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        工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在煉化企業(yè)中的應(yīng)用

        2021-02-06 05:53:06牛啟光
        石油化工自動化 2021年1期
        關(guān)鍵詞:管控優(yōu)化生產(chǎn)

        牛啟光

        (中國石化股份有限公司 齊魯分公司 信息中心,山東 淄博 255400)

        工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息通信技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。通過工業(yè)環(huán)境下人、機、物的全面互聯(lián)[1],實現(xiàn)生產(chǎn)過程全要素、全周期、全鏈條的互聯(lián)互通,推動各類工業(yè)資源的優(yōu)化集成和高效配置。

        當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺已經(jīng)成為各行業(yè)龍頭企業(yè)率先發(fā)展的方向。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面對的是廠房、設(shè)備、人、產(chǎn)業(yè)鏈。互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用等廣泛應(yīng)用,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能提供的解決方案也越來越完善。在國家政策的引導(dǎo)下,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正迎來歷史性的發(fā)展機遇。

        石化行業(yè)是國民支柱產(chǎn)業(yè),某煉化企業(yè)作為中國石化股份有限公司下屬的骨干企業(yè),隨著大煉油、大乙烯的新建與擴建,企業(yè)面臨的生產(chǎn)經(jīng)營壓力越來越大。從行業(yè)看,國內(nèi)煉油規(guī)模仍不斷擴大,成品油需求增速持續(xù)放緩,純煉油企業(yè)向煉化一體化延伸,化工產(chǎn)能面臨新一輪大增長、大爆發(fā),石化行業(yè)產(chǎn)能過剩將成為常態(tài),市場競爭必將更加激烈。通過信息化建設(shè),加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,助推數(shù)字化轉(zhuǎn)型,提升企業(yè)經(jīng)營管理水平,刻不容緩。該企業(yè)目前信息化現(xiàn)狀是:

        1)雖然信息化建設(shè)總體實力較強,但系統(tǒng)多而雜、分散部署,功能重疊、系統(tǒng)集成不高,信息不全、孤島現(xiàn)象較為突出。

        2)數(shù)據(jù)格式種類多、存儲類型多,缺少數(shù)據(jù)采集、存儲、轉(zhuǎn)換、處理、分析等服務(wù)或者系統(tǒng)。數(shù)據(jù)多而散,無有效處理工具,未發(fā)揮出數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值。

        3)各鏈條業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流未能有效整合,各業(yè)務(wù)之間協(xié)同機制不夠。當某專業(yè)想做進一步的工作時,會受限于其他專業(yè)因素的影響無法開展業(yè)務(wù)。

        4)計劃、供應(yīng)、生產(chǎn)、銷售、物流等全產(chǎn)業(yè)鏈未能有效打通,存在一定的資源重復(fù)配置和低效問題。設(shè)備運行、裝置運行異常及隱患不能做到事前預(yù)警,被動運維多,基本以事后分析為主。安全環(huán)保形勢壓力大,數(shù)字化、信息化、智能化程度不高,安全管控較為被動。

        隨著市場競爭不斷加劇,企業(yè)迫切需要通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型,加大工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用,讓整體運作更有序,讓各個業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)運轉(zhuǎn)更靈活。將人、數(shù)據(jù)和機器連接起來,通過新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合,構(gòu)建煉化行業(yè)新的工業(yè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng): 一是最大限度地讓生產(chǎn)運行過程、各個環(huán)節(jié)變得更透明;二是當影響生產(chǎn)經(jīng)營管理的內(nèi)外因來發(fā)生變化后,生產(chǎn)經(jīng)營方案能夠快速適應(yīng)變化;三是能快速掌握了解生產(chǎn)經(jīng)營運行過程中可能存在的異常,并能快速給出合理解決方案。

        1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用

        基于該企業(yè)多年的信息化建設(shè),綜合考慮企業(yè)流程化生產(chǎn)特點、安全環(huán)保、平穩(wěn)生產(chǎn)要求,利用虛擬化、模型化、組件化、智能化等技術(shù)手段,構(gòu)建了該企業(yè)實際的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)如圖1所示。

