陳 麗，方林勇，王 峰

(寧夏煤業(yè)有限責任公司煤制油分公司，寧夏 銀川 750411)

化工工藝技術管理是MES(生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng))系統(tǒng)的重要組成部分，而工藝診斷分析可為裝置技術改進提供規(guī)范管理。系統(tǒng)提供自動采集實時數(shù)據(jù)及監(jiān)視功能，基于工藝數(shù)據(jù)分析，給工藝診斷提供支持。煤制油化工工藝診斷的主要關注點為：工藝技術是否成熟、可靠；原料處理、化學反應、產(chǎn)品精制、儲存和裝卸等環(huán)節(jié)中的各個單元操作過程或工序的設備構或和連接(含反應器、塔、炬、槽罐等各類設備設施、管道、自控聯(lián)鎖裝置、監(jiān)測報警設施、泄壓止逆設施、阻火設施、吸收、中和及破壞設拖、惰性氣體保護和置換設拖等)，是否合理并保證安全運行；操作方式、工藝參數(shù)、主要控制指標(溫度·壓力·流量·配比·液位等)是否符合安全操作條件要求；各生產(chǎn)物料所流經(jīng)工藝設備的順序、去向、步驟等是否符合工藝安全要求，禁忌物料的使用是否安全；整個工藝技術及流程能否滿足安全生產(chǎn)要求[1-2]。

煤制油生產(chǎn)化工工藝分析的目的是改善整個生產(chǎn)過程中不合理的工藝內(nèi)容、工藝方法、工藝程序和作業(yè)現(xiàn)場的空間配置。通過嚴格的考查與分析，設計出最經(jīng)濟合理、最優(yōu)化的工藝方法、工藝程序、空間配置。通過對工藝的診斷分析可以有效提高煤制油產(chǎn)品的合格率，提升原料及中間料的配比合理化。主要功能包含操作案例分析、歷史趨勢分析、相關性分析、擬合分析等?？山⒘搜b置操作案例庫，實時計算和量化操作員的操作經(jīng)驗與效果，通過將最佳操作經(jīng)驗固化到操作標準中，指導操作員在當前工況條件下，如何控制每項工藝控制參數(shù)，才能達到期望效果[3-4]。

1 功能研究

1.1 工藝指標監(jiān)控和操作指標分析

進行工藝指標程序分析時采用工藝監(jiān)控程序圖。工藝監(jiān)控程序圖僅做出程序中的“操作”以及保證操作效果的“檢驗”兩種主要動作，避免了圖形的冗長和復雜，可以很方便地研究整個程序的先后次序[5]。工藝監(jiān)控程序圖是一種利用圖表研究產(chǎn)品生產(chǎn)過程中各個可以分開的工序、工步的組合和安排步驟的圖示方法。

此模塊可實現(xiàn)關鍵工藝參數(shù)監(jiān)控項目的可配置，工藝人員可以根據(jù)具體業(yè)務需求增加、刪除、編輯關鍵工藝參數(shù)監(jiān)控項目，包括位號、描述、監(jiān)控上下限、采樣頻率等。

工藝參數(shù)監(jiān)控頁面以表格的形式展示出來，一個頁面可以展示多條監(jiān)控信息，支持按照車間、裝置、位號、指標類型進行單獨或組合查詢，報警的指標會有變色提示。同時系統(tǒng)提供折線圖，方便工藝人員了解指標的歷史趨勢。

基于生產(chǎn)操作指標的案例分布以及相對應時刻的關鍵工藝參數(shù)運行均值、峰值、谷值，主要用于操作經(jīng)驗的沉淀、積累和共享。

根據(jù)當前工況條件(或者操作條件)搜索歷史經(jīng)驗中的所有操作記錄，根據(jù) KPI(如收率、能效等)期望結(jié)果，抽取達到該操作目標的關鍵工藝參數(shù)的歷史操作記錄，并支持將該結(jié)果保存到案例庫中，指導實際操作。同時，對歷史操作記錄進行操作評估，操作評估是基于事后的，并且是一個連續(xù)性過程，單純的平穩(wěn)率統(tǒng)計并不足以反應操作的好壞，最好的操作評估方式是基于操作全過程的評估，完整還原操作員的操作過程，并進行操作回放，才能客觀，完整地評價該操作周期內(nèi)的操作員的操作水平。

