1　項目背景

中控作為工業(yè)自動(dòng)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)集團有限責任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)神華寧煤）、中國寰球工程公司等單位組成聯(lián)合體，共同實(shí)施工信部支持的2016國家智能制造綜合標準化與新模式應用項目。實(shí)施項目名稱(chēng)為“百萬(wàn)噸級烯烴（煤化工副產(chǎn)品深加工綜合利用）智能新模式推廣應用”，屬于國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部實(shí)施制造業(yè)升級改造重大工程重點(diǎn)支持的化工園區（基地）建設工程領(lǐng)域。項目以百萬(wàn)噸烯烴聯(lián)合裝置建設為依托，通過(guò)安全可控的核心主控裝備和軟件系統，探索智能制造的推廣應用模式，實(shí)現乙烯、丙烯等石油化工生產(chǎn)過(guò)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(yíng)決策，從生產(chǎn)管理到績(jì)效分析多層次、多視角、全方面的智能化管控，實(shí)現傳統產(chǎn)業(yè)提質(zhì)降本、節能減排、綠色環(huán)保等可持續發(fā)展目標。本項目作為寧東地區煤制烯烴等現代煤化工的示范工程，通過(guò)技術(shù)探索、產(chǎn)品研發(fā)與應用推廣的有機結合，技術(shù)研究、產(chǎn)品研發(fā)與企業(yè)應用的相互支撐和相互促進(jìn)，不僅為打造寧煤智慧基地積累了經(jīng)驗，更將推廣應用于全國石油、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制造業(yè)智能化發(fā)展的進(jìn)程。

2　項目實(shí)施與應用

該項目打造了中控面向智能決策的智能工廠(chǎng)解決方案，完成“一三十”工程，即一個(gè)企業(yè)服務(wù)數據總線(xiàn)、三層智能化平臺、十大核心智能應用系統，形成三項智能制造標準，建成自主可控的本質(zhì)安全、質(zhì)量效益、科技創(chuàng )新、資源節約、和諧發(fā)展的五型智能工廠(chǎng)。

通過(guò)數據總線(xiàn)技術(shù)，項目實(shí)現了公司數據標準統一規劃，數據編碼及描述一致、可擴展；通過(guò)三層次智能平臺及應用系統建設，建立了生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統與集團ERP系統的互聯(lián)互通，消除“信息孤島”、“應用孤島”，支撐生產(chǎn)、設備、質(zhì)量、物流、HSE等業(yè)務(wù)的覆蓋與協(xié)同，實(shí)現了工廠(chǎng)信息的實(shí)時(shí)、透明、共享，構建了計劃－調度－操作－分析－優(yōu)化的閉環(huán)管理模式。

圖1 項目建設內容及目標示意圖

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(lái)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)罐區儲存供基地內使用。 乙烯產(chǎn)品部分送烯烴轉化單元，其余部分送下游聚乙烯裝置進(jìn)行聚合反應。丙烯產(chǎn)品送往聚丙烯裝置進(jìn)行聚合反應。 混合碳四在丁二烯裝置內抽提生產(chǎn) 1,3-丁二烯產(chǎn)品，并送往罐區儲存、汽車(chē)裝車(chē)外售，抽余碳四送往裂解裝置烯烴轉化單元。 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(chē)外售。

2.2　總體業(yè)務(wù)架構

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，智能制造系統從底層操作到管理層，涵蓋8大層次的業(yè)務(wù)內容，以2條業(yè)務(wù)主線(xiàn)貫穿10大系統，第一主線(xiàn)是經(jīng)營(yíng)計劃主線(xiàn)，通過(guò)計劃的層層分解，最好將年度計劃分解為月、日，通過(guò)調度指令分配到各個(gè)崗位進(jìn)行操作。第二條主線(xiàn)是生產(chǎn)過(guò)程操作主線(xiàn)，通過(guò)執行調度指令操作各裝置平穩運行，生產(chǎn)數據實(shí)時(shí)體現，并逐層向上傳遞，面向管理部門(mén)形成生產(chǎn)的運行分析和計劃跟蹤。通過(guò)這兩天主線(xiàn)的貫穿，各層次應用智能制造系統進(jìn)行協(xié)同、共享及優(yōu)化操作。

圖2 總體業(yè)務(wù)架構示意圖

2.3　總體技術(shù)架構

首創(chuàng )以設計標準、企業(yè)標準及行業(yè)標準為基礎，構建智能制造系統數據體系，架構設計與裝置生產(chǎn)運行同步開(kāi)展，完成各專(zhuān)業(yè)系統的集成與互聯(lián)互通，消除信息孤島，對工廠(chǎng)開(kāi)工、投產(chǎn)、運行期間生產(chǎn)業(yè)務(wù)的全面支撐。
項目建設成了一套標準、一條總線(xiàn)、一個(gè)倉庫，即以生產(chǎn)為核心建立數據標準化規范，以業(yè)務(wù)為核心掛接各專(zhuān)業(yè)系統服務(wù)接口，以數據為核心集成各類(lèi)生產(chǎn)、能源、質(zhì)量、設備、安全信息。