        該工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺分成邊緣層、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層(IAAS)、平臺服務(wù)層(PAAS)、軟件服務(wù)層(SAAS)[2]。邊緣層直接和生產(chǎn)過程中各種硬件連接,通過設(shè)備接入,用標準的協(xié)議進行大規(guī)模、大范圍、深層次的數(shù)據(jù)采集,這是平臺的基礎(chǔ);IAAS層是基礎(chǔ)設(shè)施層,企業(yè)部署了大量的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲等資源,通過虛擬化技術(shù)實現(xiàn)資源共享;PAAS 層是企業(yè)的信息中臺,構(gòu)建了操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、開發(fā)服務(wù)、組件服務(wù)等通用標準;SAAS層是應(yīng)用層,結(jié)合企業(yè)實際生產(chǎn)經(jīng)營管理需求,形成企業(yè)端不同業(yè)務(wù)域的應(yīng)用,既是面向用戶的最終產(chǎn)品,也是體現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺價值所在。

        2 邊緣層

        針對流程行業(yè)特點,通過設(shè)備接入、協(xié)議解析,進行數(shù)據(jù)采集與處理。將生產(chǎn)控制層面各種設(shè)備互聯(lián),通過有線、4G、Wifi、企業(yè)LTE等多種通信方式將業(yè)務(wù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)分析推向網(wǎng)絡(luò)邊緣,在靠近設(shè)備終端融合網(wǎng)絡(luò)、計算、應(yīng)用等能力[3],就近提供智能化服務(wù)。

        在石化行業(yè)生產(chǎn)過程中分散著大量的儀表、裝置、移動終端、攝像頭、變電站等各種設(shè)備,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將設(shè)備數(shù)據(jù)采集到對應(yīng)的平臺上,形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資產(chǎn)。因此,采集何種數(shù)據(jù),通過何種協(xié)議采集、如何采集和存儲是重點。

        實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、實時控制系統(tǒng)的支撐軟件。作為流程行業(yè),在日常生產(chǎn)過程中使用實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行系統(tǒng)監(jiān)控、先進控制和優(yōu)化控制,并為生產(chǎn)、調(diào)度、數(shù)據(jù)分析、決策支持提供實時數(shù)據(jù)服務(wù)。實時數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為企業(yè)信息化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺,實時數(shù)據(jù)采集平臺架構(gòu)如圖2所示。對于DCS,PLC等,通過Windows-OPC模式,提供數(shù)據(jù)采集輸出服務(wù),并將數(shù)據(jù)存儲至實時數(shù)據(jù)庫;對于SIS,CCS等系統(tǒng),先將數(shù)據(jù)存儲至DCS,再采集;對于生產(chǎn)、計量所需的儀表,如果是有線模式,則統(tǒng)一通過Linux嵌入式設(shè)備,使用OPC采集數(shù)據(jù);對于無線儀表,則通過4G專網(wǎng),加載DTU設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集;對于環(huán)保儀表,則統(tǒng)一通過4G專網(wǎng)加載DTU設(shè)備的方案,先行采集數(shù)據(jù)至環(huán)保數(shù)據(jù)庫,后分發(fā)至實時數(shù)據(jù)庫;對于化驗設(shè)備,先通過終端采集數(shù)據(jù)的至實驗室信息管理系統(tǒng)(LIMS)數(shù)據(jù)庫,再分發(fā)至實時數(shù)據(jù)庫;對于變電站,根據(jù)電力規(guī)約,通過采集終端,先行采集數(shù)據(jù)至電調(diào)系統(tǒng),后根據(jù)需要分發(fā)至實時數(shù)據(jù)庫。下面著重介紹DCS和儀表等設(shè)備數(shù)據(jù)的采集技術(shù)路線。

        2.1 數(shù)據(jù)采集方案

        針對DCS和儀表的數(shù)據(jù)采集,通過OPC或者Linux嵌入式設(shè)備,規(guī)劃了有線和無線數(shù)據(jù)采集方案,通過物聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集至實時數(shù)據(jù)庫平臺。

        圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)示意

        圖2 實時數(shù)據(jù)庫采集平臺架構(gòu)示意

        1)針對DCS,PLC,通過OPC采集數(shù)據(jù)。以InfoPlus.21 CIMIO組件為核心,完成數(shù)據(jù)采集。CIMIO是多功能、多層次、多服務(wù)對象的標準設(shè)備數(shù)據(jù)接口,InfoPlus.21為OPC提供了相應(yīng)的CIMIO客戶端。DCS提供了標準OPC規(guī)范的應(yīng)用程序,為過程控制層與數(shù)據(jù)層提供了數(shù)據(jù)交換平臺。OPC服務(wù)器和客戶端通過TCP/IP協(xié)議通信,實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)庫與DCS之間的數(shù)據(jù)交換。

        2)針對近距離儀表,通過嵌入式Linux結(jié)合ARM架構(gòu)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。利用數(shù)字通信方式直接讀取表內(nèi)的參數(shù),包括瞬時流量、累積流量、溫度、壓力、密度及設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)等,將采集到的數(shù)據(jù)用Linux-OPC模式封裝,通過局域網(wǎng)傳輸?shù)綄崟r數(shù)據(jù)庫。其采集單元包括HART現(xiàn)場總線通信單元、RS-485通信單元、Modbus通信單元、嵌入式計算機通信單元等。

        3)針對遠距離儀表,通過嵌入式Linux結(jié)合ARM架構(gòu)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。4G網(wǎng)絡(luò)遠程自動采集系統(tǒng)由現(xiàn)場儀表、DTU設(shè)備、數(shù)據(jù)采集器及CIMIO服務(wù)器組成。數(shù)據(jù)采集器實時采集現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù),通過4G網(wǎng)絡(luò)匯集到CIMIO服務(wù)器。CIMIO服務(wù)器為數(shù)據(jù)中心主站,通過局域網(wǎng)與終端DTU設(shè)備相連,并提供互聯(lián)網(wǎng)IP地址及出口,在服務(wù)器端運行系統(tǒng)軟件等待DTU設(shè)備的連接。系統(tǒng)軟件是采集系統(tǒng)的核心,它具備與各種通信規(guī)約的鏈接能力,有很強的擴展性。

        2.2 視頻采集與監(jiān)控方案

        針對該公司所有的攝像頭,構(gòu)建一體化視頻綜合管理平臺,建立1套云架構(gòu)服務(wù)器和集中存儲平臺,實現(xiàn)視頻監(jiān)控的統(tǒng)一管理和存儲,視頻平臺統(tǒng)一架構(gòu)如圖3所示。該平臺容量5PiB,滿足生產(chǎn)30 d、安保90 d的視頻存儲需求,形成集視頻監(jiān)控、視頻分析、應(yīng)用集成、應(yīng)急聯(lián)動、地圖深化應(yīng)用為一體的智能化基礎(chǔ)設(shè)施平臺。實現(xiàn)數(shù)字化防爆、智能、移動、鷹眼、LTE專網(wǎng)等各類終端2 000多套的集中采集與監(jiān)控。提高系統(tǒng)的智能化、管理的科學化,提升風險管控能力和應(yīng)對突發(fā)事件的處理能力。

        圖3 一體化視頻綜合管理平臺統(tǒng)一架構(gòu)示意

        3 基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層

        IAAS層是信息化的核心資產(chǎn)也是信息化的基礎(chǔ)。實現(xiàn)了資源集中共享、動態(tài)調(diào)配、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一管理。IAAS層通過共享資源池的方式,形成以云平臺為技術(shù)支撐的IT運營模式,為應(yīng)用系統(tǒng)提供服務(wù)器、存儲、備份、網(wǎng)絡(luò)等資源,同時結(jié)合云安全和云管理,對資源池進行安全防護和統(tǒng)一管理,保障各應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)性。

        經(jīng)過摸索,構(gòu)建了以企業(yè)私有云和外部公有云的混合應(yīng)用模式,其中內(nèi)部私有云采用了VMware和華為云兩種架構(gòu)。VMware以企業(yè)自建核心應(yīng)用系統(tǒng)為主進行部署,華為云以中國石化股份有限公司推廣的工業(yè)應(yīng)用為主。另外租用了社會資源艾特云翔云,主要以遷移整合各分廠小系統(tǒng)為主。由于網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲等資源實現(xiàn)了池化管理,故有充分的彈性空間提供各種完善的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)[4]。

