王少勇，王倍春

(1. 中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086；2. 中海殼牌石油化工有限公司，廣東 惠州 516086)

工業(yè)4.0概念自2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會上由德國政府首次正式提出后，便確立了其作為影響人類發(fā)展的第四次工業(yè)革命的重要地位，在世界范圍內(nèi)引起強烈反應(yīng)。中國也于2016年相應(yīng)地提出了“中國制造2025”強國戰(zhàn)略[1]，作為國家經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的煉化企業(yè)自然身擔重任，尤其是千萬噸級以上的現(xiàn)代化煉化企業(yè)更有能力、也更需要擔當智能化轉(zhuǎn)型升級的先鋒。

1 現(xiàn)代化煉油廠的自動化水平

截至2017年底，國內(nèi)已投產(chǎn)的千萬噸級煉化企業(yè)近30家，同時新增或在建的有10個千萬噸級煉化項目，煉化企業(yè)大型化、現(xiàn)代化是國內(nèi)煉化行業(yè)的主流和生力軍，同時也是國際石化企業(yè)的典型代表。千萬噸級現(xiàn)代化煉油廠在過程控制層均采用了先進的分散控制系統(tǒng)DCS(distributed control system)、安全儀表系統(tǒng)SIS(safety instrumented system)、包設(shè)備控制系統(tǒng)PECS(packaged equipment control system)等，通過OPC與生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES(manufacturing execution system)數(shù)據(jù)聯(lián)通[2-3]，并結(jié)合生產(chǎn)信息平臺LIMS(laboratory information management system)實現(xiàn)和強化生產(chǎn)管理[4]，同時通過企業(yè)資源規(guī)劃ERP(enterprise resource planning)將采辦、維修、計劃、財務(wù)、人力、銷售等全流程驅(qū)動，基本的自動化系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

現(xiàn)代化煉油廠控制系統(tǒng)配置的先進技術(shù)基礎(chǔ)扎實，但從生產(chǎn)效益和效率來看，目前的發(fā)展明顯遇到了瓶頸或者說尚未趕上工業(yè)4.0的技術(shù)潮流?，F(xiàn)代化煉油廠從自動化、數(shù)字化煉油廠轉(zhuǎn)型升級為信息化、智能化煉油廠，是煉油廠升級發(fā)展的必由之路。

圖1 自動化系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)示意

2 智能化轉(zhuǎn)型升級

基于過程控制系統(tǒng)PCS(process control system)，MES，ERP自動化集成系統(tǒng)的煉油廠，不僅過程數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理經(jīng)驗數(shù)據(jù)龐大，而且日臻成熟的ERP貫穿于原料及設(shè)備采購、生產(chǎn)維護、生產(chǎn)計劃、產(chǎn)品銷售等煉油廠運行的全過程。因此，充分挖掘提煉現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源并通過ERP管理平臺進行信息化處理和驅(qū)動，是現(xiàn)代化煉油廠智能化升級轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

2.1 大數(shù)據(jù)信息化

大數(shù)據(jù)信息化是智能化轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵，智能工廠是工業(yè)4.0的工廠體現(xiàn)，具有數(shù)據(jù)透明化、信息處理智能化、發(fā)展協(xié)調(diào)一致化的特點，具體到智能煉油廠還體現(xiàn)在控制實時化、信息一體化、效益最大化等方面。ERP的廣泛應(yīng)用實現(xiàn)了煉油廠經(jīng)營管理的數(shù)字化，但煉油廠運行過程的各個層面和階段尚缺乏時效性與一致性，不僅存在生產(chǎn)控制與煉油廠管理脫節(jié)的弊端，而且高層決策無法得到實時響應(yīng)。以某公司為例，過程實時數(shù)據(jù)有20多萬點，每天的各種生產(chǎn)管理報警信息也有千余條，如何及時高效地提取并響應(yīng)這些信息，同時做出生產(chǎn)和經(jīng)營決策是轉(zhuǎn)型升級的第一步。

煉油廠的海量數(shù)據(jù)(以下簡稱大數(shù)據(jù))只是數(shù)據(jù)信息量巨大，且為煉油廠智能化轉(zhuǎn)型的前提與基礎(chǔ)，與作為工業(yè)4.0核心技術(shù)的大數(shù)據(jù)不同。智能儀表與先進控制系統(tǒng)的不斷更新、應(yīng)用，現(xiàn)代化煉油廠的大數(shù)據(jù)越來越龐大，在確保生產(chǎn)安全的前提下，通過預(yù)測管理、報警管理等技術(shù)手段，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的處理、分類、分級、驅(qū)動，將大數(shù)據(jù)充分地進行信息化轉(zhuǎn)化與應(yīng)用，進而使煉油廠的自動化集成控制系統(tǒng)升級為智能化集成控制系統(tǒng)。

