數(shù)字化計(jì)量管控平臺(tái)在煉化企業(yè)的建設(shè)與應(yīng)用

劉勝軍

中國石油化工股份有限公司天津分公司（天津 300270）

0 引言

當(dāng)今世界，互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，推動(dòng)了制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展進(jìn)程。十三五期間，中國石化聚焦打造“智能工廠”核心，突出信息化建設(shè)的集中集成和深化應(yīng)用，初步建成智能工廠應(yīng)用框架，具備感知、預(yù)測(cè)、優(yōu)化、協(xié)同的信息化能力，以信息化增強(qiáng)業(yè)務(wù)管理實(shí)效性，實(shí)現(xiàn)一體化運(yùn)營。十四五期間聚焦打造“數(shù)字化工業(yè)生態(tài)”平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型為目標(biāo)，利用“云、大、物、移、智、鏈”等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建完善的智能化綜合管控平臺(tái)[1]。

煉化企業(yè)計(jì)量管理作為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中重要環(huán)節(jié)，涉及計(jì)量器具選型配備、原料/油進(jìn)廠、生產(chǎn)加工、節(jié)能降耗、產(chǎn)品出廠等各項(xiàng)內(nèi)容，計(jì)量數(shù)據(jù)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性直接關(guān)系企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，起到“導(dǎo)航儀”“風(fēng)向標(biāo)”作用。為實(shí)現(xiàn)計(jì)量業(yè)務(wù)的高效管理，各煉化企業(yè)充分應(yīng)用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，建立了計(jì)量管控平臺(tái)[2]，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量器具、檢定/校準(zhǔn)、人員、數(shù)據(jù)等全面管理，并結(jié)合智能工廠建設(shè)，創(chuàng)新管理模式，推動(dòng)計(jì)量儀表、衡器智能化構(gòu)建，有效提升了計(jì)量管控水平。

1 煉化企業(yè)計(jì)量管控平臺(tái)總體架構(gòu)

十三五期間，中國石化按照“集中集成，科學(xué)管理，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，協(xié)同智能”的方針，著力推進(jìn)信息基礎(chǔ)、生產(chǎn)運(yùn)營、經(jīng)營管理等三大平臺(tái)建設(shè)和深化應(yīng)用，創(chuàng)建數(shù)據(jù)資源中心（ODS 企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫），開展數(shù)據(jù)價(jià)值分析挖掘，打造全面數(shù)字智能工廠[3]。中國石化計(jì)量主管部門十分重視信息化與工業(yè)化的融合，統(tǒng)籌建設(shè)了計(jì)量管控平臺(tái)，并頒布下發(fā)《中國石油化工集團(tuán)公司煉化企業(yè)計(jì)量管理信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，進(jìn)一步規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

天津石化計(jì)量管控平臺(tái)架構(gòu)遵循總體架構(gòu)（圖1），并充分融合整體信息平臺(tái)，同時(shí)應(yīng)滿足計(jì)量專業(yè)化、智能化管控發(fā)展目標(biāo)，按照“1+N”架構(gòu)開展企業(yè)計(jì)量管控平臺(tái)建設(shè)?！?”即管理層計(jì)量綜合管控平臺(tái)，“N”即現(xiàn)場(chǎng)層計(jì)量儀表數(shù)采系統(tǒng)、儀表健康診斷系統(tǒng)、智能過衡系統(tǒng)、定量裝車系統(tǒng)、檢定系統(tǒng)等。在信息基礎(chǔ)平臺(tái)中重點(diǎn)應(yīng)用先進(jìn)傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化基礎(chǔ)信息采集，不斷加強(qiáng)計(jì)量儀表、衡器、定量裝車、檢定/校準(zhǔn)等各專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能化技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用，降低用工成本，提高自動(dòng)化水平。在網(wǎng)絡(luò)層有線網(wǎng)絡(luò)采集傳輸?shù)幕A(chǔ)上，充分應(yīng)用無線傳感網(wǎng)絡(luò)、5G、工業(yè)云等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定傳輸。打破數(shù)據(jù)共享壁壘，通過ODS或計(jì)量數(shù)據(jù)倉庫，為數(shù)據(jù)綜合管控提供依據(jù)。充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)和智能化技術(shù)提高計(jì)量數(shù)據(jù)挖掘和分析能力，實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)資產(chǎn)”價(jià)值。在生產(chǎn)經(jīng)營管理層，在現(xiàn)有計(jì)量管理信息系統(tǒng)中融合測(cè)量管理體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)資源、計(jì)量確認(rèn)、測(cè)量過程、分析和改進(jìn)等全過程綜合管控。