        4 平臺服務(wù)層

        PAAS層是一種計算服務(wù),介于軟件服務(wù)與基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)之間,可理解為企業(yè)中臺服務(wù)[5]。可將開發(fā)軟件的系統(tǒng)做成一種服務(wù),交付給開發(fā)用戶,加快應(yīng)用層的開發(fā)部署進度。由基礎(chǔ)技術(shù)支撐,形成了數(shù)據(jù)服務(wù)、組件服務(wù)、開發(fā)服務(wù)等。

        4.1 數(shù)據(jù)服務(wù)

        數(shù)據(jù)服務(wù)是由IAAS層虛擬出來的,帶有成熟產(chǎn)品的數(shù)據(jù)服務(wù)。包括了應(yīng)用系統(tǒng)常見的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫存儲、數(shù)據(jù)庫輸出等服務(wù),以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型后的數(shù)據(jù)湖等服務(wù)。數(shù)據(jù)庫是一切系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲的基礎(chǔ)。企業(yè)規(guī)劃了以O(shè)racle為主要存儲的關(guān)系型數(shù)據(jù),以InfoPlus.21為主要存儲的實時數(shù)據(jù)庫,以Domino平臺為主要存儲的文本型數(shù)據(jù)庫。并結(jié)合智能工廠建設(shè),建設(shè)了以操作型數(shù)據(jù)存儲(ODS)和數(shù)據(jù)湖為核心的數(shù)據(jù)倉庫和企業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)總線(ESB),作為對外數(shù)據(jù)服務(wù)標準。

        4.1.1操作型數(shù)據(jù)存儲

        ODS具有“面向全局、事件驅(qū)動、統(tǒng)一數(shù)據(jù)源”的特點,基于智能工廠模型,通過數(shù)據(jù)采集、業(yè)務(wù)處理、實時分析、規(guī)則推理,實現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息、知識、智慧的提升[6]。

        按主題集成和整合企業(yè)生產(chǎn)運營相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù),對外提供標準化的數(shù)據(jù)服務(wù),實現(xiàn)“統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)模型、業(yè)務(wù)視圖、數(shù)據(jù)管控”。包括:

        1)數(shù)據(jù)采集。按數(shù)據(jù)共享需求,在緩沖區(qū)1∶1地存儲各系統(tǒng)數(shù)據(jù),并實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準化清洗。

        2)數(shù)據(jù)存儲。在集成區(qū)建設(shè)物料、計劃、調(diào)度、能源、操作、質(zhì)量、安全、環(huán)保、設(shè)備、經(jīng)營10個數(shù)據(jù)主題,按統(tǒng)一的工廠模型加工存儲標準化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),保證數(shù)據(jù)可靠性。

        3)數(shù)據(jù)管控。主要包括企業(yè)元數(shù)據(jù)、企業(yè)數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全、監(jiān)控分析、數(shù)據(jù)運維6個管控功能和數(shù)據(jù)查詢功能,實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成過程及數(shù)據(jù)資源的可視化管理,提高企業(yè)數(shù)據(jù)的可用性和可維護性。

        4)數(shù)據(jù)應(yīng)用?;谡虾蟮拿嫦蛑黝}的標準化數(shù)據(jù)資源,以標準的數(shù)據(jù)服務(wù)方式對外共享,支撐跨系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享需求。

        4.1.2數(shù)據(jù)湖

        數(shù)據(jù)湖是面向工業(yè)數(shù)據(jù)存儲和分析的服務(wù)工具,是ODS的深化應(yīng)用新模式,解決不同工廠數(shù)據(jù)源以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同的問題。通過服務(wù)的方式向應(yīng)用提供數(shù)據(jù)讀取、分析、計算、存儲等服務(wù)。通過配置數(shù)據(jù)池、數(shù)據(jù)泵、數(shù)據(jù)服務(wù)等方式,提供數(shù)據(jù)查看、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等服務(wù)能力。利用相關(guān)技術(shù)架構(gòu)完成對其進行信息化處理數(shù)據(jù),進而為其他服務(wù)提供相關(guān)支持。

