我國(guó)石油化工自動(dòng)化技術(shù)理論的幾點(diǎn)研究

幾十年來，石油化工工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)隨著工藝和裝備技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展，從初期簡(jiǎn)單的手工操作到連續(xù)工藝及負(fù)荷不斷加大，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性要求越來越高，對(duì)控制的要求及自動(dòng)化水平也越來越高，儀表使用越來越普遍，從簡(jiǎn)單回路的閉環(huán)控制到單元裝置的全面自動(dòng)化，使用的控制工具也從氣動(dòng)單元組合儀表、電動(dòng)單元組合儀表到DCS的廣泛應(yīng)用，控制水平也從單參數(shù)簡(jiǎn)單控制回路到多變量復(fù)雜控制回路，先進(jìn)控制系統(tǒng)、優(yōu)化控制系統(tǒng)在各種場(chǎng)合都有成功應(yīng)用的典范。

一、我國(guó)石油化工自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀

我國(guó)石油和化工自動(dòng)化經(jīng)過50年的發(fā)展，通過技術(shù)引進(jìn)，消化吸收和不斷創(chuàng)新，自動(dòng)化水平取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)的石油化工工業(yè)遇到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。與先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)的石油化工工業(yè)還普遍存在著能耗大、產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)過程工藝落后、自動(dòng)化水平低、管理水平低、信息集成度低、綜合競(jìng)爭(zhēng)力弱等問題。而企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是將先進(jìn)的工藝裝備技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和以先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)為代表的信息技術(shù)相結(jié)合，將企業(yè)的生產(chǎn)過程控制、優(yōu)化、運(yùn)行、計(jì)劃與管理作為一個(gè)整體進(jìn)行控制與管理，提供整體解決方案，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理，從而成為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的核心高技術(shù)。

國(guó)外大型流程企業(yè)、特別是石油化工企業(yè)均重視信息集成技術(shù)的應(yīng)用，紛紛以極大的熱情和精力，構(gòu)架工廠級(jí)、公司級(jí)甚至超公司級(jí)的信息集成系統(tǒng)。1995年美國(guó)、日本、西歐等國(guó)已有100多家煉油、化工企業(yè)在實(shí)施CIMS計(jì)劃，推動(dòng)了流程工業(yè)綜合自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，如日本三井石油化學(xué)工業(yè)公司、美國(guó)德曹達(dá)公司、高爾公司等化工企業(yè)都相繼建立了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

二、石油化工綜合技術(shù)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成

一般而言，流程工業(yè)企業(yè)對(duì)綜合自動(dòng)化技術(shù)的需求主要關(guān)注4方面的問題。(1)安全:即需要用高可靠性的控制系統(tǒng)、檢鍘和執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備與裝置的運(yùn)行提供保證，進(jìn)而對(duì)關(guān)鍵裝置進(jìn)行故障診斷與健康維護(hù)。(2)低成本:通過先進(jìn)的工藝及工藝參數(shù)以降低能耗和原料消耗，以及通過先進(jìn)的建模技術(shù)、控制技術(shù)和實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)來提高產(chǎn)品的合格率和轉(zhuǎn)化率。(3)高效率:通過先進(jìn)的計(jì)劃調(diào)度與排產(chǎn)技術(shù)和流程模擬技術(shù)來提高設(shè)備利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。(4)提高競(jìng)爭(zhēng)力:通過數(shù)據(jù)和信息的綜合集成，如先進(jìn)的管理技術(shù)(包括ERP、CRM、SCM等)、電子商務(wù)、價(jià)值鏈分析技術(shù)等，以促進(jìn)企業(yè)價(jià)值的增值，最終提高企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，流程工業(yè)綜合自動(dòng)化技術(shù)的總體結(jié)構(gòu)可以分成3層結(jié)構(gòu)。

(1)以PCS(過程控制系統(tǒng))為代表的基礎(chǔ)自動(dòng)化層。主要內(nèi)容包括先進(jìn)控制軟件、軟測(cè)量技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、可靠性技術(shù)、數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)處理技術(shù)、集散控制系統(tǒng)(Dcs)、現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)(FCS)、多總線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)、基于高速以太網(wǎng)和無線技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備、傳感器技術(shù)、特種執(zhí)行機(jī)構(gòu)等等。

(2)以MES(生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng))為代表的生產(chǎn)過程運(yùn)行優(yōu)化層。主要內(nèi)容包括先進(jìn)建模與流程模擬技術(shù)(AMT:Advanced Modeling Technologies)、先進(jìn)計(jì)劃與調(diào)度技術(shù)(APS:Advanced Planningand Scheduling)、實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)(RTO:Real-time Opfimization)、故障診斷與健康維護(hù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)校正技術(shù)、動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制與管理技術(shù)、動(dòng)態(tài)成本控制與管理技術(shù)等等。