2.4 　三層平臺

（1）生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化智能控制平臺（數字車(chē)間）

建成以集散控制系統（DCS）為核心，集成安全儀表系統（SIS）、火災報警系統（FAS）、可燃有毒氣體監測系統（GDS）、先進(jìn)控制系統（APC）、工業(yè)視頻系統（CCTV）、PLC、壓縮機控制系統（ITCC）等8類(lèi)系統的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)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)執行系統（MES）為核心的生產(chǎn)管理智能優(yōu)化平臺，實(shí)現生產(chǎn)、設備、安全等業(yè)務(wù)綜合集成。

圖3 智能工廠(chǎng)平臺示意圖

（3）生產(chǎn)運營(yíng)智能服務(wù)平臺

通過(guò)目標傳導式績(jì)效管理、工廠(chǎng)三維可視化等系統的深度集成，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(yíng)智能服務(wù)平臺，為業(yè)務(wù)綜合決策分析、生產(chǎn)運營(yíng)、設備檢維修等提供決策支持，實(shí)現生產(chǎn)管控決策的閉環(huán)管理。

2.5　十大系統

（1）生產(chǎn)執行系統

完成情況：完成了計劃、調度、工藝、操作、統計等13個(gè)功能模塊建設，覆蓋了公司生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)。系統集成了安全、能源、設備、質(zhì)量等7個(gè)子系統，實(shí)現了生產(chǎn)業(yè)務(wù)的全覆蓋。

建設效果：針對生產(chǎn)業(yè)務(wù)協(xié)同難：實(shí)現以生產(chǎn)管理為主線(xiàn)的業(yè)務(wù)貫通，6個(gè)部門(mén)、7個(gè)車(chē)間的業(yè)務(wù)應用。多層次數據共享，實(shí)現數據透明、可視化展示與分析；通過(guò)信息化系統集成，建立數據共享平臺，實(shí)現生產(chǎn)協(xié)同和數據共享（實(shí)現工藝操作尋優(yōu)、實(shí)時(shí)監控、綜合業(yè)務(wù)決策等）。

圖4 MES系統應用架構圖

（2）能源管理系統

完成情況：能源管理系統建成（能耗基準、能效評估等）12個(gè)模塊、132項功能，系統采集28488點(diǎn)數據，建立11830個(gè)生產(chǎn)能源指標，每天生成30萬(wàn)條分析數據記錄。

建設效果：針對能源管理力度弱：建立閉環(huán)能源管理體系，開(kāi)發(fā)指標系統和能耗動(dòng)態(tài)基準技術(shù)，實(shí)現了能耗計劃、預測、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、能耗預測、操作優(yōu)化等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現裝置節能降耗。

圖5 能源管理系統業(yè)務(wù)架構圖

（3）安全應急管理系統

完成情況：系統建設8個(gè)模塊（風(fēng)險預警、隱患管理、應急指揮），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。

建設效果：針對安全管理落地難、應急管理缺手段：基于寧煤11311管控模式，通過(guò)系統流程推動(dòng)，指導安全管理人員開(kāi)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(guò)程；通過(guò)集成安全風(fēng)險辨識評估模型，對安全風(fēng)險進(jìn)行辨識評估、分級管控，提高工廠(chǎng)的安全風(fēng)險管控能力；融合安全分析預警模型量化企業(yè)安全生產(chǎn)狀態(tài)（隱患、事故、培訓、演練），分析影響生產(chǎn)安全的指標因素，針對性的采取預防措施；通過(guò)安全應急指揮系統，實(shí)現集成監控與應急指揮聯(lián)動(dòng)（物資、危險源定位、視頻監控、事故模擬），提高應急救援效率。

圖6 安全應急管理系統應用示意圖

（4）先進(jìn)控制系統

完成情況：利用PID評估及優(yōu)化技術(shù)、多目標協(xié)調優(yōu)化技術(shù)及負荷自動(dòng)升降技術(shù)，開(kāi)發(fā)了PID回路評估優(yōu)化系統及先進(jìn)控制系統。完成裂解爐群、C2/C3加氫、高低脫丙烷等單元先控系統建設，建成自動(dòng)化操控中心，實(shí)現裂解裝置標準化、一致性操作，保證裝置平穩優(yōu)化運行。

完成625個(gè)PID回路參數優(yōu)化、90個(gè)復雜回路優(yōu)化以及一套裂解裝置全流程先進(jìn)控制系統。從四個(gè)維度逐步提升裝置運行水平，依次是基礎回路自動(dòng)化、裝置內各單元控制協(xié)同、區域內協(xié)調優(yōu)化控制以及裝置整體優(yōu)化提升。

