作者簡(jiǎn)介

解懷仁（1940-），男，北京人，1965年畢業(yè)于天津大學(xué)，曾擔任石化規劃院計算機室主任，中國儀表學(xué)會(huì )自控設計委員會(huì )常委，中國儀表行業(yè)協(xié)會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)（FF）專(zhuān)委會(huì )技術(shù)顧問(wèn)，中國石油和石化工程研究會(huì )儀表部主任等。主要從事石化儀表自控設計并負責石化儀表自控設計審查和規劃工作，主編石化儀表控制系統手冊，發(fā)表近20篇論文，組織和研發(fā)國產(chǎn)DCS獲國家科技進(jìn)步三等獎。

李克強總理在2015年的政府工作報告中，提出制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計劃，推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、物聯(lián)網(wǎng)等與現代制造業(yè)結合?；ヂ?lián)網(wǎng)+制造，就是傳統制造業(yè)企業(yè)采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、物聯(lián)網(wǎng)、機器人、人工智能以及3D打印等技術(shù)，改造原有產(chǎn)品及研發(fā)生產(chǎn)方式，是“兩化融合”的升級。石油化工企業(yè)運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以將機器等生產(chǎn)設施接入互聯(lián)網(wǎng)，構建網(wǎng)絡(luò )化物理設備系統（CPS），進(jìn)而使各生產(chǎn)設備能夠自動(dòng)交換信息、觸發(fā)動(dòng)作和實(shí)施控制，加快生產(chǎn)制造實(shí)時(shí)數據信息的感知、傳送和分析，加快生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置。當前，中石化企業(yè)正在打造互聯(lián)網(wǎng)+智能化油田、智能化管道、智能化工廠(chǎng)。

中石化以智能工廠(chǎng)為代表的信息化示范工程建設已取得初步成效。智能工廠(chǎng)試點(diǎn)企業(yè)通過(guò)對生產(chǎn)操作、工藝優(yōu)化、HSE、物流、設備的智能化管理，提高了裝置運行績(jì)效，提升了企業(yè)運行效益。下一步，中石化計劃用3年時(shí)間建成智能工廠(chǎng)應用框架，在4家企業(yè)開(kāi)展智能化應用試點(diǎn)；5年內實(shí)現重點(diǎn)企業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域智能化應用的試點(diǎn)建設；未來(lái)8~10年，在20家千萬(wàn)噸級大規模煉化企業(yè)實(shí)現智能工廠(chǎng)的全面推廣，率先在煉化企業(yè)打造世界一流信息化能力。

石化智能工廠(chǎng)作為石化企業(yè)多年信息化建設的延續，將先進(jìn)制造模式與現代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)和管理技術(shù)等融合，是科技進(jìn)步和行業(yè)可持續發(fā)展背景下石化行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是石化行業(yè)兩化深度融合發(fā)展的產(chǎn)物。

1　石化智能工廠(chǎng)的特征

石化智能工廠(chǎng)目前已經(jīng)成為現代制造領(lǐng)域中一個(gè)新的研究應用領(lǐng)域，其概念和內涵正在不斷發(fā)展和完善，如由美國主要石化企業(yè)、IT企業(yè)和科研院所組成的研究協(xié)會(huì )SPM（SmartProcess Manufacturing）和SMLC（Smart Manufacturing LeadershipCoalition）發(fā)布了相關(guān)研究報告，同時(shí)如Rockwell、ABB公司、AspenTech、Honeywell等國際知名廠(chǎng)商提出的智能工廠(chǎng)整體解決方案均推動(dòng)著(zhù)石化智能工廠(chǎng)的研究更加活躍和迅速發(fā)展。

石化智能工廠(chǎng)作為石化行業(yè)兩化深度融合發(fā)展的高級階段，其為石化企業(yè)的工藝、設備、流程、人員發(fā)展，特別是創(chuàng )新方面起到了極大的推動(dòng)作用。歸納起來(lái)，石化智能工廠(chǎng)具有如下特點(diǎn)：自動(dòng)化是前提、數字化是基礎、可視化是方法、模型化是支撐、集成化是核心。