圖1 數(shù)字化計(jì)量管控平臺(tái)架構(gòu)

2 計(jì)量儀表數(shù)字化采集及智能化管控

2.1 計(jì)量儀表數(shù)字化采集

目前大部分計(jì)量儀表都具備RS485 通訊接口，RS485總線技術(shù)因具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、速度快等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊。目前天津石化具有貿(mào)易交接及部際互供各種能源物料計(jì)量儀表376條回路，介質(zhì)涵蓋原油、天然氣、成品油、水、電、汽、風(fēng)等40 種[4]。各種計(jì)量儀表都通過應(yīng)用RS485 總線技術(shù)借助有線或4G 無線通訊方式實(shí)現(xiàn)計(jì)量儀表數(shù)字化采集監(jiān)控系統(tǒng)（圖2）。

圖2 計(jì)量儀表數(shù)字化采集結(jié)構(gòu)圖

應(yīng)用4G 技術(shù)建立標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)量儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離儀表的快速接入采集?，F(xiàn)場(chǎng)端設(shè)置遠(yuǎn)傳數(shù)采箱，配置支持VPDN（Virtual Private Dial Network 虛擬專有撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)）的4G 通訊DTU 模塊，上位設(shè)置服務(wù)器及采集軟件，實(shí)現(xiàn)采集與監(jiān)控，并與有線采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接，形成有線+無線互補(bǔ)的采集模式。

2.2 計(jì)量儀表智能化管控

1）計(jì)量儀表健康監(jiān)測(cè)智能化。目前部分計(jì)量儀表本身已具備智能化健康監(jiān)測(cè)功能，可以實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)、驅(qū)動(dòng)增益、流速、聲速、信噪比等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)自診斷（圖3）。但大部分企業(yè)仍采用手操器現(xiàn)場(chǎng)逐臺(tái)開展核查的模式。為此建設(shè)計(jì)量儀表智能診斷系統(tǒng)，借助工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，采集每臺(tái)表200余個(gè)關(guān)鍵參數(shù)與報(bào)警信息，設(shè)置數(shù)據(jù)診斷監(jiān)測(cè)模型[5]，實(shí)現(xiàn)將原來線下人工定期核查模式改為實(shí)時(shí)智能化健康體檢。在準(zhǔn)確率出現(xiàn)偏差時(shí)，通過顏色標(biāo)記、信息提醒等手段及時(shí)反饋給相關(guān)人員。

圖3 計(jì)量儀表智能化診斷功能圖

2）計(jì)量儀表運(yùn)維管控。對(duì)計(jì)量儀表的運(yùn)行全生命周期在線維護(hù)和管理，并對(duì)計(jì)量儀表的選型、安裝、巡檢、檢修、報(bào)警、遠(yuǎn)程協(xié)助等內(nèi)容進(jìn)行管理，自動(dòng)生成月度運(yùn)維分析報(bào)告。包括儀表設(shè)計(jì)選型資料、儀表報(bào)警、作業(yè)票管理、巡檢管理、保養(yǎng)校驗(yàn)計(jì)劃管理、檢修記錄管理、儀表技術(shù)攻關(guān)管理、運(yùn)維單位技術(shù)支持、運(yùn)維單位人員管理等。

3）計(jì)量儀表的集中管控。對(duì)全廠所有計(jì)量儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)集中管控，并體現(xiàn)物料進(jìn)出廠計(jì)量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，自動(dòng)生成月度計(jì)量數(shù)據(jù)分析報(bào)告。實(shí)現(xiàn)計(jì)量儀表數(shù)據(jù)從銷售環(huán)節(jié)到財(cái)務(wù)結(jié)算環(huán)節(jié)全流程監(jiān)控，并驗(yàn)證一致性，以保證計(jì)量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)確實(shí)時(shí)財(cái)務(wù)結(jié)算提供可靠數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)控制外購原料進(jìn)廠損耗，并在計(jì)量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)平衡異常時(shí)，實(shí)現(xiàn)異常信息報(bào)警，提醒相關(guān)人員結(jié)算、管理中重點(diǎn)關(guān)注。

3 衡器智能化管控

3.1 公路發(fā)運(yùn)

對(duì)所有收發(fā)貨車輛進(jìn)行全過程管理。針對(duì)公路運(yùn)輸，取消原IC 卡、二維碼改用司機(jī)身份證作為現(xiàn)場(chǎng)提貨憑證。司機(jī)持身份證辦理入廠檢查、車輛排隊(duì)叫號(hào)、過磅裝車、出廠檢查。出廠后系統(tǒng)自動(dòng)生成電子計(jì)量單，系統(tǒng)自動(dòng)獲取產(chǎn)品質(zhì)檢報(bào)告并支持預(yù)約單附加質(zhì)檢報(bào)告功能。

