＊張 卡

（石化盈科信息技術有限責任公司 北京 100020）

石油化工行業(yè)是國家能源戰(zhàn)略安全的重要組成部分，是我國重要的國民經濟支柱產業(yè)之一，經濟總量大、產業(yè)鏈條長、產品種類多、關聯覆蓋廣，其綠色安全發(fā)展關乎國家能源戰(zhàn)略安全和國民經濟[1]。當前石化產業(yè)面臨產能過剩、成本上升、效益下滑、資源環(huán)境約束及創(chuàng)新不足等挑戰(zhàn)，我國明確提出要推動能源消費革命、能源供給革命、能源技術革命、能源體制革命，并全方位加強國際合作，實現開放條件下的能源安全[2-3]。智能制造是未來石化產業(yè)轉型升級、化解產業(yè)發(fā)展矛盾的重要發(fā)展方式,隨著現代信息技術的快速發(fā)展，傳統(tǒng)石油化工行業(yè)的數字化轉型產業(yè)升級已成為當前能源行業(yè)的熱點之一[4-6]。目前石油化工行業(yè)的數字化轉型主要集中在石油勘探開發(fā)生產方面、管網建設方面、煉化領域和銷售領域，其中煉化等領域的智能工廠建設已經進行了初步的探索和實踐，但是由于石化行業(yè)工廠和生產環(huán)節(jié)獨特的產品多樣性、技術密集性、安全環(huán)保性、高能耗性等業(yè)務特點，并且智能裝備種類多、儀表接口協議復雜及設備供應商標準多，導致設備互聯接入標準困難，在智能工廠建設中，需要首先實現系統(tǒng)、物與智能裝備之間的互聯、互通、互操作[7-9]。為解決上述問題，需要以測控與控制設備信息模型為基礎，引導石化行業(yè)智能工廠智能裝備互聯互通技術發(fā)展，實現物理世界與信息系統(tǒng)的協同交互。

1.開展測控與控制設備信息模型設計與應用的意義

在傳統(tǒng)石化行業(yè)的工業(yè)生產中，設備之間存在物理隔離和技術壁壘兩大障礙，但是隨著工業(yè)互聯網的飛速發(fā)展，大數據技術和人工智能技術賦能的智能工廠逐漸打破設備之間的壁壘，并通過信息模型技術有機連接，實現工廠內資源垂直整合[10-11]。工業(yè)生產中，資產模型是指利用數據字典、元數據描述等功能，構建描述物理世界的信息模型，其目的是構建物理對象信息的統(tǒng)一描述[12-14]。綜上，測控與控制設備信息模型是實現石化行業(yè)智能工廠系統(tǒng)、物、智能裝備間的互聯、互通的必要基礎，是石化智能工廠數字孿生工業(yè)模型中的重要資產模型，可支撐跨系統(tǒng)、跨設備、跨數據集成和業(yè)務的整合。石化行業(yè)智能工廠建設范圍內的裝備及業(yè)務系統(tǒng)眾多、連接關系復雜，通過搭建上述測控與控制設備信息模型，梳理各個業(yè)務系統(tǒng)數據源，統(tǒng)一數據標準，可打通系統(tǒng)、物、智能裝備的業(yè)務和數據流程，從而解決多終端、多系統(tǒng)之間的互聯互通核心問題。

2.測控與控制設備模型設計

信息模型是對物理對象的數字化描述，可反映實際物理對象和數據的關系，一般需定義三個層面的內容：描述對象、數據格式和重要屬性。本文中描述對象為石化智能工廠測控與控制設備，即可以數字化接入的二次設備，石化工廠常用的設備位號可作為該類設備的主要標識，考慮該模型主要需解決數據交互和傳遞方面需求，應主要體現該類設備操作、管理、商業(yè)等接入方面的屬性特征。

(1)測控與控制設備信息模型架構

測控與控制設備信息模型應包括設備位號、結構屬性、功能屬性、性能屬性、位置屬性、資產屬性六個類別，如圖1所示。

圖1 測控與控制設備信息模型架構

石油化工行業(yè)智能工廠測控與控制設備信息模型采用包含語義描述的結構化文本，對可連接設備進行描述，利用設備位號組成、設備類別代號、設備主項代碼、主項同類設備序號及設備數量尾號實現表示的結構化表述，同時增加了互聯感知的結構屬性、功能屬性、位置屬性、性能屬性、資產屬性來實現整體互聯感知接入內容統(tǒng)一規(guī)范。從智能工廠系統(tǒng)的不同相關方的多個視角分別進行描述，有利于參與建設石化行業(yè)智能工廠的所有相關方統(tǒng)一認識，為設備互聯感知提供依據。

