陳鑫
(中國(guó)石化青島煉化油化工有限責(zé)任公司,山東 青島 266500)
2001年,美國(guó)Gartner公司的一份研究報(bào)告首次出現(xiàn)“大數(shù)據(jù)”概念的提法[1]。進(jìn)入2012年,“大數(shù)據(jù)”一詞越來(lái)越多地被提及,人們用它來(lái)描述和定義信息時(shí)代產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù),并命名與之相關(guān)的技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新。“大數(shù)據(jù)為新財(cái)富,價(jià)值堪比石油”[2],越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始意識(shí)到數(shù)據(jù)正在成為最重要的資產(chǎn)之一,數(shù)據(jù)分析能力也成為企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。因此,推進(jìn)企業(yè)信息化與工業(yè)化的融合,加大數(shù)字化管理是信息化帶動(dòng)工業(yè)化,工業(yè)化受益于信息化,信息化服務(wù)于專(zhuān)業(yè)化的發(fā)展道路。通過(guò)數(shù)字化技術(shù)與管理理念相結(jié)合,促進(jìn)勞動(dòng)組織架構(gòu)轉(zhuǎn)變、生產(chǎn)組織方式轉(zhuǎn)變、及生產(chǎn)運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變,提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈管理水平,促進(jìn)信息化與工業(yè)化的融合。
根據(jù)原國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局文件《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》(總局令第40號(hào))中規(guī)定:“危化品生產(chǎn)企業(yè)必須建立有效的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系,充分滿(mǎn)足全方位數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、報(bào)警、存儲(chǔ)、分析和緊急狀況下的聯(lián)動(dòng)等管理要素”[3]。石化企業(yè)工藝操作人員24 h利用DCS監(jiān)測(cè)各項(xiàng)工藝參數(shù)并控制在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi);現(xiàn)場(chǎng)操作人員則需要日常監(jiān)督、指導(dǎo)和平衡生產(chǎn)工藝過(guò)程,依據(jù)工廠(chǎng)的操作數(shù)據(jù),及早發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的安全隱患,決策設(shè)備維護(hù)維修時(shí)機(jī);生產(chǎn)技術(shù)管理部門(mén)則負(fù)責(zé)監(jiān)督工廠(chǎng)安全、質(zhì)量、效益設(shè)定的工藝指標(biāo)是否被有效執(zhí)行;設(shè)備維修維護(hù)部門(mén)需要保證各類(lèi)設(shè)備的可靠安全穩(wěn)定運(yùn)行,相應(yīng)制訂設(shè)備全生命周期的維修維護(hù)策略,而這些工作同樣離不開(kāi)工廠(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)。例如: 某企業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)行期間,DCS每天產(chǎn)生過(guò)程歸檔數(shù)據(jù)約4.7×108個(gè),現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備狀態(tài)信息約2.62×104種,各項(xiàng)自診斷信息約9.43×104種,統(tǒng)計(jì)2021年3月期間產(chǎn)生各類(lèi)報(bào)警信息約1.5×105條,工藝操作記錄約2.4×105條,這些數(shù)據(jù)都是工廠(chǎng)工藝管理、設(shè)備管理和安全管理的信息基礎(chǔ),這些信息的時(shí)間跨度可能數(shù)天、數(shù)月、或數(shù)年,又分布在不同控制系統(tǒng)和不同的生產(chǎn)裝置中,使工廠(chǎng)技術(shù)管理人員在橫向分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)耗時(shí)耗力,很難也無(wú)法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì),因此錯(cuò)過(guò)很多發(fā)現(xiàn)隱患和解決問(wèn)題的時(shí)機(jī)[4]。