        4.2 組件服務(wù)

        組件服務(wù),統(tǒng)一通過ESB實現(xiàn)[7]。對集成系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)獲取服務(wù)和支撐系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)需求,包括設(shè)計用戶視圖、開發(fā)共享服務(wù)、注冊服務(wù)、授權(quán)使用服務(wù)、發(fā)布和監(jiān)控服務(wù)使用情況。采用ESB技術(shù)實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)流的整合和應(yīng)用系統(tǒng)間集成關(guān)系的管理,已經(jīng)成為眾多企業(yè)在應(yīng)對集成問題時的最佳選擇。ESB服務(wù)清單見表1所列,總線功能描述見表2所列。核心功能包括服務(wù)管理、適配器管理、路由管理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、消息映射、平臺監(jiān)控等。

        表1 ESB服務(wù)清單

        1)服務(wù)庫建設(shè)。主要包括標準服務(wù)和非標準服務(wù)兩類,其中標準服務(wù)包括主數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和指標數(shù)據(jù)三類,通過ODS提供的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口獲取數(shù)據(jù),以集成區(qū)模型為參照1∶1方式建立的用戶視圖和按照數(shù)據(jù)使用需求建立的用戶視圖為數(shù)據(jù)源,并可配置化設(shè)置常用查詢條件和返回結(jié)果。非標準服務(wù)主要指服務(wù)類型的數(shù)據(jù)源、特殊查詢條件和業(yè)務(wù)協(xié)同服務(wù),如短信服務(wù)、數(shù)據(jù)采集組件服務(wù)、大數(shù)據(jù)組件服務(wù)、報警管理組價服務(wù)、業(yè)務(wù)流程管理服務(wù)等。

        2)ESB管控平臺。服務(wù)管理與監(jiān)控提供數(shù)據(jù)服務(wù)基本信息的管理,包括服務(wù)注冊、發(fā)布、授權(quán)、暫停、刪除等控制功能和服務(wù)狀態(tài)、性能、日志的查詢。系統(tǒng)配置提供服務(wù)分類、服務(wù)提供方和使用方的管理。

        3)服務(wù)API網(wǎng)關(guān)。建設(shè)統(tǒng)一API網(wǎng)關(guān),所有的用戶都通過統(tǒng)一的網(wǎng)關(guān)接入微服務(wù),在網(wǎng)關(guān)層處理所有的非業(yè)務(wù)功能,提供REST,HTTP訪問API,實現(xiàn)API注冊和服務(wù)管理。

        4.3 開發(fā)服務(wù)

        開發(fā)服務(wù)主要面向技術(shù)人員,作為后臺程序開發(fā)和系統(tǒng)部署的基礎(chǔ)組件服務(wù)。主要包括中間件服務(wù)、應(yīng)用代理服務(wù)、可視化建模服務(wù)及數(shù)字孿生服務(wù)等。

        中間件服務(wù)規(guī)定了中間件的類型和程序部署的相關(guān)要求。如Windows系列要求.Net4.0以上,Apache系列要求7.0以上。程序開發(fā)和部署要滿足中間件技術(shù)規(guī)范,移動應(yīng)用部署要在指定的移動應(yīng)用服務(wù)區(qū)。應(yīng)用代理服務(wù)使用Nginx服務(wù)器,這是一款輕量級的Web服務(wù)器、反向代理服務(wù)器,該服務(wù)占有內(nèi)存少并發(fā)能力強??梢暬7?wù)主要是統(tǒng)一了該公司三維建模標準,部署統(tǒng)一的三維建模工具,使用統(tǒng)一的服務(wù)完成建模工作。數(shù)字孿生服務(wù),搭建相關(guān)的基礎(chǔ)服務(wù),利用數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建物理實體全生命周期模型,來實現(xiàn)對物料工廠的了解、分析和優(yōu)化。記錄和管理著物理工廠所有設(shè)施的本體數(shù)據(jù)和活動記錄,讓這些數(shù)據(jù)與物理工廠保持同步[8]。

