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   近年來，我國石油和石化行業新建或擴建不少大型一體化、現代化裝置，企業儀表自動化、信息化發展速度很快，涌現出一批先進技術和創新成果如APC、MES、DCS-FCS、NIR與節能環保應用等，在確保企業安全生產、降耗提質、提高整體經濟效益中發揮了很大作用。石化推廣應用先進過程控制技術（APC）已取得明顯的效益。FCS 的問世，為石化企業實現數字化工廠創造了條件，未來10年發展的目標是建設智能化的煉化一體化工廠。

  1　石化智能化工廠的特征

石化智能化工廠作為石化企業多年信息化建設的延續，將先進制造模式與現代傳感技術、網絡技術、自動化技術、智能化技術和管理技術等融合，是科技進步和行業可持續發展背景下，未來10年石化行業發展的必然趨勢，也是石化行業兩化深度融合發展的產物。

  石化智能化工廠作為石化行業兩化深度融合發展的高級階段，其為石化企業的工藝、設備、流程、人員，特別是創新方面起到了極大的推動作用。歸納起來，石化智能工廠具有如下特點：自動化是前提，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）自動化是減輕人的勞動，強化、延伸、取代人的有關勞動的技術或手段，石化智能化工廠中生產的基礎手段逐漸從手工操作發展到自動控制，從低級的單回路控制發展到高級復雜系統控制，從單元先進控制到區域集成優化。

  （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、軟件技術、智能技術的基礎，也是信息化的技術基礎。

  （3）可視化的含義是將生產狀態、工業視頻等各類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環境的感知，確保迅速準確地掌握所有信息和快速的決策。

  （4）模型化是指通過利用生產運行數據和專家知識，將石化工廠的行為和特征的知識理解固化成各類工藝、業務模型和規則，實現人與制造系統的融合及人在其中智能的充分發揮。

  （5）集成化是指石化智能化工廠中的系統與現有石化生產過程的工藝過程和管理業務流程高度集成，實現石化生產各個管理環節和各工序間緊密銜接與集成，從全局角度實現整體優化。

  2　石化智能化工廠規劃

  為做好中國石化智能化工廠試點工作，石化試點廠各部門深入開展了“數字化智慧煉廠”研究，編制完成了《石化試點廠數字化智慧煉廠總體規劃》，提出了總體規劃思路：2012年，改善信息基礎設施、計量儀表兩個基礎，深化ERP、MES等系統應用，打好智能工廠建設的基礎，整體上臺階。2013年~2014年，建設企業經營分析與運營監控、HSE應急指揮、能源優化、三維數字工廠、全廠優化等智能化工廠重點系統，加強集成應用，支持集中的運營管理模式，達到中國石化先進水平。2015年，重點建設知識管理系統和優化控制系統，實現全面集成和構建智能工廠的基本框架，達成自動化、數字化、模型化、可視化、智能化的目標，建成千萬噸級智能化煉化廠。

  3　石化智能化工廠所需的技術

  現以大型煉油（1000萬噸級）乙烯（100萬噸級）一體化項目為例，全廠智能化總體解決方案所需自動化技術創新的主要方面如下：

  3.1　DCS/FCS控制系統

  過程控制系統（PCS）主要包括：分散控制系統/現場總線控制系統（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）、過程控制計算機系統（PCCS）（實施先進控制APC和實時優化RTO等）等系統，其核心是DCS/FCS系統。

  現場總線是自動化領域中發展很快的互連通信網絡，它具有協議簡單開放、容錯能力強、實時性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特點。FCS是繼DCS之后的新一代控制系統，是過程控制系統發展的趨勢，并與DCS共存。根據目前現場總線技術的發展趨勢和應用情況，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） 企業資源管理系統（ERP）

   企業資源計劃（ERP）是一種現代企業先進管理方法，采用ERP系統，將使企業獲得最大的經濟效益。ERP系統通常包含財務會計、管理會計、銷售分銷、物流管理、生產計劃、設備維護等核心模塊。一個典型的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是企業數字化系統的中心環節，在ERP/MES/PCS整個系統中起到承上啟下的作用。MES主要完成生產計劃的調度與統計、生產過程成本控制、產品質量控制與管理、物流控制與管理、設備安全控制與管理、生產數據采集與處理等功能。MES主要功能是：（1）實時數據庫與信息管理；（2）生產計劃與調度優化；（3）流程模擬與工程；（4）數據校正與物料平衡；（5）實時動態模擬系統；（6）先進控制與優化。

  3.3　APC技術

  國內有關方面通過多年不懈的努力，在優化控制領域里從理論到應用都有所創新和突破，現已開發出相關積分優化理論和應用技術，并獲得多項發明專利。該項創新技術在反應過程優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化操作中連續多年使用，提高液收1%以上；在洛陽的芳烴裝置的歧化反應器、異構化反應器長期應用，提高了三苯收率1%以上，正在石化推廣應用。