同時(shí),現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表、閥門(mén)、DCS設(shè)備、SIS設(shè)備、CCS設(shè)備、PLC設(shè)備等數(shù)量眾多,又沒(méi)有有效的手段進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,造成目前被動(dòng)的維護(hù)模式。日常維護(hù)通常依靠一線(xiàn)操作工發(fā)現(xiàn)儀表設(shè)備可能出現(xiàn)的問(wèn)題,報(bào)告儀表人員進(jìn)行確認(rèn)和維修,這種模式時(shí)間滯后,一旦出現(xiàn)設(shè)備損壞就已經(jīng)影響了生產(chǎn)。儀表工程師無(wú)法掌握每套裝置中各個(gè)儀表、閥門(mén)的實(shí)時(shí)狀態(tài),造成儀表人員對(duì)智能設(shè)備狀態(tài)的把控性不強(qiáng),不能主動(dòng)進(jìn)行維護(hù)。企業(yè)在預(yù)防性維修工作中,迫切需求對(duì)儀表設(shè)備從進(jìn)廠(chǎng)、安裝、運(yùn)行、狀態(tài)、維修、下線(xiàn)、報(bào)廢的整個(gè)生命周期進(jìn)行管理和掌控。
目前,大部分石化企業(yè)通常采用OPC加實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的方式,將原始數(shù)據(jù)采集到專(zhuān)門(mén)的工廠(chǎng)管理平臺(tái)上展示,為避免數(shù)據(jù)量過(guò)大、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本高、檢查效率低等問(wèn)題,通常設(shè)置數(shù)據(jù)采集周期最快5 min/次,在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)設(shè)定上、下限工藝報(bào)警值提示現(xiàn)場(chǎng)操作情況,負(fù)責(zé)生產(chǎn)技術(shù)監(jiān)督的主管們得到的信息往往都是被加工過(guò)的或者是離散化的,如果現(xiàn)場(chǎng)工藝發(fā)生變更,數(shù)據(jù)不可能及時(shí)得到更新,無(wú)法真實(shí)同步反映工廠(chǎng)各個(gè)裝置的實(shí)際情況。
“大數(shù)據(jù)”是指不用隨機(jī)分析方法(抽樣調(diào)查)的捷徑,而采用所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,“大數(shù)據(jù)”需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力[5]。
儀控設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)是近年提出的新一代現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備管理模式,基于HART協(xié)議實(shí)時(shí)采集儀控智能設(shè)備狀態(tài)信息和技術(shù)參數(shù),建設(shè)一個(gè)符合目前儀表設(shè)備管理要求,及未來(lái)儀表設(shè)備管理發(fā)展方向,集成化、開(kāi)放式儀表設(shè)備預(yù)知維修及狀態(tài)監(jiān)控手段,提高儀控設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)水平,達(dá)到“管設(shè)備要管設(shè)備運(yùn)行”的要求,提高設(shè)備預(yù)防性維護(hù)能力。該企業(yè)建立的基于儀控設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的智能監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)應(yīng)用OPC接口,將DCS過(guò)程數(shù)據(jù)以及產(chǎn)生的所有消息和事件進(jìn)行抓取、存取并統(tǒng)計(jì)分析,找到運(yùn)行過(guò)程中不正常的儀表設(shè)備;通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析工藝報(bào)警、工藝操作等數(shù)據(jù),找到生產(chǎn)操作過(guò)程中不正?;蛘卟僮鞑涣鲿车墓に囘^(guò)程,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的本質(zhì)安全;通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析監(jiān)控生產(chǎn)裝置的自動(dòng)控制情況,生產(chǎn)平穩(wěn)情況,為工廠(chǎng)“安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)”運(yùn)行提供可靠保證。
