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1　項目背景

中控作為工業(yè)自動化領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)企業(yè)和智能制造的踐行者，攜手神華寧夏煤業(yè)集團有限責(zé)任公司（以下簡稱神華寧煤）、中國寰球工程公司等單位組成聯(lián)合體，共同實施工信部支持的2016國家智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化與新模式應(yīng)用項目。實施項目名稱為“百萬噸級烯烴（煤化工副產(chǎn)品深加工綜合利用）智能新模式推廣應(yīng)用”，屬于國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部實施制造業(yè)升級改造重大工程重點支持的化工園區(qū)（基地）建設(shè)工程領(lǐng)域。項目以百萬噸烯烴聯(lián)合裝置建設(shè)為依托，通過安全可控的核心主控裝備和軟件系統(tǒng)，探索智能制造的推廣應(yīng)用模式，實現(xiàn)乙烯、丙烯等石油化工生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制、精細化管理、科學(xué)決策等單元技術(shù)和集成創(chuàng)新技術(shù)的突破，完成烯烴聯(lián)合裝置從原料到產(chǎn)品，從生產(chǎn)控制到經(jīng)營決策，從生產(chǎn)管理到績效分析多層次、多視角、全方面的智能化管控，實現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提質(zhì)降本、節(jié)能減排、綠色環(huán)保等可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。本項目作為寧東地區(qū)煤制烯烴等現(xiàn)代煤化工的示范工程，通過技術(shù)探索、產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用推廣的有機結(jié)合，技術(shù)研究、產(chǎn)品研發(fā)與企業(yè)應(yīng)用的相互支撐和相互促進，不僅為打造寧煤智慧基地積累了經(jīng)驗，更將推廣應(yīng)用于全國石油、化工等流程行業(yè)，從而助力石油化工行業(yè)整體智能化水平的提升和國內(nèi)制造業(yè)智能化發(fā)展的進程。

2　項目實施與應(yīng)用

該項目打造了中控面向智能決策的智能工廠解決方案，完成“一三十”工程，即一個企業(yè)服務(wù)數(shù)據(jù)總線、三層智能化平臺、十大核心智能應(yīng)用系統(tǒng)，形成三項智能制造標(biāo)準(zhǔn)，建成自主可控的本質(zhì)安全、質(zhì)量效益、科技創(chuàng)新、資源節(jié)約、和諧發(fā)展的五型智能工廠。

通過數(shù)據(jù)總線技術(shù)，項目實現(xiàn)了公司數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)劃，數(shù)據(jù)編碼及描述一致、可擴展；通過三層次智能平臺及應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，建立了生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)與集團ERP系統(tǒng)的互聯(lián)互通，消除“信息孤島”、“應(yīng)用孤島”，支撐生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量、物流、HSE等業(yè)務(wù)的覆蓋與協(xié)同，實現(xiàn)了工廠信息的實時、透明、共享，構(gòu)建了計劃－調(diào)度－操作－分析－優(yōu)化的閉環(huán)管理模式。

圖1 項目建設(shè)內(nèi)容及目標(biāo)示意圖

2.1　項目工藝流程

以煤制油副產(chǎn)品石腦油、LPG及烯烴一分公司 LPG作為原料，經(jīng)裂解裝置傳統(tǒng)的乙烯熱裂解技術(shù)生產(chǎn)出氫氣、甲烷、乙烯、丙烯、混合碳四、裂解汽油中間產(chǎn)品。裂解裝置副產(chǎn)品氫氣和來自煤制油氫氣經(jīng)合成氨裝置PSA單元合成產(chǎn)品液氨，經(jīng)罐區(qū)儲存供基地內(nèi)使用。 乙烯產(chǎn)品部分送烯烴轉(zhuǎn)化單元，其余部分送下游聚乙烯裝置進行聚合反應(yīng)。丙烯產(chǎn)品送往聚丙烯裝置進行聚合反應(yīng)。 混合碳四在丁二烯裝置內(nèi)抽提生產(chǎn) 1,3-丁二烯產(chǎn)品，并送往罐區(qū)儲存、汽車裝車外售，抽余碳四送往裂解裝置烯烴轉(zhuǎn)化單元。 乙烯、丙烯、氫氣經(jīng)聚丙烯裝置聚合生成聚丙烯產(chǎn)品，包裝后送至聚合物包裝倉庫儲存、鐵路或公路裝車外售。

2.2　總體業(yè)務(wù)架構(gòu)

