潤滑油調(diào)合裝置自動化發(fā)展趨勢

付曉先 張慎靖

中國石化潤滑油有限公司

中國石化潤滑油有限公司（簡稱潤滑油公司）自1999年開始，相繼引進了法國FMC和瑞士ABB公司的潤滑油自動調(diào)合設(shè)備，開啟了潤滑油調(diào)合裝置自動化的序幕[1～3]。隨著近20年的發(fā)展，潤滑油公司各單位基本都實現(xiàn)了調(diào)合裝置自動化，茂名分公司、新加坡分公司、重慶分公司等單位還在生產(chǎn)過程信息化、智能化和管控一體化方面有了一定的突破。

潤滑油調(diào)合裝置自動化現(xiàn)狀

目前，常規(guī)的自動調(diào)合裝置主要有同步計量調(diào)合裝置（Simultaneous Metering Blender，簡稱 SMB）、自動批量調(diào)合裝置（Automatic Batch Blender，簡稱ABB）、桶裝劑抽取裝置（Drum Descending Unit，簡稱DDU）、管匯裝置（Manifold）和球掃線裝置（Pigging-line ）。

同步計量調(diào)合裝置（SMB）

SMB由多條計量通道和母管組成，計量速度快、計量精度高，適合于大批量潤滑油產(chǎn)品的生產(chǎn)。SMB結(jié)構(gòu)見圖1。

自動批量調(diào)合裝置（ABB）

ABB適用于小批量、多批次的產(chǎn)品生產(chǎn)。其裝置一般采用鋼結(jié)構(gòu)支撐的上下兩層調(diào)合釜形式，添加劑預(yù)調(diào)合釜位于裝置上層，底釜一般用于基礎(chǔ)油和添加劑母液的混合，各原料計量是通過釜體配備的稱重元件來進行精確控制。ABB結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 ABB結(jié)構(gòu)示意

桶裝劑抽取裝置（DDU）

DDU作為ABB和SMB的配套設(shè)備，通過預(yù)先設(shè)定的程序，以自動方式將添加劑、基礎(chǔ)油等桶裝原材料抽送至目的地，從而完成油品的生產(chǎn)。DDU外觀見圖3。

圖3 DDU外觀

管匯裝置

管匯裝置用于連通油品儲罐及灌裝線，可以實現(xiàn)油品儲罐和灌裝線的多種組合，速度快、效率高，大大減少了固定管線的鋪設(shè)量。目前，現(xiàn)有管匯裝置根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同可分為矩陣式管匯、閥組式管匯和手動管匯。3種管匯裝置的外觀見圖4。

圖4 3種管匯裝置的外觀

球掃線裝置

球掃線裝置由端部球站、中間球站、專用輸油管線、取球裝置、清掃球組成，通過端部球站氣路分配單元控制壓縮空氣流向，推動清掃球在管道內(nèi)行走，將管道殘余油品推動到目的地中，完成管道內(nèi)的清掃工作。球掃線裝置工作原理見圖5。

圖5 球掃線裝置工作原理示意

潤滑油調(diào)合裝置自動化發(fā)展方向

SMB、ABB等自動化調(diào)合裝置已在生產(chǎn)中應(yīng)用二十多年，故障率低，可靠性強。但隨著潤滑油市場需求向小批量、多批次、短供貨期發(fā)展，調(diào)合生產(chǎn)需要更加靈活、高效、便捷的方式，并能及時獲取產(chǎn)品性能指標，這對調(diào)合裝置的自動化和智能化提出了更高的要求。

調(diào)合裝置智能化的發(fā)展

傳統(tǒng)的調(diào)合裝置因受到自動控制、信息通信、在線分析和數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的限制，在智能化發(fā)展上鮮有進展。但隨著自控技術(shù)、機器人、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的發(fā)展，調(diào)合裝置在自動化的基礎(chǔ)上有望向智能化和管控一體化邁進。

在線調(diào)合裝置

在線調(diào)合裝置（In-Line Blender，簡稱ILB）是典型的連續(xù)式管道調(diào)合方式。它與SMB原理類似，設(shè)有多個通道，能夠同時計量多個組分，而其最大的特點是各組分嚴格按照配方的比例被同時輸送到混合器進行混合，經(jīng)過該裝置后，所得到的油品可以直接用于灌裝，節(jié)省了儲罐內(nèi)二次攪拌混合的步驟，大大提高了生產(chǎn)效率。但ILB對自控系統(tǒng)、自控元件、在線分析和在線混合技術(shù)有很高的要求，這也是限制其在生產(chǎn)中應(yīng)用的主要原因。近幾年，在汽柴油調(diào)合過程中，ILB技術(shù)的應(yīng)用越來越廣[4～6]，也為該技術(shù)在潤滑油生產(chǎn)中的應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