（1）自動(dòng)化是減輕人的勞動(dòng)，強化、延伸、取代人的有關(guān)勞動(dòng)的技術(shù)或手段，隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化更是有效地提高了腦力勞動(dòng)自動(dòng)化的水平，解放了人的部分腦力勞動(dòng) 。石化生產(chǎn)中，隨著(zhù)信息技術(shù)不斷地與制造技術(shù)相融合而削弱了人對設備的操控的局限性，石化智能工廠(chǎng)中生產(chǎn)的基礎手段逐漸從手工操作發(fā)展到自動(dòng)控制，從低級的單回路控制發(fā)展到高級復雜系統控制，從單元先進(jìn)控制到區域集成優(yōu)化。

（2）數字化表現為可計算性和可度量性，是計算機、多媒體技術(shù)、軟件技術(shù)、智能技術(shù)的基礎，也是信息化的技術(shù)基礎。石化智能工廠(chǎng)通過(guò)覆蓋工業(yè)現場(chǎng)的感知網(wǎng)絡(luò )實(shí)現物理制造空間與信息空間的無(wú)縫對接，為精細化和智能化管控提供前提。例如石化智能工廠(chǎng)的能源管理是基于能源計量和能源統計對水、電、汽、風(fēng)等生產(chǎn)和消耗的數據進(jìn)行收集、平衡和統計，把公用工程系統的運行、裝置能源動(dòng)力消耗情況提供給調度部門(mén)和生產(chǎn)部門(mén)，為企業(yè)的用能分析和優(yōu)化奠定基礎。

（3）可視化的含義是將生產(chǎn)狀態(tài)、工業(yè)視頻等各類(lèi)信息高度集中和融合，加強對空間信息的管理，為操作和決策人員提供對現場(chǎng)環(huán)境的感知，確保迅速準確的掌握所有信息和快速的決策。石化智能工廠(chǎng)的可視化特點(diǎn)一方面體現在以三維設計數據為基礎，實(shí)現生產(chǎn)裝置全生命周期管理和提高裝置操作人員培訓效率，另一方面把各種繁雜的運行數據轉換成直觀(guān)的圖形和圖像，利用人對圖形的敏感度進(jìn)行快速決策。

（4）模型化是指通過(guò)利用生產(chǎn)運行數據和專(zhuān)家知識，將石化工廠(chǎng)的行為和特征的知識理解固化成各類(lèi)工藝、業(yè)務(wù)模型和規則，實(shí)現人與制造系統的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮。如充分利用操作人員積累的業(yè)務(wù)知識和經(jīng)驗建立模型，出現異常工況或者進(jìn)行生產(chǎn)分析預測時(shí)，可調度適用的模型來(lái)輔助決策，進(jìn)行有效支撐。

（5）集成化是指石化智能工廠(chǎng)中的系統與現有石化生產(chǎn)過(guò)程的工藝過(guò)程和管理業(yè)務(wù)流程高度集成，實(shí)現石化生產(chǎn)各個(gè)管理環(huán)節和各工序間緊密銜接與集成，從全局角度實(shí)現整體優(yōu)化。例如計劃調度不在局限于局部的優(yōu)化而擴展至全廠(chǎng)范圍內的一體化優(yōu)化，又如能源管理方面實(shí)現與生產(chǎn)優(yōu)化集成的能源計劃和調度的配置優(yōu)化等等。

（6）積極采用移動(dòng)通訊、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、流程模擬與優(yōu)化、知識管理等先進(jìn)信息化技術(shù)，實(shí)現高效調度、降低消耗、安全生產(chǎn)、減輕員工勞動(dòng)強度、提高工作效率、管理水平和盈利能力等。

2　解決方案

現石化智能化示范廠(chǎng)在對比了多家廠(chǎng)商的解決方案，從技術(shù)的先進(jìn)性、適用性、兼容性和產(chǎn)品的成熟度等多方面考慮，最終選擇了華為的無(wú)線(xiàn)智能工廠(chǎng)解決方案。該智能工廠(chǎng)建設項目，將建設三大平臺、十二大系統共48個(gè)子系統，體現“實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化、模型化、可視化、智能化”的特征，實(shí)現計劃調度、裝置操作、安全環(huán)保、能源管理、IT管控五個(gè)方面的智能化。