3.2 計(jì)量裝卸車

以二代身份證為電子憑證，實(shí)現(xiàn)提送貨業(yè)務(wù)流程和憑證的電子化管理。通過與地磅、定量裝車等系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出廠和裝卸過程憑證流和數(shù)據(jù)流的自動(dòng)化。

3.3 衡器智能化計(jì)量

每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)衡器計(jì)量點(diǎn)通過車牌識(shí)別、視頻監(jiān)控、紅外監(jiān)控、語音指揮、車輛通行控制、通訊和數(shù)據(jù)管理等實(shí)現(xiàn)磅房的無人值守統(tǒng)一管理。通過裝車和卸車不同的流程控制管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的提貨出廠、原材料進(jìn)廠、特殊出廠（包括廢催化劑、灰渣、廢液等）及其他輔助材料進(jìn)廠的衡器無人值守智能化計(jì)量[6]。同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控衡器設(shè)備主要計(jì)量參數(shù)，零點(diǎn)和輸出狀況，統(tǒng)計(jì)顯示各汽車衡過載、欠載情況、傳感器運(yùn)行狀態(tài)，確保衡器運(yùn)行正常。

4 計(jì)量器具全生命周期管控

為實(shí)現(xiàn)計(jì)量器具選型、配備管理、安裝及驗(yàn)收管理、臺(tái)帳管理、檢定/校準(zhǔn)計(jì)劃管理、檢定/校準(zhǔn)管理、變更管理，在計(jì)量管控平臺(tái)中建立了計(jì)量器具管理相應(yīng)模塊，實(shí)現(xiàn)計(jì)量器具全生命周期管理（圖4）。

圖4 器具及檢定全過程管控

在開展現(xiàn)場(chǎng)檢定時(shí)，通過優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量器具檢定原始記錄生成模式，單獨(dú)設(shè)立可以離線操作的客戶機(jī)。檢定人員攜帶該機(jī)器進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，直接錄入檢定原始記錄。在回到實(shí)驗(yàn)室后，該機(jī)器聯(lián)網(wǎng)可以自動(dòng)將原始記錄上傳至服務(wù)器中，自動(dòng)生成電子版檢定/校準(zhǔn)證書。這種模式極大地提高了檢定效率，降低人工錄入錯(cuò)誤率[7]。同時(shí)在大修期間，通過優(yōu)化系統(tǒng)操作流程，取消系統(tǒng)逐級(jí)審批環(huán)節(jié)以及紙質(zhì)版證書打印，實(shí)行電子證書隨時(shí)在線查閱。通過深化應(yīng)用，極大提高了器具檢定效率降低了證書打印紙張及耗材費(fèi)用。

5 計(jì)量數(shù)據(jù)智能管控

計(jì)量數(shù)據(jù)智能管控包含原（油）料進(jìn)廠數(shù)據(jù)管理與分析、產(chǎn)品出廠數(shù)據(jù)管理分析、部際互供數(shù)據(jù)管理、能源數(shù)據(jù)管理、環(huán)保數(shù)據(jù)管理、質(zhì)量數(shù)據(jù)管理、定量包裝管理等。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)從原料進(jìn)廠到產(chǎn)品出廠全過程的計(jì)量數(shù)據(jù)和計(jì)量儀表狀態(tài)[8]，及時(shí)準(zhǔn)確地跟蹤物流，發(fā)現(xiàn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的損耗以及儀表問題，支撐企業(yè)生產(chǎn)管理和經(jīng)營決策。

5.1 數(shù)據(jù)分析比對(duì)，異常信息報(bào)警

多角度建立數(shù)據(jù)比對(duì)分析模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常報(bào)警。包括：介質(zhì)密度變化；流量計(jì)關(guān)鍵組態(tài)參數(shù)變化；相關(guān)工藝參數(shù)變化；車輛、船舶信息變化等。實(shí)現(xiàn)衡器與定量裝車數(shù)據(jù)全過程在線比對(duì)管理，超差報(bào)警聯(lián)動(dòng)等。實(shí)現(xiàn)汽車衡實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程診斷，包括傳感器運(yùn)行曲線等。