        5 軟件服務(wù)層

        SAAS層是應(yīng)用層,是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)軟件服務(wù)的最終體現(xiàn)。根據(jù)流程行業(yè)特點,規(guī)劃了采購與銷售、生產(chǎn)優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備管理、安全與環(huán)保等業(yè)務(wù)域。每一個業(yè)務(wù)域都有相關(guān)的標準行業(yè)軟件提供服務(wù)。形成標準化的軟件產(chǎn)品,不僅可以用于企業(yè)自身,也可以推廣到其他石化企業(yè)。行業(yè)用戶也不需要再花費投資用于硬件、軟件和開發(fā)團隊的建設(shè),只需要支付一定費用,就可使用軟件服務(wù)[2],相關(guān)應(yīng)用介紹如下。

        5.1 供銷一體化管控平臺

        經(jīng)營管理形成以財務(wù)為核心的供銷一體化管控平臺。從上游大宗原材料的采購到下游煉化產(chǎn)品的銷售,以財務(wù)為核心圍繞企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP),形成物流、資金流、信息流的三流合一。打造供銷一體化管控平臺,集成ERP,制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES),招標管理、合同管理、預(yù)算管理、資金管理、電商系統(tǒng),以提升供應(yīng)商、客戶滿意度為核心,以提高物流周轉(zhuǎn)效率為目的,讓第三方充分參與,形成特色的供銷一體化管控平臺。供銷一體化管控平臺集成架構(gòu)如圖4所示。

        1)采購業(yè)務(wù)深度集成電子商務(wù)、ERP、倉儲管理等,提升供貨、收貨物流效率。充分集成電子商務(wù)、ERP、倉儲管理等系統(tǒng),讓供應(yīng)商和企業(yè)用戶自助式參與全流程業(yè)務(wù),形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的采購、生產(chǎn)、發(fā)貨、收貨一體化采購管控平臺。

        圖4 供銷一體化管控平臺集成架構(gòu)示意

        2)銷售業(yè)務(wù)自助式服務(wù),提高銷售效率,提升用戶滿意度。充分發(fā)揮石化e貿(mào),ERP,MES等一體化集成優(yōu)勢,形成一體化銷售管控平臺,通過自助式操作模式,為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)銷售應(yīng)用提供了一個高效途徑。企業(yè)內(nèi)部通過MES當日的實時數(shù)據(jù),自動傳遞至ERP系統(tǒng),作為ERP的可銷售庫存。銷售管控平臺通過與ERP的關(guān)聯(lián),自動獲取當日可銷售量,企業(yè)銷售人員只需要設(shè)定當日銷售閾值,后續(xù)所有的銷售動作,自動轉(zhuǎn)移給承運商。承運商借助石化e貿(mào)完成自助式下單,企業(yè)端的系統(tǒng)會自動完成銷售訂單開具、提貨單生成等一系列動作。系統(tǒng)集成石化e貿(mào),實現(xiàn)了化工產(chǎn)品銷售業(yè)務(wù)計劃管理、預(yù)約管理,并支持PC端、微信端計劃拆分、提貨預(yù)約功能。具備提貨進廠管理、車輛調(diào)度排隊等功能,實現(xiàn)自動排隊、廠內(nèi)呼叫聯(lián)動功能,營造公平合理的提貨秩序環(huán)境。具備車輛安全檢查管理功能,實現(xiàn)車輛安全管理信息化。集成衡器無人值守系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集回傳,提升提貨管理智能化水平。

        5.2 生產(chǎn)一體化優(yōu)化平臺

        生產(chǎn)管控以優(yōu)化為手段,形成煉化一體化優(yōu)化平臺,提升生產(chǎn)計劃、調(diào)度排產(chǎn)、裝置操作管控水平。

        企業(yè)在生產(chǎn)層面信息系統(tǒng)較為完備,具有了PIMS,MES,LIMS,DCS,先進過程控制系統(tǒng)(APC),計量管理,實時數(shù)據(jù)庫等一系列軟件。煉化生產(chǎn)需要在平穩(wěn)運行、降低能耗、提高收率等方面多下功夫,生產(chǎn)優(yōu)化是主要手段之一。一體化管控平臺就是將企業(yè)從月度排產(chǎn)下達,到操作工實際操作、指標反饋等全流程管控起來,用信息化技術(shù)實時監(jiān)控生產(chǎn)狀態(tài),找出生產(chǎn)過程的可優(yōu)化點,提出優(yōu)化建議,下達優(yōu)化指令,到達穩(wěn)生產(chǎn)、提收率的目的。一體化優(yōu)化流程如圖5所示。

