劉 仁 高飛青 王宏建 劉 微 王新輝 鄭 邠

（中國石油蘭州石化公司計量部）

蘭州石化歷經(jīng)60 年的發(fā)展，煉化裝置齊全，計量業(yè)務繁雜，有原油、乙烯原料、天然氣、蒸汽及水等各類物資的采購監(jiān)督計量， 有大宗成品油、化工產(chǎn)品的貿(mào)易交接計量，還有廠際間、裝置間物料能源的互供計量，運輸方式有管輸、公路和鐵路，各有對應的不同的計量方式。 傳統(tǒng)的管理方式已很難滿足精細化管理的要求，計量信息化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求迫切。

1 計量數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景和意義

1.1 背景

計量數(shù)據(jù)的采集以人工采集為主， 實時性、準確性差。 公司生產(chǎn)裝置絕大多數(shù)采用控制系統(tǒng)，方便操作人員查看生產(chǎn)和操作狀態(tài)，但是各級管理人員無法看到實時數(shù)據(jù)并依據(jù)數(shù)據(jù)進行管理。 人工抄量、人工錄入數(shù)據(jù)方式較為普遍，計量數(shù)據(jù)的審核、運行記錄、計量單的生成、計量結(jié)賬及計量報表等依靠人工操作完成，員工勞動強度大、工作效率低，數(shù)據(jù)的及時性和準確性得不到保證。 2012 年以前計量數(shù)據(jù)自動采集率僅為13%， 計量自動化和信息化基礎薄弱， 人工成本高。

采用紙質(zhì)計量單據(jù)，單據(jù)流轉(zhuǎn)、管理不便。 紙質(zhì)計量單每天靠人車取送成本高、 儲存不方便，產(chǎn)銷銜接不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)及時共享，紙質(zhì)計量單流轉(zhuǎn)慢，影響企業(yè)及時結(jié)算，按照管輸、公路和鐵路發(fā)送業(yè)務規(guī)模測算，每年會產(chǎn)生紙質(zhì)計量單據(jù)約10 萬張，造成了大量紙張浪費，也給計量單核查造成困難，迫切需要計量單電子化。

計量衡器自動化、信息化落后，維護管理困難。 汽車衡、軌道衡等計量衡器自動化、信息化落后，各個計量點衡器有不同的系統(tǒng)軟件，數(shù)據(jù)采集方式不一致，單據(jù)、票據(jù)格式不一致，給維護升級管理帶來困難。 軌道衡計量單據(jù)采用手工填寫、人工傳送方式，并且需要將每個罐車的計量數(shù)據(jù)輸入制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)（MES），每月還要對單一介質(zhì)再統(tǒng)計一次總量，月末在企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)重復錄入一遍，這種工作方式無法對衡器計量信息進行實時查詢、監(jiān)控，計量數(shù)據(jù)不能共享。 操作人員在自然減員的情況下不能滿足過衡量持續(xù)增長的需求，迫切需要對汽車衡過衡計量實現(xiàn)無人值守的信息化管理模式。

計量設備種類多、分布廣，未實現(xiàn)動態(tài)管理。公司計量設備管理還停留在靜態(tài)管理層面，一般一年才完全更新一次信息。 由于計量管理人員少且多為兼職，導致計量設施信息與實際情況不一致，計量設備管理不到位。 計量設備在使用周期內(nèi)的運行維修、 檢定等信息不能及時更新和共享，給計量業(yè)務帶來不便。

1.2 意義

煉化企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是順應時代潮流的必然要求， 更是企業(yè)打造新時代競爭力的必然選擇，以人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)為核心技術的共享經(jīng)濟、數(shù)字經(jīng)濟迅猛發(fā)展，在減少人為誤差、改善產(chǎn)品品質(zhì)、降低成本、提高效率及增加營收等方面發(fā)揮著重要作用。 中國石油天然氣集團有限公司已明確提出要求：要更加注重數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展；要轉(zhuǎn)變發(fā)展理念，充分認識數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要性和緊迫性，推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展。

蘭州石化從以下幾個方面進行了計量信息化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的探索與實踐工作，并取得了一定的成效。

2 蘭州石化計量信息化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索與實踐

2.1 應用新技術實現(xiàn)計量數(shù)據(jù)自動采集

2.1.1 OPC 技術在數(shù)據(jù)自動采集工作中的應用

針對艾默生、霍尼韋爾、橫河及西門子等公司的DCS、PLC 系統(tǒng)以及無紙記錄儀等設備的通信方式、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式不一致的情況，通過增加應用站，并安裝OPC 接口軟件，將不同的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成標準數(shù)據(jù)格式輸出，通過增加上位MES 設備和生產(chǎn)網(wǎng)，上傳標準格式的數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集。