（1）建設多個(gè)基站

石化智能示范廠(chǎng)區總面積大約5平方公里，現在已經(jīng)部署了兩個(gè)基站覆蓋了分公司大樓、鍋爐發(fā)電區、常減壓車(chē)間、催化車(chē)間、二聯(lián)合車(chē)間、連續重整車(chē)間、焦化車(chē)間等，接下來(lái)計劃再部署一個(gè)LTE基站，覆蓋800萬(wàn)噸油品升級項目的新區，就實(shí)現全廠(chǎng)區的無(wú)縫信號覆蓋。LTE基站單扇區帶寬可以達到上行50Mbps，下行100Mbps，憑借其高帶寬，在網(wǎng)絡(luò )上可以同時(shí)承載儲罐儲備情況、火災、流量和能耗計量等數據的回傳，臨時(shí)工程點(diǎn)、卸油碼頭、生產(chǎn)區周界、河流排放區的視頻監控，巡檢過(guò)程中的集群調度，突發(fā)事件的應急指揮等生產(chǎn)和管理業(yè)務(wù)。

（2）調度和應急指揮

在調度和應急指揮方面，首先在集群上引入了視頻對講功能，這樣在中控室就可以隨時(shí)查看外操人員手持終端拍攝到的視頻畫(huà)面；而且，也實(shí)現了視頻會(huì )議與調度系統的互聯(lián)互通，在應急指揮中心也可以實(shí)現對生產(chǎn)現場(chǎng)的可視化指揮，提升協(xié)作效率。

對于數據采集和視頻監控業(yè)務(wù)，工業(yè)儀表和攝像頭可以直接通過(guò)CPE將數據或視頻回傳到中控室相應的業(yè)務(wù)平臺，現場(chǎng)設備只需接通電源，無(wú)需挖溝部署有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，快速部署?；诂F有的4G寬帶網(wǎng)絡(luò )，后續對臨時(shí)點(diǎn)監控的部署也會(huì )大為便利；同時(shí)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比有線(xiàn)方式，網(wǎng)絡(luò )結構更加扁平，運維及擴容效率大幅提升。

（3）數字無(wú)線(xiàn)集群系統

針對模擬對講機和集群群組不足的問(wèn)題，現改用數字無(wú)線(xiàn)集群系統，提高了頻譜利用率，最大支持1024個(gè)調度組，單小區支持160個(gè)組并發(fā)，滿(mǎn)足現在業(yè)務(wù)容量和和生產(chǎn)通訊需求，同時(shí)也兼顧未來(lái)的擴容。該集群系統基于終端號碼靈活編組，不同部門(mén)不同群組，有效支持靈活分組調度。

在安全和巡檢方面，考慮到煉化廠(chǎng)存在易燃易爆氣體，現已用防爆終端，防爆等級達到Ex ib IIC T4；同時(shí)，終端支持定位功能，可以隨時(shí)定位攜帶人員的位置信息，結合GIS地圖不但可以規范巡檢流程，也可以保障人員在非常情況下能夠快速找到。此外，終端還支持測溫、測震、照明、RFID等功能，可支持巡檢、刷卡簽到、資產(chǎn)管理等各類(lèi)應用。

（4）智能工廠(chǎng)的可視化

“可視化”是石化“智能工廠(chǎng)”建設的重要特征，也是未來(lái)信息技術(shù)的重要發(fā)展方向。由威創(chuàng )分兩期為石化示范廠(chǎng)提供可視化解決方案與系統。

目前，威創(chuàng )為石化廠(chǎng)打造的一期可視化建設工程已順利完成。根據石化示范廠(chǎng)應用需求，在一期建設中，威創(chuàng )為其提供的可視化解決方案包括：由27套67" DLP一體化顯示單元拼接而成的主操作（控）中心大屏顯示系統；由8套55" 窄邊液晶顯示單元拼接而成的生產(chǎn)調度室大屏顯示系統；由8套46" 窄邊液晶顯示單元拼接而成的應急指揮中心大屏顯示系統。

