1、項目背景介紹

根據省委十四屆八次全會(huì )和全省數字化改革大會(huì )精神、2021年3月16日巨化集團黨委理論學(xué)習中心組會(huì )議精神和3月12日數字化車(chē)間建設專(zhuān)班零手動(dòng)推進(jìn)會(huì )的工作要求，為有效推進(jìn)“綠色化發(fā)展、數字化改革、新巨化啟航”建設任務(wù)，加快落實(shí)“一季度出成果、一年大變樣、兩年新飛躍”的目標，巨化集團不斷促進(jìn)產(chǎn)業(yè)數字化、增強產(chǎn)業(yè)鏈韌性，推動(dòng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展穩進(jìn)提質(zhì)。布局上，巨化集團不斷強鏈、補鏈、延鏈、增鏈，形成了具有特色的氟化工原料、制冷劑、含氟聚合物材料、含氟精細化學(xué)品、食品包裝材料、石化材料、基礎化工等產(chǎn)品簇，帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展；生產(chǎn)上，巨化集團積極開(kāi)展“零手動(dòng)、零備機、零距離”工程實(shí)施，其中，中智達和中巨智能深度參與到零手動(dòng)工程實(shí)施，助力巨化集團實(shí)現化工生產(chǎn)裝置實(shí)現全過(guò)程、全流程“零手動(dòng)”操作，大幅度降低了人員勞動(dòng)強度，有效提升了裝置運行效率，全面提升了本質(zhì)安全水平，并取得了良好效果。 

2、項目目標與原則

實(shí)施對象為巨化集團各分廠(chǎng)化工裝置，各裝置零手動(dòng)智能化創(chuàng )新目標為：

1）提高工藝指標穩定性。通過(guò)提高過(guò)程綜合自動(dòng)化水平，穩定生產(chǎn)工況，實(shí)現主要工藝參數的平穩度，波動(dòng)幅度平均減少30%以上；

2）減少操作人員勞動(dòng)強度，常規工況下實(shí)現“機器換人”操作。先進(jìn)控制系統能裝大幅提高自動(dòng)化水平，常規工況下，基本能代替人工操作，達到“黑屏”控制標準?；窘y一3個(gè)工藝運行班的操作模式，有效克服操作人員操作水平參差不齊的現狀。

3）穩定產(chǎn)品質(zhì)量。先進(jìn)控制系統能夠模擬最優(yōu)操作人員的操作過(guò)程，并且長(cháng)周期處于同一水平操作，特別是對工藝指標平穩性的提高，就是產(chǎn)品質(zhì)量提高的保障。

4）降低生產(chǎn)成本?；谘b置平穩操作，通過(guò)“卡邊”控制，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的情況下，根據裝置特點(diǎn)和生產(chǎn)經(jīng)驗優(yōu)化各重要裝置的工藝指標、挖掘裝置的潛力，節能降耗，提高裝置的整體經(jīng)濟效益。

5）裝置正常生產(chǎn)情況下，先進(jìn)控制系統投運率達到100%，自控率100%。

6）裝置連續3個(gè)月實(shí)現零手動(dòng)操作，通過(guò)集團公司驗收。

3、項目實(shí)施與應用情況

巨化集團團全產(chǎn)業(yè)鏈化工裝置全流程“零手動(dòng)”操作智能化創(chuàng )新項目，于2021年2月正式啟動(dòng)，巨化集團提出“一季度出成果、一年大變樣、兩年新飛躍”的目標。項目自啟動(dòng)至今，2021-2022兩年已完成全部128套流程型生產(chǎn)裝置和20套離散型生產(chǎn)裝置的零手動(dòng)改造。各裝置零手動(dòng)智能化創(chuàng )新項目融合機電儀藝各專(zhuān)業(yè)，以先進(jìn)控制技術(shù)和控制回路整定技術(shù)為先導，融合流程模擬與工藝優(yōu)化、控制方案優(yōu)化、工藝改造、儀表閥門(mén)改造、設備改造等技術(shù)，整個(gè)實(shí)施過(guò)程一般包含：調研、功能需求分析、方案設計、模型辨識、控制器設計、離線(xiàn)仿真、定制化程序編寫(xiě)、控制器投運、上線(xiàn)優(yōu)化等工作步驟，投用后均獲得良好的控制效果并實(shí)現了全裝置生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制。其整體技術(shù)路線(xiàn)圖為：

