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1　項目背景

中控作為工業自動化領域的優質企業和智能制造的踐行者，攜手神華寧夏煤業集團有限責任公司（以下簡稱神華寧煤）、中國寰球工程公司等單位組成聯合體，共同實施工信部支持的2016國家智能制造綜合標準化與新模式應用項目。實施項目名稱為“百萬噸級烯烴（煤化工副產品深加工綜合利用）智能新模式推廣應用”，屬于國家發展改革委、工業和信息化部實施制造業升級改造重大工程重點支持的化工園區（基地）建設工程領域。項目以百萬噸烯烴聯合裝置建設為依托，通過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，實現乙烯、丙烯等石油化工生產過程的優化控制、精細化管理、科學決策等單元技術和集成創新技術的突破，完成烯烴聯合裝置從原料到產品，從生產控制到經營決策，從生產管理到績效分析多層次、多視角、全方面的智能化管控，實現傳統產業提質降本、節能減排、綠色環保等可持續發展目標。本項目作為寧東地區煤制烯烴等現代煤化工的示范工程，通過技術探索、產品研發與應用推廣的有機結合，技術研究、產品研發與企業應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驗，更將推廣應用于全國石油、化工等流程行業，從而助力石油化工行業整體智能化水平的提升和國內制造業智能化發展的進程。

2　項目實施與應用

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，即一個企業服務數據總線、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安全、質量效益、科技創新、資源節約、和諧發展的五型智能工廠。

通過數據總線技術，項目實現了公司數據標準統一規劃，數據編碼及描述一致、可擴展；通過三層次智能平臺及應用系統建設，建立了生產業務系統與集團ERP系統的互聯互通，消除“信息孤島”、“應用孤島”，支撐生產、設備、質量、物流、HSE等業務的覆蓋與協同，實現了工廠信息的實時、透明、共享，構建了計劃－調度－操作－分析－優化的閉環管理模式。

圖1 項目建設內容及目標示意圖

2.1　項目工藝流程

以煤制油副產品石腦油、LPG及烯烴一分公司 LPG作為原料，經裂解裝置傳統的乙烯熱裂解技術生產出氫氣、甲烷、乙烯、丙烯、混合碳四、裂解汽油中間產品。裂解裝置副產品氫氣和來自煤制油氫氣經合成氨裝置PSA單元合成產品液氨，經罐區儲存供基地內使用。 乙烯產品部分送烯烴轉化單元，其余部分送下游聚乙烯裝置進行聚合反應。丙烯產品送往聚丙烯裝置進行聚合反應。 混合碳四在丁二烯裝置內抽提生產 1,3-丁二烯產品，并送往罐區儲存、汽車裝車外售，抽余碳四送往裂解裝置烯烴轉化單元。 乙烯、丙烯、氫氣經聚丙烯裝置聚合生成聚丙烯產品，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　總體業務架構

智能制造項目覆蓋寧煤烯烴二分公司的生產全業務，從業務層面分析，智能制造系統從底層操作到管理層，涵蓋8大層次的業務內容，以2條業務主線貫穿10大系統，第一主線是經營計劃主線，通過計劃的層層分解，最好將年度計劃分解為月、日，通過調度指令分配到各個崗位進行操作。第二條主線是生產過程操作主線，通過執行調度指令操作各裝置平穩運行，生產數據實時體現，并逐層向上傳遞，面向管理部門形成生產的運行分析和計劃跟蹤。通過這兩天主線的貫穿，各層次應用智能制造系統進行協同、共享及優化操作。

圖2 總體業務架構示意圖

2.3　總體技術架構

首創以設計標準、企業標準及行業標準為基礎，構建智能制造系統數據體系，架構設計與裝置生產運行同步開展，完成各專業系統的集成與互聯互通，消除信息孤島，對工廠開工、投產、運行期間生產業務的全面支撐。
項目建設成了一套標準、一條總線、一個倉庫，即以生產為核心建立數據標準化規范，以業務為核心掛接各專業系統服務接口，以數據為核心集成各類生產、能源、質量、設備、安全信息。

2.4 　三層平臺

（1）生產過程自動化智能控制平臺（數字車間）

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）、先進控制系統（APC）、工業視頻系統（CCTV）、PLC、壓縮機控制系統（ITCC）等8類系統的生產過程自動化智能控制平臺。

（2）生產管理智能優化平臺

建成了以生產執行系統（MES）為核心的生產管理智能優化平臺，實現生產、設備、安全等業務綜合集成。

圖3 智能工廠平臺示意圖

（3）生產運營智能服務平臺

通過目標傳導式績效管理、工廠三維可視化等系統的深度集成，智能優化平臺和智能控制平臺的支撐，建立了企業生產運營智能服務平臺，為業務綜合決策分析、生產運營、設備檢維修等提供決策支持，實現生產管控決策的閉環管理。

2.5　十大系統

（1）生產執行系統

完成情況：完成了計劃、調度、工藝、操作、統計等13個功能模塊建設，覆蓋了公司生產管理業務。系統集成了安全、能源、設備、質量等7個子系統，實現了生產業務的全覆蓋。

建設效果：針對生產業務協同難：實現以生產管理為主線的業務貫通，6個部門、7個車間的業務應用。多層次數據共享，實現數據透明、可視化展示與分析；通過信息化系統集成，建立數據共享平臺，實現生產協同和數據共享（實現工藝操作尋優、實時監控、綜合業務決策等）。

