近年來(lái)，我國石油和石化行業(yè)新建或擴建不少大型一體化、現代化裝置，企業(yè)儀表自動(dòng)化、信息化發(fā)展速度很快，涌現出一批先進(jìn)技術(shù)和創(chuàng )新成果如APC、MES、DCS-FCS、NIR與節能環(huán)保應用等，在確保企業(yè)安全生產(chǎn)、降耗提質(zhì)、提高整體經(jīng)濟效益中發(fā)揮了很大作用。石化推廣應用先進(jìn)過(guò)程控制技術(shù)（APC）已取得明顯的效益。FCS 的問(wèn)世，為石化企業(yè)實(shí)現數字化工廠(chǎng)創(chuàng )造了條件，未來(lái)10年發(fā)展的目標是建設智能化的煉化一體化工廠(chǎng)。

  1　石化智能化工廠(chǎng)的特征

石化智能化工廠(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，未來(lái)10年石化行業(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。

  石化智能化工廠(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，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，石化智能化工廠(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。

  （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，確保迅速準確地掌握所有信息和快速的決策。

  （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。

  （5）集成化是指石化智能化工廠(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。

  2　石化智能化工廠(chǎng)規劃

  為做好中國石化智能化工廠(chǎng)試點(diǎn)工作，石化試點(diǎn)廠(chǎng)各部門(mén)深入開(kāi)展了“數字化智慧煉廠(chǎng)”研究，編制完成了《石化試點(diǎn)廠(chǎng)數字化智慧煉廠(chǎng)總體規劃》，提出了總體規劃思路：2012年，改善信息基礎設施、計量?jì)x表兩個(gè)基礎，深化ERP、MES等系統應用，打好智能工廠(chǎng)建設的基礎，整體上臺階。2013年~2014年，建設企業(yè)經(jīng)營(yíng)分析與運營(yíng)監控、HSE應急指揮、能源優(yōu)化、三維數字工廠(chǎng)、全廠(chǎng)優(yōu)化等智能化工廠(chǎng)重點(diǎn)系統，加強集成應用，支持集中的運營(yíng)管理模式，達到中國石化先進(jìn)水平。2015年，重點(diǎn)建設知識管理系統和優(yōu)化控制系統，實(shí)現全面集成和構建智能工廠(chǎng)的基本框架，達成自動(dòng)化、數字化、模型化、可視化、智能化的目標，建成千萬(wàn)噸級智能化煉化廠(chǎng)。

  3　石化智能化工廠(chǎng)所需的技術(shù)

  現以大型煉油（1000萬(wàn)噸級）乙烯（100萬(wàn)噸級）一體化項目為例，全廠(chǎng)智能化總體解決方案所需自動(dòng)化技術(shù)創(chuàng )新的主要方面如下：

  3.1　DCS/FCS控制系統

  過(guò)程控制系統（PCS）主要包括：分散控制系統/現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（DCS/FCS）、安全儀表系統（SLS）、火災及氣體監測系統（FGS）、儲運自動(dòng)化系統（MAS）、壓縮機組控制系統（CCS）、機組監控系統（MMS）、設備包控制系統（PLC）、在線(xiàn)分析儀系統（PAS）、儀表設備管理系統（AMS）、操作員培訓仿真系統（OTS）、過(guò)程控制計算機系統（PCCS）（實(shí)施先進(jìn)控制APC和實(shí)時(shí)優(yōu)化RTO等）等系統，其核心是DCS/FCS系統。

  現場(chǎng)總線(xiàn)是自動(dòng)化領(lǐng)域中發(fā)展很快的互連通信網(wǎng)絡(luò )，它具有協(xié)議簡(jiǎn)單開(kāi)放、容錯能力強、實(shí)時(shí)性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特點(diǎn)。FCS是繼DCS之后的新一代控制系統，是過(guò)程控制系統發(fā)展的趨勢，并與DCS共存。根據目前現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展趨勢和應用情況，石化大型煉油乙烯一體化項目采用DCS和FCS混合方案。

  3.2　ERP/MES信息管理系統

  （1） 企業(yè)資源管理系統（ERP）

   企業(yè)資源計劃（ERP）是一種現代企業(yè)先進(jìn)管理方法，采用ERP系統，將使企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟效益。ERP系統通常包含財務(wù)會(huì )計、管理會(huì )計、銷(xiāo)售分銷(xiāo)、物流管理、生產(chǎn)計劃、設備維護等核心模塊。一個(gè)典型的ERP除了上述功能外，在不同的應用中，可能還包括項目管理、投資管理、資金管理、人事管理等輔助功能。

  （2） 制造執行層（MES）

  MES是企業(yè)數字化系統的中心環(huán)節，在ERP/MES/PCS整個(gè)系統中起到承上啟下的作用。MES主要完成生產(chǎn)計劃的調度與統計、生產(chǎn)過(guò)程成本控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制與管理、物流控制與管理、設備安全控制與管理、生產(chǎn)數據采集與處理等功能。MES主要功能是：（1）實(shí)時(shí)數據庫與信息管理；（2）生產(chǎn)計劃與調度優(yōu)化；（3）流程模擬與工程；（4）數據校正與物料平衡；（5）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬系統；（6）先進(jìn)控制與優(yōu)化。