建設效果：針對復雜過(guò)程控制難：APC投用后裂解裝置自控投用率達到100%，裝置運行平穩率95%以上，關(guān)鍵變量標準偏差下降70%。

圖7 先進(jìn)控制系統應用示意圖

（5）安全自主可控集散控制系統

DCS共配置171對控制器，1164個(gè)機柜，260個(gè)操作節點(diǎn)（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(gè) I/O點(diǎn)。6套MODBUS協(xié)議通訊SIS系統；1套MODBUS協(xié)議通訊GDS系統；1套MODBUS協(xié)議通訊的ITCC系統；系統數據通過(guò)OPC數據服務(wù)器與MES系統相連。

圖8 DCS系統建設效果圖

（6）其他系統

該項目中，聯(lián)合單位建設了工程數字化交付、實(shí)時(shí)數據庫、目標傳導式績(jì)效管理系統（GCP）、設備運行管理系統、實(shí)驗室信息管理系統，智能工廠(chǎng)平臺通過(guò)服務(wù)總線(xiàn)、主數據等技術(shù)手段實(shí)現了與這些系統的互聯(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)的安全應急管理平臺，實(shí)現安全管理業(yè)務(wù)數據、裝置設備信息、生產(chǎn)過(guò)程工藝信息的數據集成、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)獲??；

（2）以日常安全管理業(yè)務(wù)數據（隱患、培訓、事故、演練等）、工藝重點(diǎn)參數（溫度、壓力、進(jìn)料量、濃度、流量等）為分析對象，通過(guò)集成風(fēng)險預警評估模型進(jìn)行安全風(fēng)險辨識評估；

（3）通過(guò)指標體系支撐數據實(shí)時(shí)獲取，安全風(fēng)險自動(dòng)評估，建立動(dòng)態(tài)預警機制，評估結果可視化展示。

3.2　操作優(yōu)化

針對生產(chǎn)操作優(yōu)化難，基于數據分析技術(shù)建立操作案例庫，實(shí)現全工況操作優(yōu)化。

（1）基于數據分析技術(shù)進(jìn)行操作尋優(yōu)形成案例庫，實(shí)現了操作經(jīng)驗的沉淀；和先進(jìn)控制系統結合實(shí)現了節能操作。此項技術(shù)為國內首創(chuàng )。

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

3.3　全流程指標拓撲體系

（1）自主開(kāi)發(fā)物理工廠(chǎng)數字化建模平臺，通過(guò)組態(tài)建立生產(chǎn)過(guò)程的數字拓撲關(guān)系，實(shí)現全流程運行可視化管控，本技術(shù)已申報專(zhuān)利。

（2）為各業(yè)務(wù)提供同源、多層級復用和可追溯的指標數據，實(shí)現了業(yè)務(wù)數據指標化、指標數據脈絡(luò )化，脈絡(luò )數據可視化。

3.4　構建智能工廠(chǎng)工控安全

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

4　項目效益分析

該項目已于2018年2月正式上線(xiàn)運行，根據2018年最新項目成果實(shí)施應用的數據統計，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(diǎn)企業(yè)帶來(lái)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(dòng)作用

項目從生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)管理及生產(chǎn)運營(yíng)三個(gè)層面進(jìn)行智能化建設，驅動(dòng)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(dòng)態(tài)基準庫的建設，推動(dòng)節能設備、節能技術(shù)的推廣。

標準的制定對煤化工企業(yè)智能工廠(chǎng)的系統解決方案進(jìn)行總結，帶動(dòng)行業(yè)智能制造核心技術(shù)裝備的應用。
安全系統的建設，對相關(guān)行業(yè)的安全管理與建設起到試點(diǎn)示范作用。

（2）對提升行業(yè)國際競爭力的作用

能源管理系統的實(shí)施，降低了產(chǎn)品成本，提高了產(chǎn)品市場(chǎng)競爭力，為實(shí)現可持續發(fā)展打下堅實(shí)的基礎（其中操作優(yōu)化技術(shù)入選2018年度“雙十佳”節能技術(shù)推廣清單，由國家發(fā)改委向國內和國外進(jìn)行推廣）。

智能工廠(chǎng)標準的制定，是行業(yè)智能化升級的指導準則，為煤制烯烴行業(yè)智能化升級提供指導，提高行業(yè)技術(shù)水平，為提升行業(yè)國際競爭力提供實(shí)踐基礎。

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

通過(guò)煤化工行業(yè)智能工廠(chǎng)參考體系架構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(shí)施智能制造工程，發(fā)揮智能制造項目?jì)?yōu)勢提供了理論模型支撐。

6　結語(yǔ)

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

作者簡(jiǎn)介：

古勇（1972-），男，浙江溫州人，副研究員，博士，現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(guò)程優(yōu)化控制理論與應用。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年2月刊