該智能監(jiān)控平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)儀表設(shè)備、控制系統(tǒng)DCS,SIS,CCS狀態(tài)報(bào)警、機(jī)柜間溫度濕度、電源模塊、固定式可燃有毒氣體報(bào)警、儀表伴熱、紅外測(cè)溫檢測(cè)、接地連接電阻、儀表風(fēng)露點(diǎn)檢測(cè)、質(zhì)量流量計(jì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)等狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、集中分析和管理。實(shí)時(shí)了解儀表設(shè)備故障信息,通過(guò)設(shè)備自診斷預(yù)警、系統(tǒng)診斷預(yù)警,設(shè)備分類(lèi)、分級(jí)判斷故障的程度等多維度、綜合評(píng)判工廠(chǎng)及裝置的整體運(yùn)行情況。通過(guò)該平臺(tái)動(dòng)態(tài)界面、歷史趨勢(shì)查詢(xún)、設(shè)備操作記錄、檢測(cè)報(bào)告生成、短信或APP推送等形式向用戶(hù)傳遞有效信息,促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)設(shè)備大數(shù)據(jù)應(yīng)用于管理。
圖1 采集網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意
3.2.1對(duì)工藝運(yùn)行中報(bào)警的管理
2021年3月,該企業(yè)22套裝置加公用工程及儲(chǔ)運(yùn)配套設(shè)施月產(chǎn)生報(bào)警信息約1.5×105條,一直存儲(chǔ)于DCS中,缺乏綜合性分析。經(jīng)過(guò)該智能監(jiān)控平臺(tái)對(duì)報(bào)警信息的抓取并分類(lèi)、分級(jí)后,形成重復(fù)報(bào)警、超時(shí)報(bào)警、高頻報(bào)警等統(tǒng)計(jì)報(bào)告,由生產(chǎn)技術(shù)人員牽頭,聯(lián)合設(shè)備技術(shù)人員,對(duì)這些報(bào)警信息進(jìn)一步分析,查找報(bào)警原因,尤其對(duì)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法恢復(fù)和反復(fù)操作仍然無(wú)法消除的報(bào)警進(jìn)行分析,找到工藝操作的缺陷。以高頻報(bào)警為例,3月份全廠(chǎng)共有91個(gè)位號(hào)報(bào)警次數(shù)超過(guò)100次,其中苯乙烯裝置1個(gè)儀表位號(hào)月報(bào)警數(shù)達(dá)到了1.22×104次,另有SZorb和聚丙烯裝置有4個(gè)儀表位號(hào)報(bào)警數(shù)超過(guò)了2.0×103次。5月份,全廠(chǎng)報(bào)警次數(shù)超過(guò)100次的儀表位號(hào)降至52個(gè)。借助于該平臺(tái),工藝管理人員可以將最直觀的信息數(shù)據(jù)應(yīng)用于日常報(bào)警管理中,提升工藝管理水平。
3.2.2對(duì)工藝報(bào)警屏蔽的監(jiān)控
在DCS中,操作人員有屏蔽報(bào)警的操作權(quán)限,主要是為避免儀表、設(shè)備檢修期間,出現(xiàn)大量無(wú)效報(bào)警湮滅正常工藝報(bào)警而設(shè)置,但工藝報(bào)警屏蔽的管理因定位困難一直是一個(gè)弱點(diǎn)。該智能監(jiān)控平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警屏蔽操作信息的抓取統(tǒng)計(jì),展示DCS中的報(bào)警屏蔽信息,包括位號(hào)、報(bào)警屏蔽時(shí)間等,為工藝管理人員對(duì)工藝報(bào)警屏蔽工作提供了關(guān)鍵的信息。
3.2.3對(duì)裝置高頻操作歸類(lèi)分析
根據(jù)正常操作分析,裝置在自控率水平較高的情況下,裝置日常操作類(lèi)型應(yīng)該以修改設(shè)定值為主,少量存在切換手/自動(dòng)狀態(tài)和修改閥位值,真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的回路修改閥門(mén)高低限位的操作應(yīng)該是極少情況下才出現(xiàn)。通過(guò)智能監(jiān)控平臺(tái)的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)問(wèn)題遠(yuǎn)非如此。以常解壓裝置為例,閥門(mén)高頻操作及操作類(lèi)型統(tǒng)計(jì)如圖2所示。
圖2 閥門(mén)高頻操作及操作類(lèi)型統(tǒng)計(jì)示意
現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行確認(rèn)后,發(fā)現(xiàn)閥門(mén)高頻操作中修改閥門(mén)高限和低限以及修改輸出值占比非常大,加起來(lái)達(dá)到68%,而且發(fā)現(xiàn)很多回路的閥門(mén)輸出高限等于低限,通過(guò)強(qiáng)限位卡閥的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,這種情況屬于假自動(dòng)。因此可以有針對(duì)性地制訂整改措施:
