采集与处理等功能。

MES主要功能:1.实时数据库与信息管理;2.生产计划与调度优化;3.流程模拟与工程 ;4.数据校正与物料平衡;5.实时动态模拟系统;6.先进控制与优化。

3.智能化工厂的规划

为了进一步提高石化信息化和自动化应用水平,中国石化对 “智能工厂试点“方案进行规划并通过审定,“智能炼厂”试点以工厂经营管理与生产过程的“实时化、自动化、模型化、可视化、智能化”为发展目标,将实现计划调度、能源管理、安全环保、装置操作、IT管控的智能化,建设成为国际先进水平的智能化的千万吨级炼化企业。

随着石化的快速发展,今后人们对工控安保、无线网与无线仪表应用、云计算和云控制系统、高端智能化仪表发展以及应用系统架构设计一体化等更加关注。

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