圖1 為DCS-OPC 接口數(shù)據(jù)采集示意圖。 在每套裝置上增加OPC 服務器、 生產(chǎn)網(wǎng)、 交換機、MES 設備， 通過OPC 服務器采集并傳輸過程數(shù)據(jù)， 獨立的OPC 服務器的網(wǎng)關型結(jié)構(gòu)確保了MES 與DCS 的網(wǎng)絡隔離， 保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

圖1 DCS-OPC 接口數(shù)據(jù)采集示意圖

2.1.2 應用無線技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集

部分計量點現(xiàn)場計量儀表安裝分散，離控制室遠，附近無公司生產(chǎn)網(wǎng)絡，信號引入各計量點操作室導致鋪設信號電纜距離遠、成本高且施工難度較大，無法實現(xiàn)計量數(shù)據(jù)自動采集。

采用基于WIA-PA (Wireless Networks for Industrial Automation) 的工業(yè)無線技術， 通過符合WIA-PA 技術標準的智能無線網(wǎng)關、無線適配器、中繼設備、OPC Server 及BUFFER 機等設備或接口系統(tǒng)，部署無線網(wǎng)絡，通過無線技術對部分無法接入計量點控制室的計量數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動采集。

2.1.3 推廣應用符合MODBUS 協(xié)議的RS-485通信技術

計量儀表大多具有RS-485 通信接口， 長期以來維護人員習慣采用4～20mA 信號傳輸模擬量，再通過DCS 或PLC 系統(tǒng)進行累積量的計算，在系統(tǒng)上進行累積量的計算誤差大， 特別是用PLC 進行累積量計算誤差高達20%以上，在計量中無法使用，即使實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動采集，仍然需要去現(xiàn)場抄一次表用于計量結(jié)算。 針對此情況，對具備RS-485 通信的計量儀表， 在DCS 或PLC上增加RS-485 轉(zhuǎn)換卡件實現(xiàn)多參數(shù)傳輸， 數(shù)據(jù)傳輸準確，較好地解決了累積量誤差大的問題。

采用以上多種技術開展計量數(shù)據(jù)自動采集工作， 對DCS、PLC 等系統(tǒng)進行接口和MES 生產(chǎn)網(wǎng)改造，實現(xiàn)從生產(chǎn)測量控制系統(tǒng)到管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動采集，提高自動化水平，降低勞動強度，提高工作效率，提高數(shù)據(jù)準確性和及時性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)上共享。 110 余套煉化生產(chǎn)裝置、罐區(qū)、磅房實現(xiàn)計量數(shù)據(jù)自動采集接口改造，實現(xiàn)計量數(shù)據(jù)自動采集的同時也打通了生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集的通道。 公司計量數(shù)據(jù)自動采集率從改造前的13%提高到目前的83%。

2.2 計量信息管理平臺的開發(fā)與應用

計量信息管理平臺包括4 個功能模塊：計量監(jiān)控、計量數(shù)據(jù)、計量設備和計量衡，其架構(gòu)如圖2 所示。

2.2.1 計量監(jiān)控管理

開發(fā)了計量圖、歷史曲線、數(shù)據(jù)校正和實時數(shù)據(jù)功能，對關鍵儀表數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測、報警，及時發(fā)現(xiàn)儀表異常，查看儀表運行信息。 對物料產(chǎn)品的瞬時值、累積值、溫度、壓力及密度等參數(shù)進行實時顯示。

2.2.2 計量數(shù)據(jù)管理

開發(fā)了計量計算管理、物料核算管理、計量單管理、計量報表管理、儀表清零、汽車衡接口數(shù)據(jù)、 軌道衡接口數(shù)據(jù)及MES 接口數(shù)據(jù)等功能，滿足計量數(shù)據(jù)集中管理、報表自動生成、網(wǎng)上查詢及信息共享等需求。

圖2 計量信息管理平臺架構(gòu)

2.2.3 計量設備管理

開發(fā)計量器具（儀表）臺賬管理、周期檢定計劃管理、器具（儀表）狀態(tài)流轉(zhuǎn)管理及計量人員管理等功能，滿足計量器具（儀表）全生命周期管理和檢定人員動態(tài)信息化管理需求。