對關鍵工藝參數(shù)進行實施監(jiān)控并對超出設定值的關鍵工藝參數(shù)進行報警提醒，把安全隱患消除在萌芽狀態(tài)中。

1.2 工藝診斷與分析

工業(yè)工程標準詞匯作了以下定義：“工藝流程圖是用圖表符號形式，表達產(chǎn)品通過工藝過程中的部分或全部階段所完成的工作。典型的流程圖中包括的資料有數(shù)量、移動距離、所做工作的類別以及所用的設備，也可以包括工時”。

傳統(tǒng)趨勢分析是基于連續(xù)性時域的連續(xù)性數(shù)據(jù)趨勢，而通常在一段時間內(nèi)數(shù)據(jù)趨勢的會因為操作調(diào)整、環(huán)境、通信異常等因素的干擾，某段時域數(shù)據(jù)明顯偏離正常軌跡；或者需要相同工況條件的足夠多的數(shù)據(jù)樣本，而相同工況持續(xù)的周期不足以提供足量的數(shù)據(jù)樣本時，則需要選擇較長時間段內(nèi)所有相同工況條件下的數(shù)據(jù)樣本。以支撐趨勢分析的可信度，基于設定參數(shù)值域的數(shù)據(jù)切片技術，可實現(xiàn)在時間軸上對趨勢線進行切割重組。

圖2 工藝診斷分析

歷史趨勢分析是基于特定工況、相同操作環(huán)境條件下的，操作調(diào)整后，裝置需要一段時間才能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)通訊的異常會產(chǎn)生垃圾數(shù)據(jù)，原料性質(zhì)的變化對操作也會產(chǎn)生較大影響，各裝置在各時期的數(shù)據(jù)清洗規(guī)則都會有所差別，因此必須要求系統(tǒng)具備靈活、方便的數(shù)據(jù)清洗規(guī)則定義，才能保證獲取有效的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析才變得有意義。

關鍵工藝參數(shù)相關性分析實現(xiàn)了關鍵工藝參數(shù)的圖形化展示和數(shù)據(jù)導出功能。

用戶可以選擇自己關心的單個或多個指標，點擊查看歷史趨勢圖、平均值，方便用戶對該區(qū)域下不同工藝參數(shù)的對比分析，幫助生產(chǎn)人員和管理人員發(fā)現(xiàn)工藝運行問題，即使改進工藝條件和控制手段，確保裝置安穩(wěn)優(yōu)運行，實現(xiàn)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)率。

1.3 相關性分析

工藝指標的分組功能使得操作者只需事先定義好自己關心的關鍵工藝參數(shù)分組，即可迅速定位到該關鍵工藝參數(shù)，及時掌握自己最關心的關鍵工藝參數(shù)的情況，分析與過程有關的操作變量的影響，可以采用文字、圖形、表格等所有便于表達清楚的形式進行展現(xiàn)。

實現(xiàn)原理是通過選定可能存在相關關系的指標組，進行相關的定性分析，進一步確認哪些參數(shù)是存在相關性以及相關的緊密程度?；谙嚓P性矩陣，概覽參數(shù)間的線性程度?？赏ㄟ^方差分析公式得到各指標的相關度。按固定間隔時間記錄各項工藝參數(shù)的實際測量值，通過工況條件和自定義數(shù)據(jù)篩選條件，比較多個指標的數(shù)據(jù)趨勢，初步判斷二者的關聯(lián)情況。