1)安排專(zhuān)門(mén)自控優(yōu)化人員檢查裝置控制回路情況,尤其是強(qiáng)限位卡閥的回路。
(2)采取McCormack量表評(píng)分[3]評(píng)價(jià)患者的癥狀,主要包括腹部壓痛或是反跳痛,子宮壓痛、宮頸舉擺痛、附件區(qū)壓痛。各項(xiàng)0~3分,1分:有疼痛主訴,不過(guò)患者無(wú)肌緊張、面部表情變化;2分:疼痛多伴有肌緊張或者面部表情變化;3分:患者疼痛,十分痛苦。
2)根據(jù)排查出的情況對(duì)回路PID參數(shù)、儀表閥門(mén)問(wèn)題進(jìn)行處理。
3)加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn),改變使用強(qiáng)限位卡閥操作的不良習(xí)慣。
3.2.4總覽全廠(chǎng)控制系統(tǒng)及設(shè)備異常情況
該監(jiān)控平臺(tái)可動(dòng)態(tài)展示控制器、交換機(jī)、卡件、I/O通道位置、分布與現(xiàn)場(chǎng)完全一樣,當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí),直接通過(guò)圖示即可鎖定問(wèn)題所在,任何一個(gè)單元出現(xiàn)異常,都會(huì)在相應(yīng)單元上紅燈閃爍。定義控制器、交換機(jī)故障為高級(jí)別預(yù)警,顯示“紅色”,卡件、I/O通道故障顯示“黃色”,正常顯示藍(lán)色。傳統(tǒng)方法依靠系統(tǒng)維護(hù)人員日常人員巡檢,現(xiàn)場(chǎng)逐一檢查設(shè)備與系統(tǒng)故障工作量巨大,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不及時(shí),不能迅速解除安全隱患,通過(guò)儀控設(shè)備監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)智能巡檢,提高工廠(chǎng)過(guò)程大數(shù)據(jù)應(yīng)用率,使得信息化手段服務(wù)于工廠(chǎng)管理。
該企業(yè)應(yīng)用智能監(jiān)控平臺(tái)對(duì)企業(yè)實(shí)施管理后,效果如下:
1)提高全廠(chǎng)工藝管理水平。該廠(chǎng)2月份全廠(chǎng)紅色報(bào)警和黃色報(bào)警共產(chǎn)生約1.8×105條,日均產(chǎn)生6.6×103條。通過(guò)該平臺(tái)的應(yīng)用,4月份報(bào)警數(shù)據(jù)大幅降低,全廠(chǎng)日平均報(bào)警數(shù)降為2.4×103條,減少約60%,至8月份全廠(chǎng)日平均報(bào)警數(shù)只有672條,減少了總量的90%,管理效果顯著。
2)多維度數(shù)據(jù)評(píng)估提高工作質(zhì)量。根據(jù)《石油化工設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程》,可燃有毒氣體報(bào)警器的日常完好管理要求是企業(yè)每月自檢1次零點(diǎn),每個(gè)季度自檢1次量程,每年由當(dāng)?shù)刭|(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門(mén)授權(quán)的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍強(qiáng)制檢定1次。該工作是防止可燃有毒氣體報(bào)警器失效或測(cè)量誤差偏大的一個(gè)有效手段。該企業(yè)有可燃?xì)怏w報(bào)警器1 614臺(tái),有毒氣體報(bào)警器524臺(tái)。為了獲得穩(wěn)定的數(shù)值,按照檢修規(guī)程通標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)間不小于120 s,由于報(bào)警器數(shù)量多檢查耗時(shí)長(zhǎng),檢定或檢查人員難免有疏忽或偷工減料的情況,如何保證檢定或檢查質(zhì)量對(duì)業(yè)務(wù)管理部門(mén)是一個(gè)難題。應(yīng)用該平臺(tái)統(tǒng)計(jì)在可燃有毒氣體報(bào)警系統(tǒng)(GDS)中產(chǎn)生的報(bào)警來(lái)檢查維護(hù)單位的工作質(zhì)量是高效方法。以?xún)?chǔ)運(yùn)區(qū)域GDS報(bào)警記錄為例,報(bào)警器有335臺(tái),發(fā)現(xiàn)校驗(yàn)過(guò)程滿(mǎn)足規(guī)范要求并報(bào)警合格的有261臺(tái),沒(méi)有按照檢定要求通標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)間不到位的有43臺(tái),同時(shí)意料之外的發(fā)現(xiàn)在控制系統(tǒng)中組態(tài)不正確的有12臺(tái),報(bào)警器實(shí)際已經(jīng)取消但仍然在GDS中有組態(tài)的2臺(tái)。這些問(wèn)題都被“大數(shù)據(jù)”統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)并有效得到整改。