在線分析技術(shù)

傳統(tǒng)的SMB、ABB等裝置上沒有應(yīng)用在線分析技術(shù)，因此產(chǎn)品的性能指標只能待分析化驗后才能了解。隨著在線分析技術(shù)的日益成熟，并成功應(yīng)用于潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)等領(lǐng)域[7]，在SMB、ABB或調(diào)合罐等裝置上應(yīng)用在線分析技術(shù)，可以及時掌握產(chǎn)品的主要性能指標，并通過對指標趨勢的智能分析，及時對組分配比進行干預(yù)和調(diào)整，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。常見的在線分析技術(shù)有黏度在線分析、傾點在線分析、堿值在線分析等。

機器人

目前，機器人、機械手等自動化技術(shù)已經(jīng)十分成熟并廣泛應(yīng)用于汽車制造、機械加工、搬運碼垛、噴涂裝配等領(lǐng)域[8]，但機器人在調(diào)合裝置中的應(yīng)用尚屬起步階段。潤滑油公司在各生產(chǎn)單位灌裝碼垛中廣泛采用了機械手碼垛設(shè)備，相較人工碼垛和傳統(tǒng)框架碼垛機來說，不僅大幅提高了工作效率，其故障率、維保工作量也大幅降低；潤滑油公司北京分公司在黏度指數(shù)改進劑溶解過程中使用機械手用于干膠的自動搬運，大幅降低了操作人員的勞動強度。此外，在物料搬運、產(chǎn)品輸轉(zhuǎn)等方面采用機器人或自動導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle，簡稱AGV）并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)，能夠降低用工數(shù)量，提高效率和產(chǎn)品信息化能力，也是今后發(fā)展的趨勢。

控制系統(tǒng)的發(fā)展

原有的調(diào)合控制系統(tǒng)主要有計算機控制系統(tǒng)（Computer Control System，簡稱CCS）、可編程控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC）、集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，簡稱DCS）。隨著自動化、智能化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是在DCS和PLC基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是3C技 術(shù)（Communication、Computer、Control）的融合，其核心是總線協(xié)議，基礎(chǔ)是數(shù)字現(xiàn)場智能設(shè)備，本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)適用于易變過程、危險區(qū)域和對本質(zhì)安全要求較高的環(huán)境[9]。它對現(xiàn)場設(shè)備要求較高，需要提供全數(shù)字信號，并支持相應(yīng)的通信協(xié)議。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用為生產(chǎn)控制智能化的實現(xiàn)創(chuàng)造了基礎(chǔ)。

生產(chǎn)管理系統(tǒng)

生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，簡稱MES）也叫制造執(zhí)行系統(tǒng)，是一個面向工廠層的信息系統(tǒng)，介于企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的計劃系統(tǒng)與主生產(chǎn)過程的直接工業(yè)控制系統(tǒng)之間。它向操作人員/管理人員提供生產(chǎn)過程的全部資源（人員、設(shè)備、材料、工具和客戶要求）的數(shù)據(jù)和信息[10]。它的誕生是為解決企業(yè)DCS、PLC等系統(tǒng)和ERP等系統(tǒng)的信息孤島問題，并能提高企業(yè)總體生產(chǎn)運營效率。

針對潤滑油調(diào)合生產(chǎn)控制和管理過程的特點，潤滑油公司以自主開發(fā)的潤滑油DCS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進行了MES管理功能的開發(fā)，設(shè)計開發(fā)了計劃管理、配方管理、罐區(qū)管理、灌裝管理等模塊，并發(fā)揮Batch系統(tǒng)的功能優(yōu)勢，構(gòu)建“MES+Batch+DCS”的3層系統(tǒng)架構(gòu)，在原有設(shè)備安全聯(lián)鎖的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了管理聯(lián)鎖和控制聯(lián)鎖的雙重聯(lián)鎖機制并行管理。潤滑油調(diào)合過程控制及生產(chǎn)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)撲拓見圖6。