在二期可視化工程中，威創(chuàng )將為石化示范動(dòng)力廠(chǎng)中心控制室、油品中心控制室、水務(wù)中心控制室提供可視化建設支撐。

在二期工程建成后，威創(chuàng )為石化打造的可視化系統將連接六大中心控制室可視化交互操控平臺的調試和協(xié)同，實(shí)現了石化各中心信息互聯(lián)互通，助力其生產(chǎn)管控的協(xié)同優(yōu)化，能源管理的精細規范。

為滿(mǎn)足企業(yè)實(shí)時(shí)協(xié)同工作的需求，該系統還實(shí)現了音視頻信號的同步采集和播放。系統采集到的音視頻信號可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )在所有六個(gè)控制中心和石化大廈進(jìn)行同步播放，實(shí)現重要會(huì )議、活動(dòng)的同步直播。此外，該系統還實(shí)現了手機等移動(dòng)終端信號的采集，可播放手機等移動(dòng)終端信號，大大提升了信息管控的便利性。

3　初步效果

在2014年9月已經(jīng)完成了石化智能示范廠(chǎng)一期項目的成功交付，完成了LTE無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò )、調度系統、視頻會(huì )議系統、視頻監控系統、存儲、巡檢終端等設備的交付，系統覆蓋了分公司大樓、鍋爐發(fā)電區和各車(chē)間等大部分廠(chǎng)區，已經(jīng)正式投入運營(yíng)并帶來(lái)了明顯的效果。

（1）現在專(zhuān)業(yè)工程師、內操、外操人員之間通過(guò)實(shí)時(shí)、高清、流暢的視頻通話(huà)，快速地溝通和確認問(wèn)題，例如交接班，現在，只需班長(cháng)在中控室通過(guò)視頻會(huì )議與現場(chǎng)外操人員手持終端視頻通話(huà)，就可以遠程完成交接班，整個(gè)交接班過(guò)程從原來(lái)的30分鐘縮短到現在的5分鐘，大大提高了工作效率。

（2）以100個(gè)監測點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )部署工程為例，以往挖溝布線(xiàn)和設備安裝大約需要半個(gè)月時(shí)間，現在采用LTE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，工程時(shí)間縮短到1~2天。在運維方面，扁平化的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構使得我們只需關(guān)注基站點(diǎn)和接入點(diǎn)，快速簡(jiǎn)易。

（3）原模擬集群調度系統只支持16個(gè)群組，現在LTE集群調度系統最大支持1024個(gè)群組，遠遠滿(mǎn)足廠(chǎng)區調度和應急指揮的場(chǎng)景使用；另外，新系統內引入錯誤校正功能，通話(huà)質(zhì)量更高；最后，現有對講系統對傳輸信號進(jìn)行了多重加密，防止竊聽(tīng)，安全性更高。

（4）現有巡檢人員只需要攜帶一部終端就可以輕松完成巡檢業(yè)務(wù)，大大提高了員工操作的滿(mǎn)意度。另外，通過(guò)五元組（人、時(shí)間、位置、數據、拍照）信息確認，詳細記錄巡檢路線(xiàn)、儀表數據、現場(chǎng)照片，從根本上杜絕了假巡檢、脫崗和漏檢等行為。

4　今后發(fā)展

在未來(lái)，石化示范廠(chǎng)將進(jìn)一步擴大無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò )的建設，實(shí)現全廠(chǎng)區的無(wú)縫網(wǎng)絡(luò )覆蓋，承載更多移動(dòng)業(yè)務(wù)；并會(huì )建設一個(gè)云數據中心，實(shí)現虛擬化、云計算等IT智能化管理，進(jìn)一步節省能源消耗率，提升資源利用率，實(shí)現更智能化的工廠(chǎng)運營(yíng)。

（1）走向智能化 建好數據中心是關(guān)鍵

信息化在石化行業(yè)的生產(chǎn)運行和管理當中起著(zhù)非常重要的作用，對數據、信息的管理與運用，在很大的程度上影響著(zhù)石化行業(yè)的競爭能力。因此，積極推進(jìn)大數據時(shí)代的信息可視化建設成為了石化企業(yè)的重要手段。

根據石油石化行業(yè)各應用場(chǎng)景的實(shí)際需求，威創(chuàng )大屏拼接顯示系統可為其提供超高分辨率可視化展示平臺，能直觀(guān)地呈現DCS數據業(yè)務(wù)、會(huì )商決策、遠程監控等綜合信息，為客戶(hù)提升運營(yíng)能力，讓決策更從容。