相較常規的自動(dòng)化/APC項目，零手動(dòng)項目需要攻克的難點(diǎn)更多：

· 以往的APC軟件多實(shí)現穩態(tài)的控制，零手動(dòng)對軟件使用場(chǎng)景要求是全流程、全時(shí)段：中智達軟件開(kāi)發(fā)團隊結合現場(chǎng)實(shí)施需求，對公司APC軟件進(jìn)行迭代升級，使其更適應零手動(dòng)使用場(chǎng)景；通過(guò)對操作工的處理方式歸納總結，結合數據分析、化工原理利用，由實(shí)施工程師將控制器觸發(fā)條件、處理方式等進(jìn)行整合、程序編譯，形成智能專(zhuān)家控制器，實(shí)現諸如一鍵程控、故障自動(dòng)處理、控制器底層參數自適應調節等功能，以應對裝置運行的多種工況。

· 零手動(dòng)對現場(chǎng)的執行機構、監測儀表數量、質(zhì)量要求更高：巨化集團配合改造需求，同步實(shí)施精良裝備、零備機的工程，對現場(chǎng)硬件進(jìn)行自動(dòng)化改造。

· 零手動(dòng)控制方案需要考慮的情景、維度更多更復雜：巨化集團調動(dòng)優(yōu)秀專(zhuān)業(yè)人才組成賦能團隊，與中巨智能工程/工藝經(jīng)驗豐富的工程師一道進(jìn)行方案設計，在控制器上線(xiàn)后不斷是優(yōu)化、調試，使整個(gè)控制系統實(shí)用、穩定。

· 零手動(dòng)控制系統架構于DCS之上，某些現場(chǎng)條件暫無(wú)改造對策會(huì )影響整個(gè)控制的完整性：中巨智能開(kāi)發(fā)團隊通過(guò)智能語(yǔ)音系統，實(shí)現了機器輔助監盤(pán)，將現場(chǎng)與DCS自控系統通過(guò)觸發(fā)式的人聲語(yǔ)音提示進(jìn)行鏈接。

本項目創(chuàng )新性體現在如下幾點(diǎn)：

· 軟件新：軟件迭代升級，解決了不同工況模型失真難題，進(jìn)而使執行機構不再超調、受控對象在不同工況下總能趨向穩定，解決以往運行條件變更導致的振蕩。

· 方法新：優(yōu)化工程實(shí)施過(guò)程，大大減短施工周期，增加后期優(yōu)化、調試時(shí)間占比，進(jìn)而擁有了更多打破常規控制方式機會(huì )，嘗試更多合理方案使控制效果最優(yōu)。

· 目標新：相對普通DCS/APC控制有適用場(chǎng)景，零手動(dòng)目標旨在實(shí)現全流程、全時(shí)段的自動(dòng)控制，且也需要實(shí)現能耗控制，倒逼工藝、儀表、管理、實(shí)施考慮全部工況后進(jìn)行全面自控設計。

· 效果新：

（1）推動(dòng)了生產(chǎn)模式變革。零手動(dòng)操作后，DCS崗位從“操作員”變“監護員”，解放出更多的生產(chǎn)力，讓更多的員工成為思考者、創(chuàng )造者，不斷將智慧聚集到運營(yíng)管理當中，為傳統化工生產(chǎn)變革為數字化生產(chǎn)。

（2）提升裝置本質(zhì)安全水平。日均操作數量為0，大大降低了傳統化工行業(yè)人為干預帶來(lái)的安全風(fēng)險，最大程度消除人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)，提高裝置本質(zhì)安全水平；