        圖5 一體化優(yōu)化流程示意

        1)一體化計劃管理。根據(jù)煉油、化工計劃管理實際需求,建立了煉化一體化優(yōu)化模型,支撐企業(yè)進行整體優(yōu)化測算。通過平臺對煉油、化工生產(chǎn)模型進行標準化,對裝置物料走向、公用工程單耗、調(diào)合組分、產(chǎn)品性質(zhì)進行標定。通過平臺化、模型化應(yīng)用,各裝置物料走向清晰合理。通過模型開展年度排產(chǎn),形成20多個測算案例,基于模型及測算價格體系開展月優(yōu)化測算,該公司2020年1月至6月累計優(yōu)化方案測算29個,實施7個,累計效益約4 223萬元人民幣。

        2)一體化調(diào)度優(yōu)化管理。建立“月計劃-旬計劃-日計劃”計劃管理體系,根據(jù)生產(chǎn)動態(tài)和外界條件變化信息,及時做出反饋并測算。通過三個計劃的銜接,加強計劃與生產(chǎn)溝通協(xié)作,始終保證裝置是以效益最佳的狀態(tài)運行。

        3)一體化裝置優(yōu)化管理?;谡{(diào)度優(yōu)化全局優(yōu)化目標,進行單裝置優(yōu)化計算,保證整體計劃下的單裝置優(yōu)化,即實現(xiàn)“全局最優(yōu)”。根據(jù)每日調(diào)度指令,不僅給出裝置運行目標是什么,還給出如何執(zhí)行才能達到優(yōu)化目標。

        4)一體化控制優(yōu)化管理。在過程控制層構(gòu)建了完善的控制網(wǎng)絡(luò),搭建了較為先進的控制系統(tǒng)。其中APC以工藝過程分析和數(shù)學模型計算為核心,發(fā)揮DCS和常規(guī)控制系統(tǒng)的潛力,確保生產(chǎn)裝置始終運轉(zhuǎn)在最佳狀態(tài)。RTO是在APC基礎(chǔ)上的實時優(yōu)化,進一步提升高附加值產(chǎn)品收率、降低裝置能耗,使裝置的運行狀態(tài)達到最佳的經(jīng)濟效益操作點。

        通過實時優(yōu)化給出需要調(diào)整的操作變量,以指令方式下達給APC,由APC接收后,下達至DCS完成實際操作調(diào)整。在自動控制領(lǐng)域,最終形成從儀表,DCS,APC,RTO全鏈條的控制優(yōu)化操作平臺。

        5.3 安全管控一體化平臺

        安全管控以設(shè)備、裝置等重要物理實體為對象,通過數(shù)據(jù)集成形成煉化一體化安全管控平臺,提升安全管控水平。安全生產(chǎn)是企業(yè)永恒的主題,安全工作無止境,通過信息化手段打造安全管控平臺確保生產(chǎn)安全,是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺需要重點考慮的內(nèi)容之一。在形成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集平臺、基礎(chǔ)服務(wù)平臺基礎(chǔ)上,通過打造視頻管理、設(shè)備管控、報警管理、應(yīng)急指揮、現(xiàn)場作業(yè)管控、氣體泄漏監(jiān)測等一系列應(yīng)用,形成特色的安全管控平臺。安全管控平臺架構(gòu)如圖6所示。