智能制造項目覆蓋寧煤烯烴二分公司的生產(chǎn)全業(yè)務(wù)，從業(yè)務(wù)層面分析，智能制造系統(tǒng)從底層操作到管理層，涵蓋8大層次的業(yè)務(wù)內(nèi)容，以2條業(yè)務(wù)主線貫穿10大系統(tǒng)，第一主線是經(jīng)營計劃主線，通過計劃的層層分解，最好將年度計劃分解為月、日，通過調(diào)度指令分配到各個崗位進行操作。第二條主線是生產(chǎn)過程操作主線，通過執(zhí)行調(diào)度指令操作各裝置平穩(wěn)運行，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時體現(xiàn)，并逐層向上傳遞，面向管理部門形成生產(chǎn)的運行分析和計劃跟蹤。通過這兩天主線的貫穿，各層次應(yīng)用智能制造系統(tǒng)進行協(xié)同、共享及優(yōu)化操作。

圖2 總體業(yè)務(wù)架構(gòu)示意圖

2.3　總體技術(shù)架構(gòu)

首創(chuàng)以設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，構(gòu)建智能制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)體系，架構(gòu)設(shè)計與裝置生產(chǎn)運行同步開展，完成各專業(yè)系統(tǒng)的集成與互聯(lián)互通，消除信息孤島，對工廠開工、投產(chǎn)、運行期間生產(chǎn)業(yè)務(wù)的全面支撐。
項目建設(shè)成了一套標(biāo)準(zhǔn)、一條總線、一個倉庫，即以生產(chǎn)為核心建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，以業(yè)務(wù)為核心掛接各專業(yè)系統(tǒng)服務(wù)接口，以數(shù)據(jù)為核心集成各類生產(chǎn)、能源、質(zhì)量、設(shè)備、安全信息。

2.4 　三層平臺

（1）生產(chǎn)過程自動化智能控制平臺（數(shù)字車間）

建成以集散控制系統(tǒng)（DCS）為核心，集成安全儀表系統(tǒng)（SIS）、火災(zāi)報警系統(tǒng)（FAS）、可燃有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)（GDS）、先進控制系統(tǒng)（APC）、工業(yè)視頻系統(tǒng)（CCTV）、PLC、壓縮機控制系統(tǒng)（ITCC）等8類系統(tǒng)的生產(chǎn)過程自動化智能控制平臺。

（2）生產(chǎn)管理智能優(yōu)化平臺

建成了以生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）為核心的生產(chǎn)管理智能優(yōu)化平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)、設(shè)備、安全等業(yè)務(wù)綜合集成。

圖3 智能工廠平臺示意圖

（3）生產(chǎn)運營智能服務(wù)平臺

通過目標(biāo)傳導(dǎo)式績效管理、工廠三維可視化等系統(tǒng)的深度集成，智能優(yōu)化平臺和智能控制平臺的支撐，建立了企業(yè)生產(chǎn)運營智能服務(wù)平臺，為業(yè)務(wù)綜合決策分析、生產(chǎn)運營、設(shè)備檢維修等提供決策支持，實現(xiàn)生產(chǎn)管控決策的閉環(huán)管理。

2.5　十大系統(tǒng)

（1）生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)

完成情況：完成了計劃、調(diào)度、工藝、操作、統(tǒng)計等13個功能模塊建設(shè)，覆蓋了公司生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)。系統(tǒng)集成了安全、能源、設(shè)備、質(zhì)量等7個子系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)業(yè)務(wù)的全覆蓋。

建設(shè)效果：針對生產(chǎn)業(yè)務(wù)協(xié)同難：實現(xiàn)以生產(chǎn)管理為主線的業(yè)務(wù)貫通，6個部門、7個車間的業(yè)務(wù)應(yīng)用。多層次數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明、可視化展示與分析；通過信息化系統(tǒng)集成，建立數(shù)據(jù)共享平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)協(xié)同和數(shù)據(jù)共享（實現(xiàn)工藝操作尋優(yōu)、實時監(jiān)控、綜合業(yè)務(wù)決策等）。

圖4 MES系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)圖

（2）能源管理系統(tǒng)

完成情況：能源管理系統(tǒng)建成（能耗基準(zhǔn)、能效評估等）12個模塊、132項功能，系統(tǒng)采集28488點數(shù)據(jù)，建立11830個生產(chǎn)能源指標(biāo)，每天生成30萬條分析數(shù)據(jù)記錄。

建設(shè)效果：針對能源管理力度弱：建立閉環(huán)能源管理體系，開發(fā)指標(biāo)系統(tǒng)和能耗動態(tài)基準(zhǔn)技術(shù)，實現(xiàn)了能耗計劃、預(yù)測、蒸汽管網(wǎng)模擬、操作優(yōu)化分析等功能，提升了能源在事前事中管理的能力；建立統(tǒng)一的能源管理綜合信息集成平臺，展示不同維度的能源消耗信息；采用管網(wǎng)模擬、能耗預(yù)測、操作優(yōu)化等先進技術(shù)，實現(xiàn)裝置節(jié)能降耗。