相關性分析的步驟：(1)工藝技術人員根據(jù)裝置生產(chǎn)工況，對需要進行分析的工藝指標、操作指標進行分組；(2)通過實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)獲取歷史趨勢數(shù)據(jù)，按照支撐趨勢分析的可信度，基于設定參數(shù)值域的數(shù)據(jù)切片技術，可實現(xiàn)在時間軸上對趨勢線進行切割重組，進行趨勢展示；(3)工藝技術人員通過選定可能存在相關的指標組，進行相關性分析，進一步確認那些參數(shù)是存在相關性以及相關程度；(4)生成對比分析圖并實現(xiàn)分析報表的導出存檔。

圖3 工藝相關性分析

1.4 擬合分析

本功能是指對存在相關性的兩個指標或者工藝參數(shù)進行定量的擬合分析，并計算出二者的擬合公式，以達到預測操作的目的?；谌我鈪?shù)間的多項擬合，定量分析各項參數(shù)間關系。

擬合分析是通過對相關聯(lián)主要參數(shù)建立數(shù)據(jù)模型，找到各種參數(shù)及變量之間的數(shù)學關系，通常為一組微分方程或是一組代數(shù)方程，可以描述出化工生產(chǎn)過程的動態(tài)規(guī)律。分為經(jīng)驗模型和機理模型兩部分，經(jīng)驗模型是通過對大型生產(chǎn)裝置的實時數(shù)據(jù)，通過數(shù)學回歸，獲得純經(jīng)驗的數(shù)學關系；機理模型是指從化工過程的原理出發(fā)進行推導，得到經(jīng)實驗驗證的過程數(shù)學模型。

通常，擬合模型的建立需按以下步驟進行：模型準備、模型假設、模型構成、模型求解、模型分析。在實時數(shù)據(jù)支撐的基礎上，通過分析工具進行模型的配置，產(chǎn)出相擬合的曲線，并可能過圖表和表格的方式生成最終的分析數(shù)據(jù)和預測結(jié)果。

圖4 工藝擬合分析

1.5 工藝報警分析

基于現(xiàn)有的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通過搭建報警模型、異常聯(lián)動模型和異常分析模型，從實時數(shù)據(jù)庫中取值，利用專家規(guī)則引擎工具，通過觸發(fā)異常聯(lián)動報警模型，實現(xiàn)物料平衡圖中工藝參數(shù)異常報警事件的自動捕獲，異常報警信息在平臺中自動推送并伴隨聲光報警，第一時間提醒相關用戶進行事件處理?；诋惓Ｊ录R庫，將各個單位調(diào)度崗位人員的異常事件處理操作步驟進行自動推送，相關人員可按照操作步驟進行事件的處理。當異常事件結(jié)束即報警點位值恢復正常時，異常事件自動關閉。

工藝報警分析包括報警點管理，報警監(jiān)控。

(1)報警點管理

對報警來源，報警分類，報警等級等基本信息進行維護設置，實現(xiàn)工藝報警值變更管理。

(2)報警監(jiān)控

關鍵報警點所在的關鍵設備使用圖形展示，使用顏色表示不同狀態(tài)。并且根據(jù)報警產(chǎn)生數(shù)據(jù)，分析其報警發(fā)生原因、處理方式等信息，對其進行匯總統(tǒng)計，統(tǒng)計內(nèi)容包含報警次數(shù)、報警持續(xù)時長等，形成報警日報、月報等信息臺賬。

(3)報警統(tǒng)計

報警統(tǒng)計就是對報警信息進行分析，一定周期內(nèi)的統(tǒng)計分析包括：報警日報、報警周報、報警月報、報警次數(shù)統(tǒng)計、報警持續(xù)時長統(tǒng)計、平穩(wěn)率統(tǒng)計。

圖5 工藝報警統(tǒng)計

2 結(jié) 論

通過工藝診斷分析的模塊的應用，規(guī)范了企業(yè)工藝管理，形成一整套適合于企業(yè)實際情況的標準化管理流程，加強企業(yè)對工藝管理的管控、監(jiān)督能力，實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務集成、數(shù)據(jù)共享，并在此基礎上構建企業(yè)數(shù)據(jù)的分析功能，確保裝置平穩(wěn)、安全、優(yōu)質(zhì)運行，促使煤制油企業(yè)工藝管理水平不斷提升。