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

  （1）在石油化工行業，隨著對環境保護措施的不斷落實，對油品的要求也越來越高。為解決這個越來越突出的矛盾，實施油品在線調合勢在必行。

  （2）在流程行業的蒸汽動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控制的應用必將越來越廣泛。蒸汽動力系統結構龐大，設備多樣化，人工操作強度大。先進控制實施后不但可大幅度降低操作人員勞動強度，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）由石化行業拓展到其它領域，如熱電生產、造紙等行業，生產過程多變量特征明顯，適于推廣先進控制的應用。在國外已有成功案例。

   3.4　在線近紅外線分析儀技術

   由于計算機技術的迅速發展以及化學計量學和光纖技術的應用，使近紅外線光譜快速分析技術得到了迅速發展。NIR技術是一種無損分析技術，采用透射或漫反射方式直接對樣品分析，在測量過程中不產生污染，通過光纖可對樣品遙測。因此，NIR分析技術也是一種快速分析創新應用技術，日益受到人們重視。近紅外光譜分析技術的主要技術特點如下：

  （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）便于實現在線分析；（7）典型的無損分析技術。

   煉化企業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、苯胺點、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（如一臺辛烷值儀價格為200萬元），分析方法復雜，分析時間長（幾小時或幾天），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，不能滿足生產和科研快速分析的要求。采用近紅外線光譜快速分析技術，一臺近紅外線光譜分析儀可在幾秒鐘內測定十幾種質量參數，分析精度符合國家標準的要求并節省了投資。近紅外線光譜快速分析技術易實現在線質量控制，提高產品質量，增加了經濟效益。

   在我國大型煉廠和石油化工廠的主要生產裝置采用近紅外線光譜快速分析儀監控質量指標，進行APC和優化控制是非常必要的。這種先進的技術對加快石化智能化工廠建設有著積極的影響，也將會取得較大的經濟效益和社會效益。

   3.5　網絡安全技術

   石化智能化工廠需要大型的網絡系統，石化企業已試用安全工業隔離網關。在工業控制網絡同企業管理網絡之間可采用照相數據傳送技術，DCS要上傳的數據由專門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。另外有一個攝像頭將屏幕上顯示的實時數據自動拍攝下來，拍下來的數據畫面經過智能機器閱讀系統的自動解讀后得到要上傳的數據，通過局域網送到實時數據庫和辦公網上。這樣，局域網和DCS之間完全沒有網絡的物理連接，病毒和黑客不可能通過網絡串到DCS中。無論病毒如何變化，都可以從本質上保證了DCS的安全。

   另一種是力控華康安全工業隔離網關Psafetylink主要起到在工業控制網絡同企業管理網絡之間隔離，安全隔離網關采用物理隔離和安全通道隔離，將以太網進行物理級安全隔離，安全通道隔離即通過專用通信硬件和私有不可路由協議等安全機制來實現內外部網絡的隔離和數據交換，有效地把內外部網絡隔離開來，而且高效地實現了內外網數據的安全交換。

  3.6　石化節能、降耗、環保技術

  （1）降低能源成本

  在波動的能源價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在未來幾十年所面對的最大問題。舉例來說，能源成本通常占據了非原料煉油廠運營成本的50%~60%，制漿和造紙企業成本的25%~40%；使用控制能源管理解決方案， 能夠幫助企業建立一個全面的能源管理戰略，將能源成本降低最高達25%，提升企業的競爭優勢。

  （2） 生產裝置健康監控技術

  石化企業加強對生產設備的監測，尤其是對強腐蝕設備、高速旋轉設備等高危設備，實現在線精確測量，這是故障預測和診斷的關鍵。開發故障預測和診斷模型及方法，提高故障檢測的及時性和魯棒性，以及故障定位的準確性，防止誤報和漏報，及時消除隱患，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程監控（MSPM）對高壓、強腐蝕、高速旋轉等設備進行在線監測和分析，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，在危險場所設置了可燃氣體或有毒氣體檢測與報警系統，全廠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展了控制與檢測的安全等級評估工作。

   現代石化企業中的安全控制系統將向著儀表控制、安全儀表及信息管理系統一體化的方向發展。智能化安全儀表控制系統將會得到廣泛應用。

   （4） 自動化控制系統和信息化的集成對促進工藝優化、能耗降低、產量質量提升、節能減排起到了重要作用。我國石油石化行業目前已經加快了信息化系統推廣的速度，通過信息化與自動化集成手段提高管理水平、提高資源利用率、節約能源、降低生產成本，從而形成石油石化行業節能減排系統化工程，另一方面，通過生產控制信息化，促進工藝優化、能耗降低、產量質量提升，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域的自動控制系統實現。

   為了進一步提高石化信息化和自動化應用水平，中國石化對“智能工廠試點”方案進行規劃并通過審定，未來10年的目標：“智能化煉化廠”試點以工廠經營管理與生產過程的“實時化、自動化、模型化、可視化、智能化”為發展目標，將實現計劃調度、能源管理、安全環保、裝置操作、IT管控的智能化，建設成為國際先進水平的智能化的千萬噸級煉化企業。