2.2 以ERP驅(qū)動為引擎建設(shè)智能化集成系統(tǒng)

PCS的過程大數(shù)據(jù)，一方面經(jīng)過OPC服務(wù)器轉(zhuǎn)化為MES可以接受處理的數(shù)據(jù)，進而可通過ERP調(diào)整生產(chǎn)過程或計劃；另一方面設(shè)備相關(guān)的過程大數(shù)據(jù)可以直接通過ERP驅(qū)動設(shè)備維修及設(shè)備采購。MES作為生產(chǎn)執(zhí)行層的信息化管理平臺和數(shù)據(jù)處理中心，不僅是優(yōu)化生產(chǎn)、提高效率及效益的核心，也是新增智能化管控系統(tǒng)或智能化轉(zhuǎn)型升級的切入點。MES大數(shù)據(jù)信息化建設(shè)是智能化集成控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，本文以該公司為例，具體闡述大數(shù)據(jù)信息化的實現(xiàn)過程，包括以ERP驅(qū)動為引擎的智能化集成控制系統(tǒng)建設(shè)情況。

2.3 智能化升級案例

該公司于2014年開始實施智能化升級工程，主要從豐富提煉實時數(shù)據(jù)、優(yōu)化驅(qū)動管理數(shù)據(jù)著手，實現(xiàn)數(shù)字化到信息化的轉(zhuǎn)變。

2.3.1豐富提煉實時數(shù)據(jù)

過程實時數(shù)據(jù)是煉油廠控制的基礎(chǔ)，DCS與SIS等過程控制系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)基本為點對點獨立數(shù)據(jù)，智能化儀表設(shè)備所包含的儀表設(shè)備參數(shù)及診斷信息等大量對生產(chǎn)維護非常有用的數(shù)據(jù)并沒有被采集和利用。該公司現(xiàn)場均采用支持HART或FF的智能儀表，存儲的數(shù)據(jù)量以百萬計。該次智能化升級主要從以下幾個方面豐富提煉過程實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息化。

1) 安裝投用儀表設(shè)備診斷軟件。以控制閥為例，作為控制執(zhí)行器的控制閥在煉油廠生產(chǎn)過程中起到至關(guān)重要的作用，一旦誤動作將造成不可估量的損失。自安裝ValveLink控制診斷軟件后，不僅可以實時監(jiān)測控制閥的運行情況及存在隱患，而且還可以及時給出維護、維修建議，做到防患于未然。ValveLink診斷示意如圖2所示。

圖2 ValveLink診斷示意

2) 無線專家診斷系統(tǒng)。關(guān)鍵機泵的良好運轉(zhuǎn)是平穩(wěn)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測RDAS(rotating equipment data acquisition system)雖然可以監(jiān)測分析機泵的運行狀況，但缺乏時效性，基本是事后分析。該公司煉油三部以SKF機泵專家診斷系統(tǒng)為平臺，通過無線HART將現(xiàn)場關(guān)鍵機泵的振動、溫度等數(shù)據(jù)信息實時采集到專家診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)了對關(guān)鍵機泵的實時監(jiān)測、高效診斷、維護指導(dǎo)等智能化管理。

3) 無線PAD巡檢實時反饋。開發(fā)投用了無線PAD手持巡檢儀，生產(chǎn)操作人員及維護人員定時巡檢，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的故障、隱患可及時記錄在無線PAD中，并將巡檢數(shù)據(jù)實時上傳到LIMS或E化平臺，供相關(guān)人員進行生產(chǎn)管理或做出決策。

4) 優(yōu)化設(shè)備管理系統(tǒng)AMS(asset management system)，強化預(yù)測管理。AMS是設(shè)備預(yù)防性及計劃性維修維護的重要管理工具，該公司一期為基于HART的AMS，二期為基于FF的故障診斷系統(tǒng)PRM，均為功能豐富的智能儀表設(shè)備監(jiān)測診斷系統(tǒng)。在優(yōu)化診斷系統(tǒng)配置與功能的基礎(chǔ)上，實施故障診斷的ERP驅(qū)動，進而提高了預(yù)防性維修和計劃性維修的效率，不僅收效明顯，而且提升了智能的預(yù)測管理。