  3.3　APC技術(shù)

  國內有關(guān)方面通過(guò)多年不懈的努力，在優(yōu)化控制領(lǐng)域里從理論到應用都有所創(chuàng )新和突破，現已開(kāi)發(fā)出相關(guān)積分優(yōu)化理論和應用技術(shù)，并獲得多項發(fā)明專(zhuān)利。該項創(chuàng )新技術(shù)在反應過(guò)程優(yōu)化的初步試用中顯示了其獨到的效果，已在青島石化催化裂化反應器優(yōu)化操作中連續多年使用，提高液收1%以上；在洛陽(yáng)的芳烴裝置的歧化反應器、異構化反應器長(cháng)期應用，提高了三苯收率1%以上，正在石化推廣應用。

  先進(jìn)控制技術(shù)應用發(fā)展趨勢：先進(jìn)控制也是石化智能化建設的重要組成部分，目前其技術(shù)及軟件產(chǎn)品已非常成熟，應用領(lǐng)域不斷擴大。我們認為近幾年其應用發(fā)展方向應該是“以節能減排”為主題，適用環(huán)保要求的APC應用。

  （1）在石油化工行業(yè)，隨著(zhù)對環(huán)境保護措施的不斷落實(shí)，對油品的要求也越來(lái)越高。為解決這個(gè)越來(lái)越突出的矛盾，實(shí)施油品在線(xiàn)調合勢在必行。

  （2）在流程行業(yè)的蒸汽動(dòng)力系統等公用工程方面，以節能降耗、減少操作成本為目標的先進(jìn)控制的應用必將越來(lái)越廣泛。蒸汽動(dòng)力系統結構龐大，設備多樣化，人工操作強度大。先進(jìn)控制實(shí)施后不但可大幅度降低操作人員勞動(dòng)強度，減少系統操作成本，而且可達到節能降耗，挖潛增效之目的。

  （3）由石化行業(yè)拓展到其它領(lǐng)域，如熱電生產(chǎn)、造紙等行業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程多變量特征明顯，適于推廣先進(jìn)控制的應用。在國外已有成功案例。

   3.4　在線(xiàn)近紅外線(xiàn)分析儀技術(shù)

   由于計算機技術(shù)的迅速發(fā)展以及化學(xué)計量學(xué)和光纖技術(shù)的應用，使近紅外線(xiàn)光譜快速分析技術(shù)得到了迅速發(fā)展。NIR技術(shù)是一種無(wú)損分析技術(shù)，采用透射或漫反射方式直接對樣品分析，在測量過(guò)程中不產(chǎn)生污染，通過(guò)光纖可對樣品遙測。因此，NIR分析技術(shù)也是一種快速分析創(chuàng )新應用技術(shù)，日益受到人們重視。近紅外光譜分析技術(shù)的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

  （1）測試速度快，可縮短測試周期；（2）分析效率高；（3）分析成本低；（4）測試重現性好；（5）樣品測量一般勿需預處理，光譜測量方便；（6）便于實(shí)現在線(xiàn)分析；（7）典型的無(wú)損分析技術(shù)。

   煉化企業(yè)采用傳統的分析方法測定汽油的辛烷值、苯含量、烯烴含量、餾程、蒸氣壓等參數，以及測定柴油的十六烷值、密度、芳烴含量、餾程、凝點(diǎn)、苯胺點(diǎn)、折光指數和色度等，需要十幾種分析儀及分析方法，有的分析儀很貴（如一臺辛烷值儀價(jià)格為200萬(wàn)元），分析方法復雜，分析時(shí)間長(cháng)（幾小時(shí)或幾天），有的還使用有毒溶劑，危害人體健康。傳統的分析方法分析效率低，不能滿(mǎn)足生產(chǎn)和科研快速分析的要求。采用近紅外線(xiàn)光譜快速分析技術(shù)，一臺近紅外線(xiàn)光譜分析儀可在幾秒鐘內測定十幾種質(zhì)量參數，分析精度符合國家標準的要求并節省了投資。近紅外線(xiàn)光譜快速分析技術(shù)易實(shí)現在線(xiàn)質(zhì)量控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加了經(jīng)濟效益。

   在我國大型煉廠(chǎng)和石油化工廠(chǎng)的主要生產(chǎn)裝置采用近紅外線(xiàn)光譜快速分析儀監控質(zhì)量指標，進(jìn)行APC和優(yōu)化控制是非常必要的。這種先進(jìn)的技術(shù)對加快石化智能化工廠(chǎng)建設有著(zhù)積極的影響，也將會(huì )取得較大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

   3.5　網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)