華為特別提出一種全新的建設思路，即業(yè)務(wù)驅動(dòng)的分布式云數據中心（SD-DC2）——不僅能夠讓傳統業(yè)務(wù)與新業(yè)務(wù)都更高效地運行，還能使IT資源實(shí)現業(yè)務(wù)感知、更靈活的共享和彈性伸縮，幫助客戶(hù)實(shí)現更加敏捷的業(yè)務(wù)創(chuàng )新和轉型，更好地支撐企業(yè)的數據中心向未來(lái)演進(jìn)。

（2）采集設備整合形成“云”的架構

立足石化未來(lái)建設需求，威創(chuàng )打造的該系統采用分布式系統架構設計，將分布在各個(gè)場(chǎng)所的顯示設備、音視頻采集設備整合在一起，形成了一個(gè)“云”的架構。信號的采集和播放采用編解碼盒的方式，可靈活部署。擴容、臨時(shí)增加遠程、互通信號采集或擺放點(diǎn)時(shí)都只需增加相應的編解碼盒，大大的增加了系統使用的便利性、擴展性，以滿(mǎn)足石化“智能工廠(chǎng)”的持續性建設。

（3）BDII行動(dòng)綱領(lǐng) 指引聯(lián)合創(chuàng )新

華為的目標是做全球領(lǐng)先的ICT解決方案供應商，有一個(gè)行動(dòng)綱領(lǐng)——打造業(yè)務(wù)驅動(dòng)的一站式ICT基礎架構(Business-DrivenICT Infrastructure，BDII)。當前石化行業(yè)最主要的信息化發(fā)展趨勢就是智能化，包含數字油田、智能管道、智能煉化等。對于石化行業(yè)來(lái)說(shuō)，首先，華為的敏捷網(wǎng)絡(luò )、云數據中心解決方案可以幫助石化企業(yè)進(jìn)一步完善和提升網(wǎng)絡(luò )基礎設施能力和數據中心基礎設施能力。同時(shí)，華為的融合通信、視頻會(huì )議等可以幫助石化行業(yè)大提升協(xié)作效率、降低溝通成本。另外，華為的無(wú)線(xiàn)LTE、視頻監控等解決方案也都是油田、煉化企業(yè)在數字化、智能化建設中重要的技術(shù)手段。華為的整體物聯(lián)網(wǎng)解決方案將在石化行業(yè)數字油田、智能煉化、智能管道等解決方案中發(fā)揮重要作用。在BDII指導下，華為和合作伙伴將通過(guò)戰略、技術(shù)、人才和市場(chǎng)四個(gè)層面進(jìn)行合作。在戰略層面，華為確立了三方共贏(yíng)的戰略指導思想；在執行層面，通過(guò)技術(shù)合作、人才合作和市場(chǎng)合作確保三方的聯(lián)合創(chuàng )新與共贏(yíng)得以切實(shí)落地和實(shí)現。華為認為，只有BDII三方都以開(kāi)放的思路聯(lián)合創(chuàng )新，才能獲取最大價(jià)值的商業(yè)成功。

上述石化智能示范工廠(chǎng)項目是以800萬(wàn)噸油品質(zhì)量升級項目為契機，參考國內外先進(jìn)的煉化企業(yè)業(yè)務(wù)、信息化發(fā)展趨勢和案例，結合石化廠(chǎng)發(fā)展戰略和特色管理模式，利用現代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)和管理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，與現有生產(chǎn)過(guò)程的工藝和設備運行技術(shù)高度集成，實(shí)現復雜環(huán)境下生產(chǎn)運營(yíng)的高效、節能和可持續的目標。同時(shí)，積極采用移動(dòng)通訊、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、流程模擬與優(yōu)化、知識管理等先進(jìn)信息化技術(shù)，實(shí)現高效調度、降低消耗、安全生產(chǎn)、減輕員工勞動(dòng)強度、提高工作效率、管理水平和盈利能力等。這將成為中國石化煉廠(chǎng)信息化建設的樣板，為中國石化建設智能石化發(fā)揮積極作用。

摘自《自動(dòng)化博覽》2015年11月增刊