圖5 能源管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

（3）安全應(yīng)急管理系統(tǒng)

完成情況：系統(tǒng)建設(shè)8個模塊（風(fēng)險預(yù)警、隱患管理、應(yīng)急指揮），158項功能，目前已產(chǎn)生風(fēng)險辨識、隱患、不安全行為等記錄9000多條。

建設(shè)效果：針對安全管理落地難、應(yīng)急管理缺手段：基于寧煤11311管控模式，通過系統(tǒng)流程推動，指導(dǎo)安全管理人員開展風(fēng)險分級管控、危險源風(fēng)險控制、隱患閉環(huán)跟蹤等關(guān)鍵業(yè)務(wù)過程；通過集成安全風(fēng)險辨識評估模型，對安全風(fēng)險進行辨識評估、分級管控，提高工廠的安全風(fēng)險管控能力；融合安全分析預(yù)警模型量化企業(yè)安全生產(chǎn)狀態(tài)（隱患、事故、培訓(xùn)、演練），分析影響生產(chǎn)安全的指標(biāo)因素，針對性的采取預(yù)防措施；通過安全應(yīng)急指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)集成監(jiān)控與應(yīng)急指揮聯(lián)動（物資、危險源定位、視頻監(jiān)控、事故模擬），提高應(yīng)急救援效率。

圖6 安全應(yīng)急管理系統(tǒng)應(yīng)用示意圖

（4）先進控制系統(tǒng)

完成情況：利用PID評估及優(yōu)化技術(shù)、多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)及負荷自動升降技術(shù)，開發(fā)了PID回路評估優(yōu)化系統(tǒng)及先進控制系統(tǒng)。完成裂解爐群、C2/C3加氫、高低脫丙烷等單元先控系統(tǒng)建設(shè)，建成自動化操控中心，實現(xiàn)裂解裝置標(biāo)準(zhǔn)化、一致性操作，保證裝置平穩(wěn)優(yōu)化運行。

完成625個PID回路參數(shù)優(yōu)化、90個復(fù)雜回路優(yōu)化以及一套裂解裝置全流程先進控制系統(tǒng)。從四個維度逐步提升裝置運行水平，依次是基礎(chǔ)回路自動化、裝置內(nèi)各單元控制協(xié)同、區(qū)域內(nèi)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制以及裝置整體優(yōu)化提升。

建設(shè)效果：針對復(fù)雜過程控制難：APC投用后裂解裝置自控投用率達到100%，裝置運行平穩(wěn)率95%以上，關(guān)鍵變量標(biāo)準(zhǔn)偏差下降70%。

圖7 先進控制系統(tǒng)應(yīng)用示意圖

（5）安全自主可控集散控制系統(tǒng)

DCS共配置171對控制器，1164個機柜，260個操作節(jié)點（含操作員站、工程師站、OPC服務(wù)器、歷史趨勢服務(wù)器、SAMS服務(wù)器等）,共有103903個 I/O點。6套MODBUS協(xié)議通訊SIS系統(tǒng)；1套MODBUS協(xié)議通訊GDS系統(tǒng)；1套MODBUS協(xié)議通訊的ITCC系統(tǒng)；系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器與MES系統(tǒng)相連。

圖8 DCS系統(tǒng)建設(shè)效果圖

（6）其他系統(tǒng)

該項目中，聯(lián)合單位建設(shè)了工程數(shù)字化交付、實時數(shù)據(jù)庫、目標(biāo)傳導(dǎo)式績效管理系統(tǒng)（GCP）、設(shè)備運行管理系統(tǒng)、實驗室信息管理系統(tǒng)，智能工廠平臺通過服務(wù)總線、主數(shù)據(jù)等技術(shù)手段實現(xiàn)了與這些系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

3　項目創(chuàng)新

3.1　基于11311模式的安全風(fēng)險管控

（1）基于自主研發(fā)的安全應(yīng)急管理平臺，實現(xiàn)安全管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、裝置設(shè)備信息、生產(chǎn)過程工藝信息的數(shù)據(jù)集成、實時動態(tài)獲取；

（2）以日常安全管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（隱患、培訓(xùn)、事故、演練等）、工藝重點參數(shù)（溫度、壓力、進料量、濃度、流量等）為分析對象，通過集成風(fēng)險預(yù)警評估模型進行安全風(fēng)險辨識評估；

（3）通過指標(biāo)體系支撐數(shù)據(jù)實時獲取，安全風(fēng)險自動評估，建立動態(tài)預(yù)警機制，評估結(jié)果可視化展示。

3.2　操作優(yōu)化

針對生產(chǎn)操作優(yōu)化難，基于數(shù)據(jù)分析技術(shù)建立操作案例庫，實現(xiàn)全工況操作優(yōu)化。

（1）基于數(shù)據(jù)分析技術(shù)進行操作尋優(yōu)形成案例庫，實現(xiàn)了操作經(jīng)驗的沉淀；和先進控制系統(tǒng)結(jié)合實現(xiàn)了節(jié)能操作。此項技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)。