生產(chǎn)過程智能化

由于生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)的應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的發(fā)展，潤滑油生產(chǎn)過程從片段式、單元化的自動化逐步向全過程自動化、信息化和智能化發(fā)展。在實現(xiàn)調(diào)合過程、灌裝過程自動化的基礎(chǔ)上，構(gòu)建全公司的生產(chǎn)信息系統(tǒng)[包括 ERP、CRM（Customer Relationship Management，即客戶關(guān)系管理系統(tǒng)）、MES、DCS、PLC、LIMS（Laboratory Information Management System，即實驗室信息管理系統(tǒng)）等]，從生產(chǎn)計劃制定、生產(chǎn)過程、倉儲物流、客戶評價等各環(huán)節(jié)，實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)全過程的自動化、智能化。

生產(chǎn)計劃制定

生產(chǎn)信息系統(tǒng)收集訂單信息進行系統(tǒng)分析，綜合考慮產(chǎn)品庫存、原材料庫存及成本、產(chǎn)地物流成本、交付期等因素，確定生產(chǎn)計劃并下達至生產(chǎn)工廠。

產(chǎn)品生產(chǎn)

生產(chǎn)工廠接受生產(chǎn)計劃后立即自動組織生產(chǎn)。調(diào)合單元依次進行配方制定、自動調(diào)合、調(diào)合分析等；灌裝單元依次進行包裝物備貨、產(chǎn)品灌裝、灌裝分析等。倉儲單元根據(jù)生產(chǎn)計劃進行庫位和運輸車輛的準備。

產(chǎn)品倉儲及物流

系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏和庫存情況，預(yù)先安排庫位和運輸車輛。產(chǎn)品在灌裝過程中，通過產(chǎn)品批號、流水號或RFID（無線視頻識別）標簽等方式，與倉儲庫位進行綁定。灌裝后的產(chǎn)品經(jīng)過傳送裝置或AGV進入庫位，并在庫存管理系統(tǒng)中予以記錄。系統(tǒng)自動根據(jù)訂單目的地，匹配相應(yīng)的運輸車輛和產(chǎn)品，使運輸成本最低。運輸車輛根據(jù)系統(tǒng)自動消息推送，按時進行產(chǎn)品的裝載、運輸，及時送達客戶。

客戶確認

用戶接受產(chǎn)品后，及時通過APP、郵件、短信等多種方式反饋信息，對產(chǎn)品交付時間、產(chǎn)品質(zhì)量、使用情況進行反饋。生產(chǎn)信息系統(tǒng)根據(jù)用戶反饋情況關(guān)閉訂單或啟動相應(yīng)程序。同時，客戶也可以通過APP、郵件、短信等方式，及時獲取訂單生產(chǎn)信息。

數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析包括如下方面：

◇庫存分析。系統(tǒng)根據(jù)對歷史訂單、原材料價格、市場產(chǎn)品價格等因素的分析，制定相應(yīng)的庫存計劃（原材料、成品等），指導(dǎo)各生產(chǎn)工廠進行產(chǎn)品的備貨。

◇設(shè)備分析。系統(tǒng)對生產(chǎn)過程中的設(shè)備信號進行采集，獲得不同的設(shè)備信息，如運行時間、故障時間、生產(chǎn)量、生產(chǎn)效率等，對設(shè)備的維護保養(yǎng)進行分析、預(yù)測。

◇質(zhì)量分析。系統(tǒng)對產(chǎn)品原材料性能、配方比例、產(chǎn)品性能指標、灌裝重量、過濾器使用時間、過濾產(chǎn)量等相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對產(chǎn)品質(zhì)量趨勢進行預(yù)測和預(yù)警，為產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性提供保障。

圖6 3種管匯裝置的外觀

結(jié)束語

經(jīng)過近20年的引進、消化、吸收和創(chuàng)新，中國石化潤滑油生產(chǎn)裝備不僅實現(xiàn)了自動化和信息化，還擁有了自主知識產(chǎn)權(quán)。隨著中國制造2025、工業(yè)4.0戰(zhàn)略的提出，互聯(lián)網(wǎng)+、智能化等技術(shù)空前發(fā)展并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造領(lǐng)域，潤滑油生產(chǎn)自動化勢必迎來新的發(fā)展和突破，現(xiàn)有單純的生產(chǎn)裝置自動化必將被基于全產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)品全壽命的自動化、信息化和智能化管理所取代，從而為客戶創(chuàng)造更多的服務(wù)，為各利益相關(guān)方創(chuàng)造更大的價值。