(3)以ERP(企業(yè)資源管理)為代表的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)優(yōu)化層。主要內(nèi)容包括企業(yè)資源管理(ERP)、供應(yīng)鏈管理(scM)、客戶關(guān)系管理(cRM)、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)管理(PqDM)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、設(shè)備資源管理、企業(yè)電子商務(wù)平臺(tái)等等。

通過研究生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)及相關(guān)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在線成本的預(yù)測(cè)、控制和反饋校正，以形成生產(chǎn)成本控制中心，保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化運(yùn)行，可以實(shí)施生產(chǎn)全過程的優(yōu)化調(diào)度、統(tǒng)一指揮，以形成生產(chǎn)指揮中心，保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制;可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的質(zhì)量跟蹤、安壘監(jiān)控，以形成質(zhì)量管理體系和設(shè)備健康保障體系，保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理。

三、企業(yè)綜合自動(dòng)化所需要的關(guān)鍵技術(shù)

(1)信息的集成、挖掘和增值

信息集成是綜合自動(dòng)化的核心，而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)則是信息集成的基礎(chǔ)。由于流程工業(yè)的特點(diǎn)，有大量的反映生產(chǎn)過程狀態(tài)的實(shí)時(shí)海量數(shù)據(jù)需要處理，管理和有效地應(yīng)用，因此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督與控制，對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。因而流程工業(yè)信息集成環(huán)境中需要同時(shí)設(shè)置關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。作為整個(gè)系統(tǒng)信息的集散地。這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫既可獨(dú)立地操作，又可協(xié)同動(dòng)作，及時(shí)并行或交叉地處理來自全廠的各種信息。真正做到信息集成與共享。信息挖掘和增值的目的是充分、有效地利用信息。

(2)科學(xué)的決策支持

生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的重要內(nèi)容。但是，傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式還處于經(jīng)驗(yàn)決策、具有較大的隨意性、而科學(xué)的決策支持則是企業(yè)經(jīng)營(yíng)成敗的關(guān)鍵。成本效益分析是指對(duì)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)應(yīng)用財(cái)務(wù)分析方法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)、以得到壘企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的過程。在煉油企業(yè)綜合自動(dòng)化中，成本效益分析是煉油企業(yè)生產(chǎn)管理中的重要環(huán)節(jié)，也是煉油企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策中的必需步驟。

成本效益分析以企業(yè)獲得最大利潤(rùn)為目標(biāo)。對(duì)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)進(jìn)行成本效益分析、并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行生產(chǎn)方案的盈虧分析，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)提供實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程和生產(chǎn)計(jì)劃的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以提高企業(yè)決策水平，加強(qiáng)企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。

為了達(dá)到公司預(yù)先制定的利潤(rùn)目標(biāo)，就必須協(xié)調(diào)好企業(yè)各部門的工作，即原油采購、生產(chǎn)計(jì)劃的制定、生產(chǎn)調(diào)度和產(chǎn)品的銷售等。由于原油是煉油廠生產(chǎn)的主要原料，原油成本占了產(chǎn)品總成本的80-90%，因此，為了實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)目標(biāo)，必須首先控制原油成本，即控制原油的采購價(jià)格。

盈虧平衡分析是指利用財(cái)務(wù)分析方法和數(shù)學(xué)工具，對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方案或計(jì)劃進(jìn)行分析，得出實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)目標(biāo)的原油最高采購價(jià)格(保利點(diǎn))和保證不虧損經(jīng)營(yíng)(利潤(rùn)為O)的原油最高采購價(jià)格(保本點(diǎn))。盈虧平衡分析對(duì)于原油采購，控制成本、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的參考價(jià)值、是制定合理生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于控制生產(chǎn)成本、擴(kuò)大利潤(rùn)，從而保證利潤(rùn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，指導(dǎo)壘企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，具有十分重要的意義。

此外，還有軟測(cè)量技術(shù)、設(shè)備過程故障診斷新技術(shù)、生產(chǎn)過程的安全保護(hù)技術(shù)以及對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)調(diào)整技術(shù)等，都是自動(dòng)化領(lǐng)域急待解決的難題和研究的熱點(diǎn)。

將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、信息技術(shù)應(yīng)用于石油化工，，發(fā)展綜合自動(dòng)化整體解決方素及集成技術(shù)，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力，是今后石油化工工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的趨勢(shì)。