（3）零手動(dòng)操作改造讓裝置變得更加“透明”，可以將隱藏在“黑暗”中的隱患暴露在“陽(yáng)光下”，讓裝置從本質(zhì)上更加安全。操作頻次的下降，最大程度減少操作員誤操作造成的事故隱患，從技能、管理、素養上將操作員培養成監控員，提供解決問(wèn)題的能力，提升員工的幸福感和獲得感；

（4）實(shí)現生產(chǎn)節能減排降碳。零手動(dòng)操作在原來(lái)APC的基礎上進(jìn)一步優(yōu)化升級，對裝置控制的穩定和能源控制的精準性都有了很大的提升，節能降耗成效比較明顯；

（5）促進(jìn)以設備完整性為基礎，對檢維修頻次、預防性檢修和維護保養、儀表選型匹配性、工藝條件優(yōu)化都提出了更高的要求，這些都是零手動(dòng)操作的基礎和保障，通過(guò)“零手動(dòng)操作”這一結果導向，倒逼硬件裝備水平提升裝備精良管理提升。

以下對巨化集團主要產(chǎn)品鏈的零手動(dòng)實(shí)施效果舉例說(shuō)明：

（1） 氟化工原料——氟制冷劑事業(yè)部701裝置

零手動(dòng)系統試投用后，主要CV被控變量的標準偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動(dòng)強度，通過(guò)物耗和電耗降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟效益291.0萬(wàn)元。指標平穩對比效果如下：

105%酸預熱溫度標準方差降低了73%：

零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后 

混酸預熱溫度標準方差降低了66%：

零手動(dòng)投用前

 零手動(dòng)投用后

預洗酸槽溫度標準方差降低了76%：

零手動(dòng)投用前

 零手動(dòng)投用后

預洗酸槽液位標準方差降低了76%：

零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后 

（2）制冷劑——氟聚合物事業(yè)部2R22裝置

零手動(dòng)系統試投用后，主要CV被控變量的標準偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動(dòng)強度，通過(guò)物耗、蒸汽耗、電耗降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟效益318.7萬(wàn)元。指標平穩對比效果如下：

反應系統液位標準方差降低了80%：

零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后 

HCL精餾塔下部溫度標準方差降低了84%：

 零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

成品塔下部溫度標準方差降低了87%：

 零手動(dòng)投用前

 零手動(dòng)投用后

成品塔塔釜液位標準方差降低了93%：

 零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

經(jīng)過(guò)實(shí)施零手動(dòng)操作后，裝置的平穩性得以提升，報警次數顯著(zhù)下降，操作次數降低到0次，預計全年可降本增效318.7萬(wàn)元。

（3） 含氟聚合物材料——精細化工事業(yè)部六氟丙烯低聚物裝置

零手動(dòng)系統試投用后，主要CV被控變量的標準偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動(dòng)強度，通過(guò)蒸汽耗、電耗降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟效益180.8萬(wàn)元。指標平穩對比效果如下：

1#精餾塔塔底溫度標準方差降低了79%：

零手動(dòng)投用前

 零手動(dòng)投用后

1#精餾塔塔底采出流量標準方差降低了67%：

零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

2#精餾塔回流比標準方差降低了96%：

 零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

2#精餾塔液位標準方差降低了52%：

 零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

經(jīng)過(guò)實(shí)施零手動(dòng)操作后，裝置的平穩性得以提升，報警次數顯著(zhù)下降，操作次數降低到0次。

（4） 精細化學(xué)品——精細化工事業(yè)部甲基硅烷裝置

零手動(dòng)系統試投用后，主要CV被控變量的標準偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動(dòng)強度，通過(guò)產(chǎn)量增加及水耗、蒸汽耗、電耗、高純氮耗降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟效益612.9萬(wàn)元。指標平穩對比效果如下：