        圖6 安全管控一體化平臺架構(gòu)示意

        1)設(shè)備大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用,提升大機組運行狀態(tài)預(yù)警預(yù)測水平。采用大數(shù)據(jù)技術(shù),實現(xiàn)重要機組運行狀態(tài)的預(yù)警、預(yù)測。利用數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù),將基于數(shù)據(jù)的、具有學習機制的模型而不是基于工藝機理的模型來實現(xiàn)預(yù)警預(yù)測。其原理是利用設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)來建立一個設(shè)備運行狀態(tài)模型,利用該模型進行設(shè)備實時狀態(tài)的預(yù)警預(yù)測。能夠發(fā)現(xiàn)事故前兆,并給出故障查找方向,從而幫助技術(shù)人員及時對潛在的問題進行深入分析,提前采取措施。

        2)統(tǒng)一報警推送,穩(wěn)定生產(chǎn)運行。依托各專業(yè)數(shù)據(jù)庫建立數(shù)據(jù)報警推送管理系統(tǒng),及時推送報警信息,并接收報警處理回執(zhí),實現(xiàn)各種報警信息推送、回執(zhí)統(tǒng)計查詢報表的自動生成,為報警信息綜合統(tǒng)計提供數(shù)據(jù)支持。通過深度挖掘該公司各專業(yè)數(shù)據(jù)平臺,建立了生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量等7大類、約3.4萬個關(guān)注點、約730人使用的報警管控體系。實現(xiàn)了公司、廠級、車間三級報警信息實時推送和閉環(huán)處理,提升了應(yīng)急處置能力。

        3)統(tǒng)一協(xié)同的應(yīng)急指揮,提高處置突發(fā)事件的快速響應(yīng)。構(gòu)建統(tǒng)一協(xié)同的應(yīng)急指揮平臺,滿足企業(yè)和現(xiàn)場應(yīng)急指揮兩個層次的業(yè)務(wù)需要。包括警情接報、應(yīng)急通知、聯(lián)動監(jiān)控、應(yīng)急資源及調(diào)度等模塊。實現(xiàn)了與視頻監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)、消防管理、單兵無線視頻、環(huán)保在線監(jiān)控系統(tǒng)等的集成。

        6 結(jié)束語

        結(jié)合煉化行業(yè)特點和該公司管理實際,進行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)計與應(yīng)用。在基礎(chǔ)設(shè)施層規(guī)劃了統(tǒng)一的云平臺,構(gòu)建了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)、開發(fā)服務(wù)、中間件服務(wù)等通用組件。在生產(chǎn)控制層采集企業(yè)重點管控的儀表、設(shè)備、裝置等物理實體的數(shù)據(jù)并集中存儲,借助專用平臺綜合分析。在生產(chǎn)管理層將生產(chǎn)計劃、調(diào)度優(yōu)化、設(shè)備管理、安全管控等業(yè)務(wù)進行數(shù)據(jù)化、模型化、流程化,最終形成行業(yè)特色軟件平臺。對于經(jīng)營管理,實現(xiàn)了采購、銷售的一體化管理,提高了供應(yīng)商、客戶與企業(yè)用戶的滿意度,形成了統(tǒng)一的物流、資金流、信息流。對于生產(chǎn)管理,實現(xiàn)了從計劃排產(chǎn)、優(yōu)化調(diào)度、生產(chǎn)過程控制的全流程生產(chǎn)管控,通過層層優(yōu)化提高了產(chǎn)品收率、降低了能耗。對于安全管理,借助設(shè)備大數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)一報警、應(yīng)急指揮等平臺,確保了生產(chǎn)的安全穩(wěn)定。解決了以下行業(yè)痛點:

        1)通過對設(shè)備數(shù)據(jù)的有線、無線采集提升了設(shè)備自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化水平,建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲平臺,數(shù)據(jù)利用更加方便有效。

        2)構(gòu)建了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準化和數(shù)據(jù)倉庫體系,以“平臺+數(shù)據(jù)+應(yīng)用”的模式服務(wù)于煉化業(yè)務(wù),降低了系統(tǒng)集成開發(fā)難度,節(jié)約可開發(fā)成本,提升了開發(fā)效率,實現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)的增值服務(wù)。

        3)以生產(chǎn)為核心,利用平臺化的技術(shù)與產(chǎn)品,將生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)優(yōu)化、生產(chǎn)控制、安全風險管控全鏈條有機融合,打造了煉化行業(yè)特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,有力地促進了企業(yè)降本增效。

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