2.3.2優(yōu)化驅(qū)動管理數(shù)據(jù)

該公司在投產(chǎn)初期就開始以LIMS和E化平臺為核心進行生產(chǎn)管理，生產(chǎn)操作、維護維修，基本實現(xiàn)了標準化、無紙化，然而生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)涉及的范圍偏窄且流動性不強。2014年以來，從以下幾個方面提升了管理數(shù)據(jù)的廣度，增強了流程驅(qū)動能力，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)化到信息化的轉(zhuǎn)變。

1) 實現(xiàn)實時報警響應(yīng)管理，涉及以下幾方面的內(nèi)容：

a) 按系統(tǒng)報警、過程報警對報警進行分類和分級管理。開發(fā)了應(yīng)用于DCS，SIS等的PCS現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)報警跟蹤軟件，及時跟蹤并統(tǒng)計全廠的報警信息，提醒相關(guān)部門或操作人員處理，同時定期對過程報警集中清理檢查，逐步把報警信息數(shù)量降到最低，為報警的及時處理創(chuàng)造了條件。對于系統(tǒng)報警，主要通過控制系統(tǒng)維護人員一天兩次的巡檢以及順序事件記錄SOE(sequence of event)輔助分析等手段監(jiān)測。

b) 報警響應(yīng)及異常自動驅(qū)動。關(guān)鍵的生產(chǎn)指標、環(huán)保指標、大機組等重要過程數(shù)據(jù)均設(shè)置了過程報警，并按照重要性設(shè)置為部門級、公司級報警，現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過MES實時傳送到OA辦公系統(tǒng)，一旦報警可自動發(fā)送郵件到相關(guān)部門負責人并提醒處理，如果報警發(fā)生2 h內(nèi)沒有消除，將自動發(fā)郵件到公司級相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)督促處理。

2) 資產(chǎn)管理關(guān)聯(lián)庫存動態(tài)。設(shè)備物資的采購、入庫、使用、維修、報廢全流程均通過ERP驅(qū)動管理，例如生產(chǎn)操作人員反映1臺壓力儀表顯示不正確，儀表維護人員確認該儀表故障無法使用，即可通過ERP生成儀表故障更換通知單，相關(guān)工程師收到郵件通知單后轉(zhuǎn)化為ERP工單，工單審核下達后維護人員領(lǐng)用庫存?zhèn)浼鼡Q，儀表故障消除，同時庫存?zhèn)溆脡毫x表數(shù)量減少。庫存?zhèn)淦穫浼鶕?jù)訂購周期由ERP系統(tǒng)自動生成新的采購訂單并通知相關(guān)部門采購，實現(xiàn)了采購、使用、最優(yōu)庫存的良性循環(huán)。

3) 原料評價、市場評價納入企業(yè)決策。應(yīng)用原油評價及市場評價系統(tǒng)，根據(jù)采購原油的情況調(diào)整進料加工比例及各裝置產(chǎn)能；依據(jù)成品油及化工產(chǎn)品市場價格波動，分析、評估產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進而及時調(diào)整全廠生產(chǎn)加工的工藝路線。

至2017年底，該公司已基本建成了基于ERP驅(qū)動的智能化集成控制系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 智能化集成控制系統(tǒng)示意

3 效益與發(fā)展

2017年以來，該公司生產(chǎn)平穩(wěn)率達到99.9%，產(chǎn)品合格率為100%，以ERP驅(qū)動為引擎的信息化管理將生產(chǎn)效率提高了20%，噸油能耗降低了17%，使該公司生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益提升明顯。

進入2018年，該公司繼續(xù)優(yōu)化推廣報警驅(qū)動、專家診斷、預(yù)測管理等先進經(jīng)驗及措施，并計劃開發(fā)PLM以及異常事件實時響應(yīng)系統(tǒng)等智能化信息系統(tǒng)，進一步向智能化煉油廠邁進。

4 結(jié)束語

煉油廠生產(chǎn)運行的前提是安全，核心是控制；煉油廠升級發(fā)展的基礎(chǔ)是詳實的過程數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)，升級發(fā)展的標志是控制的升級： 過程自動化控制—信息化控制—智能化控制。該公司以大數(shù)據(jù)信息化為切入點的煉油廠智能化升級實踐，為工業(yè)4.0和智能化工廠建設(shè)提供了有益的嘗試。