分離器界面標準方差降低了41%：

 零手動(dòng)投用前

 零手動(dòng)投用后

萃取塔界面1標準方差降低了89%：

零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

萃取塔界面1標準方差降低了89%：

 零手動(dòng)投用前

 零手動(dòng)投用后

萃取槽液位1標準方差降低了81%：

 零手動(dòng)投用前

  零手動(dòng)投用后

（5） 石化材料——石化材料事業(yè)部環(huán)己酮裝置

零手動(dòng)系統試投用后，主要CV被控變量的標準偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動(dòng)強度，通過(guò)蒸汽耗、人力降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟效益167萬(wàn)元。指標平穩對比效果如下：

分解釜液位標準方差降低了81%：

零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

 1#分解釜溫度標準方差降低了76%：

 零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

1#皂化液分離器液位標準方差降低了96%：

 零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后 

2#皂化液分離器液位標準方差降低了96%：

 零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

（6） 基礎化工——氯堿新材料事業(yè)部二水鈣裝置

零手動(dòng)系統試投用后，主要CV被控變量的標準偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動(dòng)強度，通過(guò)產(chǎn)量增加，汽耗、電耗降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟效益631萬(wàn)元。指標平穩對比效果如下：

緩沖槽液位標準方差降低了94%：

零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

一效蒸發(fā)室液位標準方差降低了53%：

 零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

二效蒸發(fā)室液位標準方差降低了92%：

 零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

切片機蒸汽冷凝水溫標準方差降低了89%：

 零手動(dòng)投用前

零手動(dòng)投用后

4、效益分析

2021-2022兩年，巨化集團已完成全部128套流程型生產(chǎn)裝置和20套離散型生產(chǎn)裝置的零手動(dòng)改造，其中，中巨智能承擔了其中的83套。經(jīng)過(guò)集團嚴格考核和統計，整個(gè)零手動(dòng)工程投入1.67億，物耗下降1.6% ，節降1.0944億；能耗下降2%，節降6692萬(wàn)元；人工成本、檢修費用等其它因素綜合降本7334萬(wàn)元，整體經(jīng)濟效益達到2.5億元/年，整個(gè)零手動(dòng)工程同時(shí)節約6萬(wàn)噸標煤/年的能源消耗，減少16.58萬(wàn)噸/年的二氧化碳排放量。疫情期間，更是為巨化的平穩運行不停車(chē)提供了堅實(shí)保障。

圖1-2   1套裝置只留1人監盤(pán)

圖3  典型裝置零手動(dòng)操作改造前后操作次數變化圖

巨化集團全產(chǎn)業(yè)鏈化工裝置全流程“零手動(dòng)”智能化創(chuàng )新項目是數字化改革落地的先鋒隊，項目采用最新一代的化工裝置零手動(dòng)操作軟件Cyb-IDPC V10.0，結合“精良裝備”等新理念，在巨化成功實(shí)現了全產(chǎn)業(yè)鏈100多套化工裝置的零手動(dòng)操作，幫助巨化集團獲得浙江省未來(lái)工廠(chǎng)、鼎革獎等榮譽(yù)。在本質(zhì)安全的設計前提下，通過(guò)實(shí)施零手動(dòng)，大幅提升了裝置自動(dòng)化水平，解放了生產(chǎn)力，實(shí)現化工裝置全流程、全時(shí)段的的無(wú)人操作。通過(guò)控制軟件的迭代升級、技術(shù)提升、方案優(yōu)化，零手動(dòng)工程既滿(mǎn)足了自動(dòng)化改造需求，同時(shí)也實(shí)現了節能降耗、提質(zhì)增效——年創(chuàng )效益達億2.5億元左右，零手動(dòng)操作智能化創(chuàng )新過(guò)程還促進(jìn)了生產(chǎn)車(chē)間工藝改進(jìn)、倒逼了設備改造升級，為正真的無(wú)人車(chē)間打下了堅實(shí)基礎。通過(guò)巨化集團近兩年的實(shí)際應用效果，零手動(dòng)操作理念的知名度與日俱增，正逐步輻射中國中化、永和集團等其它大型化工生產(chǎn)基地并得到了良好反饋。