(2)測控與控制設備標識方式

圖2 測控與控制設備位號示例

測控與控制設備的標識方式應按照《化工工藝設計施工圖內容和深度統(tǒng)一規(guī)定》的要求，設備位號應唯一，由設備類別代碼、設備主項代碼、主項同類設備序號、設備數量尾號組成。

(3)測控與控制設備信息模型屬性描述

對測控與控制設備信息模型包含的結構屬性、功能屬性、性能屬性、位置屬性和資產屬性進行詳細描述，具體展開如下：

①結構屬性：結構屬性指測控與控制設備本身固有的屬性，包括但不限于供電方式、防爆形式、通信方式、通信頻段、重量、外殼尺寸、外殼材料、外殼防護等級及振動保護。②功能屬性：功能屬性指測控與控制設備具有的所有功能，包括測量、顯示、控制和記錄功能。③性能屬性：性能屬性指測控與控制設備完成對應功能所能達到的性能指標，包括但不僅限于額定值、閾值、能耗、濾波時間、通信間隔、引導時間、喚醒時間、精度、工作環(huán)境。④位置屬性：位置屬性指測控與控制設備的安裝位置，應包括但不僅限于精度、維度、海拔高度、相對位置、地址描述、安裝環(huán)境。⑤資產屬性：資產屬性指測控與控制設備的商業(yè)用途信息，包括但不限于設備名稱、制造商、價格、交貨時間、投產時間、更換周期、使用狀態(tài)、使用部門。

3.測控和控制設備信息模型試驗驗證

基于上述設計與實現方法的石化智能工廠測控與控制設備信息模型，選取有代表性的企業(yè)，開展舉證驗證、平臺驗證及現場驗證，用以判斷模型完整性、合理性、可行性、適用性。

(1)舉證驗證

選取石化行業(yè)4家有代表性的企業(yè)，組織企業(yè)相關專家進行答卷。4家企業(yè)及參與人數如表1所示。

表1 參與舉證驗證的企業(yè)匯總表

(2)平臺驗證

采用石化行業(yè)智能工廠標準試驗驗證平臺的測控與控制設備信息管理系統(tǒng)和IoT管控臺相關功能進行驗證，驗證涉及系統(tǒng)名稱和功能模塊如表2所示。

表2 平臺驗證匯總表

續(xù)表

(3)現場驗證

在C煉化企業(yè)進行現場驗證，C煉化企業(yè)設備管理系統(tǒng)包含運行管理與預警、在線運行分析、腐蝕診斷與評估和故障診斷與預測四項功能，設計有1個業(yè)務場景，共驗證9項要素，業(yè)務場景涉及的應用系統(tǒng)名稱和功能模塊及可驗證的模型要素如表3所示。

表3 現場驗證匯總表

(4)驗證結論

表4 模型要素修改情況匯總表

舉證驗證共涉及4家企業(yè)，參與答卷人數為25人，對所有答卷進行統(tǒng)計，無全否定項，有6題非全肯定項（包括否定項與半肯定項）數量之和超過60%。經研究答卷中的建議后，對模型進行了相應的修改，修改情況見表4。

經舉證驗證的未修改要素及修改后要素具有完整性、合理性、可行性、適用性等。平臺驗證主要采用驗證平臺服務管控臺服務監(jiān)控功能，全部通過驗證，證明模型要素均具有可行性?，F場驗證主要通過查看企業(yè)設備健康管理系統(tǒng)進行驗證，全部通過驗證，證明所驗證的模型要素均具有可行性。

4.結語

本文描述了石化行業(yè)智能工廠測控與控制設備的信息模型結構、標識方式和接入要求，同時，通過舉證驗證、平臺驗證、現場驗證等方式進一步證明了該信息模型的完整性、合理性、可行性、適用性，下一步將針對如何規(guī)范這些設備之間的通信協議，將未來數百萬計的設備和應用程序通過標準的協議進行互聯互通，并避免接入設備繁雜眾多所帶來的物聯安全問題進行深入研究，為石化智能工廠系統(tǒng)、物、智能裝備的互聯、互通、互操作提供標準化技術支撐。