2.2.4 計量衡管理

開發(fā)汽車衡軟件， 替代汽車衡廠商軟件，包括數(shù)據(jù)管理、稱重管理、單據(jù)管理、詞組預置、參數(shù)設置及其他業(yè)務（包括基礎用戶權(quán)限）等模塊，滿足稱重、基礎配置、紅外線、欄桿機、計量單及查詢統(tǒng)計等需求，同時實現(xiàn)網(wǎng)絡查詢。

2.2.5 計量信息管理平臺應用效果

計量信息管理平臺應用效果如下：

a. 計量監(jiān)控模塊實現(xiàn)了計量數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，涉及50 余種物料、產(chǎn)品和能源介質(zhì)，94 幅計量網(wǎng)絡圖，41 組各類歷史曲線，1 200 余個實時監(jiān)控計量點，107 個報警點。實現(xiàn)公司、分廠、車間三級生產(chǎn)調(diào)度和各級管理人員、計量員共同使用監(jiān)控模塊，實時查看每條管線的計量數(shù)據(jù)。

b. 計量數(shù)據(jù)模塊實現(xiàn)了計量數(shù)據(jù)的集中管理，涉及各二級單位及其下屬所有生產(chǎn)裝置的1 192 條數(shù)據(jù)錄入點、19 309 條路由、自動生成的26 類統(tǒng)計報表，線上進行數(shù)據(jù)的采集、錄入和審核。 實現(xiàn)線上自動提取數(shù)據(jù)、生成計量單、生成操作運行記錄、生成日報、月報及線上進行月底結(jié)賬等工作，提高了工作效率和數(shù)據(jù)的準確性。

c. 計量設備管理模塊實現(xiàn)了所有計量器具、計量儀表線上全流程操作、 全生命周期統(tǒng)一管理。 涵蓋公司19 000 余臺計量器具、2 600 余臺計量儀表、16 類計量設備統(tǒng)計報表、9 種計量設備相關業(yè)務流程。 線上實現(xiàn)9 種業(yè)務流程管理和自動考核，計量檢定從計劃、收發(fā)、檢定、證書生成、統(tǒng)計、考核全過程實現(xiàn)線上管理。

d. 集中了7 個汽車衡磅房10 套稱重數(shù)據(jù)管理，開發(fā)衡器數(shù)據(jù)采集、紅外對射設備控制、紅綠燈控制及視頻監(jiān)控等軟件， 統(tǒng)一了衡器計量軟件。 公司任何一臺電腦都能遠程查看到所有過磅數(shù)據(jù)和稱重相關信息，能在辦公桌上遠程視頻進行防作弊管理。

2.3 計量遠程電子化交接系統(tǒng)的開發(fā)和應用

2.3.1 系統(tǒng)開發(fā)

2.3.1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

蘭州石化計量遠程電子化交接系統(tǒng)主要由基礎數(shù)據(jù)采集、電子簽章管理系統(tǒng)和客戶端3 部分組成，系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)如圖3 所示。 系統(tǒng)將管輸、公路和鐵路3 種進出廠方式產(chǎn)生的計量交接數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口上傳到計量信息管理平臺，計量信息管理平臺根據(jù)各計量點的工作實際生成滿足要求的電子計量單， 交接雙方采用在線審核、簽署、流轉(zhuǎn)的方式完成計量交接過程，并將簽署后的電子計量單上傳到各客戶端用戶單位，有效提高計量交接數(shù)據(jù)的共享及時性和工作效率。

圖3 計量遠程電子化交接系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)

2.3.1.2 功能開發(fā)

計量遠程電子化交接系統(tǒng)采用電子簽章技術，通過計量交接管理、用戶管理、證書管理、印章管理、簽署管理、文檔管理及系統(tǒng)管理等實現(xiàn)公司管輸、公路、鐵路進出廠原料、產(chǎn)品、半成品互供的遠程電子化交接， 包括計量數(shù)據(jù)在線提取，計量單在線生成，計量單在線簽署，計量單作廢，計量單網(wǎng)上流轉(zhuǎn)，計量單在線打印、下載、歸檔，計量數(shù)據(jù)的分類統(tǒng)計匯總，用戶功能角色權(quán)限分配及系統(tǒng)網(wǎng)絡安全管理等功能。 計量遠程電子化交接系統(tǒng)通過有效的CA 證書、 加密密鑰和Ukey 認證來保證電子簽章有效且安全。

2.3.2 應用效果

目前公司管輸、公路、鐵路涉及的20 個計量點已全部實現(xiàn)計量單的電子簽名、電子簽章和網(wǎng)上流轉(zhuǎn)， 涉及20 余家單位300 余位用戶在線查詢、統(tǒng)計、打印、下載及儲存等功能，實現(xiàn)了計量數(shù)據(jù)集合和在線統(tǒng)計，大幅提高了銷售、采購、生產(chǎn)及計量等單位數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)計、核對、盤點的效率， 徹底改善了公司取送紙質(zhì)計量單的落后現(xiàn)象，提高了顧客滿意度，提升了企業(yè)形象。