（2）本技術(shù)被集成到中控“石化能源平衡和調(diào)度優(yōu)化技術(shù)”中，并成功入選了2018年度“雙十佳”節(jié)能技術(shù)推廣清單，由國家發(fā)改委向國內(nèi)和國際進行推廣。

3.3　全流程指標(biāo)拓撲體系

（1）自主開發(fā)物理工廠數(shù)字化建模平臺，通過組態(tài)建立生產(chǎn)過程的數(shù)字拓撲關(guān)系，實現(xiàn)全流程運行可視化管控，本技術(shù)已申報專利。

（2）為各業(yè)務(wù)提供同源、多層級復(fù)用和可追溯的指標(biāo)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)指標(biāo)化、指標(biāo)數(shù)據(jù)脈絡(luò)化，脈絡(luò)數(shù)據(jù)可視化。

3.4　構(gòu)建智能工廠工控安全

中控自主研發(fā)的ECS-700系統(tǒng)，內(nèi)建工控安全的設(shè)計理念和安全防護技術(shù)，自主研發(fā)SOC芯片、總線、微內(nèi)核系統(tǒng)，自主控制器安全盾防護技術(shù)。工業(yè)通信加密認證、保護數(shù)據(jù)防篡改，故障安全加固、強化工控系統(tǒng)自身免疫能力，通過國際和國內(nèi)安全機構(gòu)測評和認證。實現(xiàn)了智能工廠“內(nèi)生安全、縱深防御、全生命周期管理”的工控系統(tǒng)安全深度防護體系。

4　項目效益分析

該項目已于2018年2月正式上線運行，根據(jù)2018年最新項目成果實施應(yīng)用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，生產(chǎn)效率提高24.17%，運行成本降低33.25%，能源利用率提升10.60%，產(chǎn)品合格率達100%，為試點企業(yè)帶來巨大的效益。

5　項目意義

（1）核心技術(shù)裝備及解決方案的帶動作用

項目從生產(chǎn)過程、生產(chǎn)管理及生產(chǎn)運營三個層面進行智能化建設(shè)，驅(qū)動了生產(chǎn)及相關(guān)檢測裝備與信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的融合。

能源管控新模式的建立，以及基于能耗動態(tài)基準(zhǔn)庫的建設(shè)，推動節(jié)能設(shè)備、節(jié)能技術(shù)的推廣。

標(biāo)準(zhǔn)的制定對煤化工企業(yè)智能工廠的系統(tǒng)解決方案進行總結(jié)，帶動行業(yè)智能制造核心技術(shù)裝備的應(yīng)用。
安全系統(tǒng)的建設(shè)，對相關(guān)行業(yè)的安全管理與建設(shè)起到試點示范作用。

（2）對提升行業(yè)國際競爭力的作用

能源管理系統(tǒng)的實施，降低了產(chǎn)品成本，提高了產(chǎn)品市場競爭力，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)（其中操作優(yōu)化技術(shù)入選2018年度“雙十佳”節(jié)能技術(shù)推廣清單，由國家發(fā)改委向國內(nèi)和國外進行推廣）。

智能工廠標(biāo)準(zhǔn)的制定，是行業(yè)智能化升級的指導(dǎo)準(zhǔn)則，為煤制烯烴行業(yè)智能化升級提供指導(dǎo)，提高行業(yè)技術(shù)水平，為提升行業(yè)國際競爭力提供實踐基礎(chǔ)。

11311安全管控模式的系統(tǒng)化落地，夯實了煤化工企業(yè)安全管理基礎(chǔ)、提升煤化工企業(yè)安全管理水平和行業(yè)競爭力。

通過煤化工行業(yè)智能工廠參考體系架構(gòu)的建立與流程參考模型的研究，使我國在化工流程生產(chǎn)智能制造領(lǐng)域的理論研究更加深入，對煤化工行業(yè)實施智能制造工程，發(fā)揮智能制造項目優(yōu)勢提供了理論模型支撐。

6　結(jié)語

中控作為安全控制系統(tǒng)集成商、核心智能裝備提供商，以及擁有核心技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)軟件開發(fā)商，希望憑借先進、成熟的解決方案和工程服務(wù)經(jīng)驗，與更多用戶合作，共同助力中國智能制造的建設(shè)之路。

作者簡介：

古勇（1972-），男，浙江溫州人，副研究員，博士，現(xiàn)任浙江中控軟件技術(shù)有限公司副總經(jīng)理，主要研究方向是過程優(yōu)化控制理論與應(yīng)用。

摘自《自動化博覽》2019年2月刊