   石化智能化工廠(chǎng)需要大型的網(wǎng)絡(luò )系統，石化企業(yè)已試用安全工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)。在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )同企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò )之間可采用照相數據傳送技術(shù)，DCS要上傳的數據由專(zhuān)門(mén)的數據采集計算機采集，并且將這些數據顯示在計算機的屏幕上。另外有一個(gè)攝像頭將屏幕上顯示的實(shí)時(shí)數據自動(dòng)拍攝下來(lái)，拍下來(lái)的數據畫(huà)面經(jīng)過(guò)智能機器閱讀系統的自動(dòng)解讀后得到要上傳的數據，通過(guò)局域網(wǎng)送到實(shí)時(shí)數據庫和辦公網(wǎng)上。這樣，局域網(wǎng)和DCS之間完全沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )的物理連接，病毒和黑客不可能通過(guò)網(wǎng)絡(luò )串到DCS中。無(wú)論病毒如何變化，都可以從本質(zhì)上保證了DCS的安全。

   另一種是力控華康安全工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)Psafetylink主要起到在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )同企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò )之間隔離，安全隔離網(wǎng)關(guān)采用物理隔離和安全通道隔離，將以太網(wǎng)進(jìn)行物理級安全隔離，安全通道隔離即通過(guò)專(zhuān)用通信硬件和私有不可路由協(xié)議等安全機制來(lái)實(shí)現內外部網(wǎng)絡(luò )的隔離和數據交換，有效地把內外部網(wǎng)絡(luò )隔離開(kāi)來(lái)，而且高效地實(shí)現了內外網(wǎng)數據的安全交換。

  3.6　石化節能、降耗、環(huán)保技術(shù)

  （1）降低能源成本

  在波動(dòng)的能源價(jià)格與日益嚴格的法規情況下，能源效率將成為石油石化等行業(yè)在未來(lái)幾十年所面對的最大問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，能源成本通常占據了非原料煉油廠(chǎng)運營(yíng)成本的50%~60%，制漿和造紙企業(yè)成本的25%~40%；使用控制能源管理解決方案， 能夠幫助企業(yè)建立一個(gè)全面的能源管理戰略，將能源成本降低最高達25%，提升企業(yè)的競爭優(yōu)勢。

  （2） 生產(chǎn)裝置健康監控技術(shù)

  石化企業(yè)加強對生產(chǎn)設備的監測，尤其是對強腐蝕設備、高速旋轉設備等高危設備，實(shí)現在線(xiàn)精確測量，這是故障預測和診斷的關(guān)鍵。開(kāi)發(fā)故障預測和診斷模型及方法，提高故障檢測的及時(shí)性和魯棒性，以及故障定位的準確性，防止誤報和漏報，及時(shí)消除隱患，以提高系統的可靠性和安全性。采用設備管理系統和多元統計過(guò)程監控（MSPM）對高壓、強腐蝕、高速旋轉等設備進(jìn)行在線(xiàn)監測和分析，有利于設備的安全運行。

  （3） SIS智能安全儀表

  為保證安全生產(chǎn)，在危險場(chǎng)所設置了可燃氣體或有毒氣體檢測與報警系統，全廠(chǎng)還設置了火災報警控制系統，并與可燃氣體報警系統集成綜合安全檢測與報警系統。對于重要的工藝裝置也開(kāi)展了控制與檢測的安全等級評估工作。

   現代石化企業(yè)中的安全控制系統將向著(zhù)儀表控制、安全儀表及信息管理系統一體化的方向發(fā)展。智能化安全儀表控制系統將會(huì )得到廣泛應用。

   （4） 自動(dòng)化控制系統和信息化的集成對促進(jìn)工藝優(yōu)化、能耗降低、產(chǎn)量質(zhì)量提升、節能減排起到了重要作用。我國石油石化行業(yè)目前已經(jīng)加快了信息化系統推廣的速度，通過(guò)信息化與自動(dòng)化集成手段提高管理水平、提高資源利用率、節約能源、降低生產(chǎn)成本，從而形成石油石化行業(yè)節能減排系統化工程，另一方面，通過(guò)生產(chǎn)控制信息化，促進(jìn)工藝優(yōu)化、能耗降低、產(chǎn)量質(zhì)量提升，從而助力節能減排。這方面主要靠MES（制造執行管理）系統以及各石油石化細分領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統實(shí)現。

   為了進(jìn)一步提高石化信息化和自動(dòng)化應用水平，中國石化對“智能工廠(chǎng)試點(diǎn)”方案進(jìn)行規劃并通過(guò)審定，未來(lái)10年的目標：“智能化煉化廠(chǎng)”試點(diǎn)以工廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理與生產(chǎn)過(guò)程的“實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化、模型化、可視化、智能化”為發(fā)展目標，將實(shí)現計劃調度、能源管理、安全環(huán)保、裝置操作、IT管控的智能化，建設成為國際先進(jìn)水平的智能化的千萬(wàn)噸級煉化企業(yè)。