5.2 綜合分析與應(yīng)用

將進(jìn)廠數(shù)據(jù)、出廠數(shù)據(jù)、器具數(shù)據(jù)等進(jìn)行圖形化展示。集成ERP 系統(tǒng)、物料管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、衡器數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和統(tǒng)一管理，供計(jì)量管理信息系統(tǒng)應(yīng)用，并可為其他系統(tǒng)做數(shù)據(jù)支撐[9]。通過統(tǒng)計(jì)級(jí)計(jì)量大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用，挖掘計(jì)量數(shù)據(jù)各要素的深鏈接關(guān)系，針對(duì)智能計(jì)量的要求，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)貿(mào)易進(jìn)出廠、互供/關(guān)聯(lián)交易等計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，通過對(duì)數(shù)據(jù)不同維度比較，并深入展開分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)問題，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，為生產(chǎn)經(jīng)營、壓縮成本、節(jié)能降耗起到實(shí)時(shí)有效的作用[10]。實(shí)現(xiàn)與LIMS系統(tǒng)無縫集成。手機(jī)APP數(shù)據(jù)跟蹤查詢。

5.3 計(jì)量糾紛管理

記錄計(jì)量貿(mào)易糾紛的爭(zhēng)議事項(xiàng)，分析糾紛原因，記錄處理結(jié)果。通過計(jì)量糾紛的事件記錄，分析和處理，形成案例庫，防止類似事件的發(fā)生，保證計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和公正性（圖5）。

圖5 計(jì)量數(shù)據(jù)全面管理流程圖

6 應(yīng)用效果

天津石化數(shù)字化計(jì)量管控平臺(tái)的建設(shè)，進(jìn)一步提高了企業(yè)計(jì)量數(shù)字化智能化管理水平。通過不斷開展深化應(yīng)用，在確保計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，避免經(jīng)濟(jì)效益損失，機(jī)器代人、把關(guān)創(chuàng)效等方面成效顯著。

6.1 計(jì)量把關(guān)成效

通過開展計(jì)量儀表及衡器全面數(shù)字化采集，智能化診斷監(jiān)測(cè)，及時(shí)排除生產(chǎn)經(jīng)營過程中計(jì)量問題，避免了計(jì)量交接損失。2020年及時(shí)發(fā)現(xiàn)柴油表零漂問題，找補(bǔ)回柴油356.867 t。發(fā)現(xiàn)位號(hào)941 新鮮水比對(duì)超差，找補(bǔ)回新鮮水10 356 t。發(fā)現(xiàn)石腦油汽化問題，找補(bǔ)回石腦油1 445.590 t。共檢出原油含水9 559.044 t。避免直接經(jīng)濟(jì)效益損失800 余萬元。原油含水檢出率82.854%，進(jìn)廠天然氣比對(duì)差率0.73%，管輸柴油-0.025%，機(jī)場(chǎng)航煤比對(duì)差率-0.15%，新鮮水檢測(cè)率97.5%；0.6 MPa氮?dú)?3.2%；氧氣97.8%。實(shí)現(xiàn)了在2019年基礎(chǔ)上比對(duì)差率再降低10%的目標(biāo)。

6.2 智能化水平不斷提升

隨著公司規(guī)模的不斷擴(kuò)大，衡器運(yùn)量逐年增加，2020年進(jìn)出廠10.87 萬車次，運(yùn)量423.18 萬t，同時(shí)衡器計(jì)量人員數(shù)量逐年減少。通過開展衡器集中與智能化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中操作，減員增效目標(biāo)。衡器操作人員由原來的41 人減至17 人。單車過衡時(shí)間由原來的3 min縮減至1 min。推進(jìn)了機(jī)器代人進(jìn)程。

6.3 計(jì)量檢定創(chuàng)收

通過開展計(jì)量器具及檢定全面數(shù)字化管控建設(shè)，規(guī)范了器具管理流程，提升檢定自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)記錄與計(jì)算同時(shí)完成，檢定結(jié)論得出時(shí)間減少到原來?3，檢定效率提高了近5 倍，通過“一鍵導(dǎo)入”功能實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)上傳和證書打印。2020年，全年共完成21 167 臺(tái)器具檢定，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收510.30萬元。

7 結(jié)束語

通過各系統(tǒng)不斷完善提升，深化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量儀表、衡器全面數(shù)字化采集與智能化診斷監(jiān)測(cè)，提高了自動(dòng)化水平，推進(jìn)了機(jī)器代人進(jìn)程，解決了減員給企業(yè)發(fā)展帶來的壓力問題。同時(shí)結(jié)合大數(shù)據(jù)建模，實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)智能化管控，有效避免了計(jì)量交接損失。數(shù)字化計(jì)量符合中國石化十四五期間聚焦打造“數(shù)字化工業(yè)生態(tài)”平臺(tái)目標(biāo)要求，后期將繼續(xù)大力推進(jìn)計(jì)量專業(yè)智慧感知、智能管控、大數(shù)據(jù)分析等建設(shè)應(yīng)用，進(jìn)一步提升數(shù)字化智能化管控水平。