2.4 汽車衡無人值守系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

汽車衡無人值守系統(tǒng)采用集中管理、分布監(jiān)控的設計模式，所有的業(yè)務數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)、語音、圖像及控制信號等）通過自助一體機（終端）和軟件系統(tǒng)進行就地處理，通過計量專用光纖網(wǎng)絡與計量信息管理平臺進行交互。 汽車衡無人值守系統(tǒng)架構(gòu)如圖4 所示。

2.4.2 功能描述

汽車衡無人值守系統(tǒng)的功能如下：

a. 以自助一體機為中心， 搭建了底層平臺，主要進行車號識別、紅綠燈、紅外對射防作弊系統(tǒng)和圖像監(jiān)控設備等現(xiàn)場設備的控制。 底層設備的各種信息、數(shù)據(jù)，通過車輛上衡管理軟件、車輛稱重管理軟件協(xié)調(diào)， 傳送至計量信息管理平臺。同樣， 遠程操作命令通過生產(chǎn)網(wǎng)傳送至底層設備，從而實現(xiàn)現(xiàn)場計量設備與計量信息管理平臺之間的數(shù)據(jù)傳送。

圖4 汽車衡無人值守系統(tǒng)架構(gòu)

b. 計量信息數(shù)據(jù)庫和計量信息管理平臺主要完成車輛備案信息保存、簽章文檔管理，處理計量信息管理平臺與各計量點自動采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口、電子簽章系統(tǒng)與計量信息管理平臺的接口及電子簽章系統(tǒng)在電子遠程交接的應用集成等問題。

c. 客戶端管理。 主要進行車輛進出廠信息的錄入和生成計量單據(jù)的查詢。 為了解決安裝防火墻后外部網(wǎng)絡的用戶不能訪問內(nèi)部網(wǎng)絡服務器的問題，設立一個DMZ 區(qū)。 在這個小網(wǎng)絡區(qū)域內(nèi)可以放置一些必須公開的服務器設施， 以便外部網(wǎng)絡訪問。

過衡司機提前通過手機登錄車輛信息錄入平臺錄入貨運信息，并生成二維碼數(shù)據(jù)，信息下裝到自助一體機系統(tǒng)， 車輛上磅通過車號識別、紅外對射等防作弊系統(tǒng)，識別出的車號和錄入車號一致時允許自動稱重， 司機自助打印計量單據(jù)，如遇到異常情況，可通過對講系統(tǒng)遠程操控過衡。

該系統(tǒng)的上線運行為優(yōu)化汽車衡計量操作崗位、提高工作效率、降低人力和管理成本奠定了基礎，也為公司汽車衡管理開啟了信息化新模式。

3 數(shù)字化轉(zhuǎn)型效果和作用

通過幾年來的探索與實踐，計量數(shù)字化轉(zhuǎn)型作用顯現(xiàn)， 原先人工抄錄數(shù)據(jù)變?yōu)樽詣硬杉瘮?shù)據(jù)，各級管理人員在辦公電腦上可以查看各計量點的實時數(shù)據(jù)，減少了電話量；計量數(shù)據(jù)操作記錄、計量單、計量日報表、月報表和年報表自動生成，可通過網(wǎng)上查看；電子計量單網(wǎng)上流轉(zhuǎn)，方便相關人員查看、下載、儲存、打印，改變了傳統(tǒng)取送計量單的方式；汽車衡無人值守系統(tǒng)的成功開發(fā)和應用為下一步推廣應用奠定基礎；同時實現(xiàn)了計量信息管理平臺和MES、管輸系統(tǒng)、鐵路裝車系統(tǒng)、公路裝車系統(tǒng)、績效考核系統(tǒng)等的集成，減少了信息孤島，實現(xiàn)了信息共享。

4 結(jié)束語

蘭州石化計量信息化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作還有一些工作要做，下一步將集成計量和ERP 銷售系統(tǒng)，實現(xiàn)計量和銷售數(shù)據(jù)的信息共享和產(chǎn)銷協(xié)同，建設計量數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)計量監(jiān)督、計量數(shù)據(jù)集中管理、視頻監(jiān)控和衡器集中遠程操控，優(yōu)化人力資源，提高效率和效能，為大型煉化企業(yè)計量數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供先進案例。