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個模塊、132項功能，系統采集28488點數據，建立11830個生產能源指標，每天生成30萬條分析數據記錄。

建設效果：針對能源管理力度弱：建立閉環能源管理體系，開發指標系統和能耗動態基準技術，實現了能耗計劃、預測、蒸汽管網模擬、操作優化分析等功能，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；采用管網模擬、能耗預測、操作優化等先進技術，實現裝置節能降耗。

圖5 能源管理系統業務架構圖

（3）安全應急管理系統

完成情況：系統建設8個模塊（風險預警、隱患管理、應急指揮），158項功能，目前已產生風險辨識、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，通過系統流程推動，指導安全管理人員開展風險分級管控、危險源風險控制、隱患閉環跟蹤等關鍵業務過程；通過集成安全風險辨識評估模型，對安全風險進行辨識評估、分級管控，提高工廠的安全風險管控能力；融合安全分析預警模型量化企業安全生產狀態（隱患、事故、培訓、演練），分析影響生產安全的指標因素，針對性的采取預防措施；通過安全應急指揮系統，實現集成監控與應急指揮聯動（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）先進控制系統

完成情況：利用PID評估及優化技術、多目標協調優化技術及負荷自動升降技術，開發了PID回路評估優化系統及先進控制系統。完成裂解爐群、C2/C3加氫、高低脫丙烷等單元先控系統建設，建成自動化操控中心，實現裂解裝置標準化、一致性操作，保證裝置平穩優化運行。

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

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

圖7 先進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個機柜，260個操作節點（含操作員站、工程師站、OPC服務器、歷史趨勢服務器、SAMS服務器等）,共有103903個 I/O點。6套MODBUS協議通訊SIS系統；1套MODBUS協議通訊GDS系統；1套MODBUS協議通訊的ITCC系統；系統數據通過OPC數據服務器與MES系統相連。

圖8 DCS系統建設效果圖

（6）其他系統

該項目中，聯合單位建設了工程數字化交付、實時數據庫、目標傳導式績效管理系統（GCP）、設備運行管理系統、實驗室信息管理系統，智能工廠平臺通過服務總線、主數據等技術手段實現了與這些系統的互聯互通。

3　項目創新

3.1　基于11311模式的安全風險管控

（1）基于自主研發的安全應急管理平臺，實現安全管理業務數據、裝置設備信息、生產過程工藝信息的數據集成、實時動態獲取；

（2）以日常安全管理業務數據（隱患、培訓、事故、演練等）、工藝重點參數（溫度、壓力、進料量、濃度、流量等）為分析對象，通過集成風險預警評估模型進行安全風險辨識評估；

（3）通過指標體系支撐數據實時獲取，安全風險自動評估，建立動態預警機制，評估結果可視化展示。

3.2　操作優化

針對生產操作優化難，基于數據分析技術建立操作案例庫，實現全工況操作優化。

（1）基于數據分析技術進行操作尋優形成案例庫，實現了操作經驗的沉淀；和先進控制系統結合實現了節能操作。此項技術為國內首創。

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

3.3　全流程指標拓撲體系

（1）自主開發物理工廠數字化建模平臺，通過組態建立生產過程的數字拓撲關系，實現全流程運行可視化管控，本技術已申報專利。

（2）為各業務提供同源、多層級復用和可追溯的指標數據，實現了業務數據指標化、指標數據脈絡化，脈絡數據可視化。

3.4　構建智能工廠工控安全

中控自主研發的ECS-700系統，內建工控安全的設計理念和安全防護技術，自主研發SOC芯片、總線、微內核系統，自主控制器安全盾防護技術。工業通信加密認證、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，通過國際和國內安全機構測評和認證。實現了智能工廠“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月正式上線運行，根據2018年最新項目成果實施應用的數據統計，生產效率提高24.17%，運行成本降低33.25%，能源利用率提升10.60%，產品合格率達100%，為試點企業帶來巨大的效益。

5　項目意義

（1）核心技術裝備及解決方案的帶動作用

項目從生產過程、生產管理及生產運營三個層面進行智能化建設，驅動了生產及相關檢測裝備與信息化、網絡化、智能化的融合。

能源管控新模式的建立，以及基于能耗動態基準庫的建設，推動節能設備、節能技術的推廣。

標準的制定對煤化工企業智能工廠的系統解決方案進行總結，帶動行業智能制造核心技術裝備的應用。
安全系統的建設，對相關行業的安全管理與建設起到試點示范作用。

（2）對提升行業國際競爭力的作用

能源管理系統的實施，降低了產品成本，提高了產品市場競爭力，為實現可持續發展打下堅實的基礎（其中操作優化技術入選2018年度“雙十佳”節能技術推廣清單，由國家發改委向國內和國外進行推廣）。

智能工廠標準的制定，是行業智能化升級的指導準則，為煤制烯烴行業智能化升級提供指導，提高行業技術水平，為提升行業國際競爭力提供實踐基礎。

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

通過煤化工行業智能工廠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智能制造領域的理論研究更加深入，對煤化工行業實施智能制造工程，發揮智能制造項目優勢提供了理論模型支撐。

6　結語

中控作為安全控制系統集成商、核心智能裝備提供商，以及擁有核心技術自主知識產權的工業軟件開發商，希望憑借先進、成熟的解決方案和工程服務經驗，與更多用戶合作，共同助力中國智能制造的建設之路。

作者簡介：

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有限公司副總經理，主要研究方向是過程優化控制理論與應用。

摘自《自動化博覽》2019年2月刊