3)提高專(zhuān)業(yè)管理深度。各個(gè)企業(yè)非常重視對(duì)工藝卡片的管理,工藝卡片是一個(gè)企業(yè)運(yùn)行裝置的技術(shù)管理、生產(chǎn)操作和安全運(yùn)行過(guò)程的保證和約束,是對(duì)裝置、設(shè)備、設(shè)施運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行操作、調(diào)整的重要依據(jù)。該公司工藝卡片實(shí)行分級(jí)管理,對(duì)關(guān)鍵性操作參數(shù)或?qū)Π踩\(yùn)行、質(zhì)量控制有重要影響的操作參數(shù),列入公司級(jí)控制指標(biāo),但在生產(chǎn)運(yùn)行周期內(nèi),由于種種原因很多設(shè)定值往往會(huì)被各種因素修改。按照制度要求每個(gè)季度都要對(duì)工藝參數(shù)的報(bào)警設(shè)定值檢查,檢查是否在工藝卡片范圍內(nèi),應(yīng)用該平臺(tái)后,使該工作變得非常簡(jiǎn)單準(zhǔn)確,并能發(fā)現(xiàn)諸多問(wèn)題。通過(guò)對(duì)操作記錄信息的抓取分析,可以將發(fā)生在DCS上所有修改報(bào)警值記錄清晰地展示出來(lái),可以很清晰地看到修改位號(hào)、修改時(shí)間、修改前后的數(shù)值等數(shù)據(jù),也可導(dǎo)出到Excel表格,查看統(tǒng)計(jì)更加清晰。
4)及時(shí)發(fā)現(xiàn)工藝變更的衍生問(wèn)題。通過(guò)該平臺(tái)查看報(bào)警記錄,發(fā)現(xiàn)是二級(jí)除鹽水泵出口pH測(cè)量(位號(hào)1170/AI-20301)在反復(fù)報(bào)警,屬于異常情況。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn),該儀表測(cè)量介質(zhì)已發(fā)生工藝變更,由原常溫二級(jí)除鹽水變更為經(jīng)過(guò)換熱后的二級(jí)除鹽水,水溫度較高,介質(zhì)溫度超過(guò)了儀表使用要求,在儀表進(jìn)樣處增加盤(pán)管散熱降溫后投用正常。通過(guò)該異常報(bào)警數(shù)據(jù)分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決了工藝流程變更引發(fā)的儀表設(shè)備測(cè)量問(wèn)題。
5)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱性故障。采用該平臺(tái)導(dǎo)出的7月高頻黑色報(bào)警數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),見(jiàn)表1所列。其中硫磺裝置的三個(gè)通道發(fā)生故障報(bào)警均達(dá)萬(wàn)次以上,屬異常現(xiàn)象,經(jīng)查找該3個(gè)通道組態(tài)信息為儀表1109-FV-30601,是其開(kāi)指令通道斷線(xiàn)報(bào)警,經(jīng)過(guò)檢查現(xiàn)場(chǎng)定位器正常,測(cè)量信號(hào)線(xiàn)正常,最終發(fā)現(xiàn)是DCS卡件通道異常,更換AO卡件后,該報(bào)警消失。
表1 2021年7月高頻黑色報(bào)警統(tǒng)計(jì)
表1所述報(bào)警不同于工藝信號(hào)設(shè)定值的紅色和黃色報(bào)警,是DCS控制系統(tǒng)內(nèi)部監(jiān)測(cè)發(fā)出的提示設(shè)備異?;蛘吖收蠄?bào)警,工藝操作人員往往會(huì)忽略,如果沒(méi)有大數(shù)據(jù)平臺(tái)統(tǒng)計(jì),該類(lèi)故障很難被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。
通過(guò)大數(shù)據(jù)分析,工藝管理人員深入透析每日工藝過(guò)程變量預(yù)警、報(bào)警信息,可以科學(xué)地監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程;設(shè)備維護(hù)人員及時(shí)利用每日設(shè)備故障報(bào)警信息提示,對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀況做到了然于心;通過(guò)跨裝置、跨區(qū)域、跨時(shí)間同類(lèi)異類(lèi)信息的比對(duì)和統(tǒng)計(jì),盡早發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控體系中發(fā)生的數(shù)據(jù)的質(zhì)量狀況,消除生產(chǎn)過(guò)程中的“低、老、壞”情況,大幅提升了生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控體系中的工作效率,提高了質(zhì)量,節(jié)省了人力。利用控制系統(tǒng)的“大數(shù)據(jù)”來(lái)管理企業(yè)具有很多優(yōu)勢(shì),但本文對(duì)于數(shù)據(jù)的利用還僅僅是冰山一角,控制系統(tǒng)的“大數(shù)據(jù)”潛力仍然有待于進(jìn)一步發(fā)掘。