圖2 管控一體化方案

    3.1 自動化控制系統(tǒng)

    以過程控制系統(tǒng)(PCS)為代表的自動化控制系統(tǒng)，又稱為基礎自動化層。主要包括：分散控制系統(tǒng)/現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(DCS/FCS)、安全儀表系統(tǒng)(SLS)、火災及氣體監(jiān)測系統(tǒng)(FGS)、儲運自動化系統(tǒng)(MAS)、壓縮機組控制系統(tǒng)(CCS)、機組監(jiān)控系統(tǒng)(MMS)、設備包控制系統(tǒng)(PLC)、在線分析儀系統(tǒng)(PAS)、儀表設備管理系統(tǒng)(AMS)、操作員培訓仿真系統(tǒng)(OTS)、過程控制計算機系統(tǒng)(PCCS)(實施先進控制APC和實時優(yōu)化RTO等)等系統(tǒng)，其核心是DCS/FCS系統(tǒng)。

    自動化控制系統(tǒng)能實時監(jiān)控生產操作、原料及產品儲運、公用工程和產品質量等全過程，并且使生產操作安全、可靠、穩(wěn)定、長周期及滿負荷運行。

    3.1.1 過程控制系統(tǒng)

    PCS實現(xiàn)管控一體化，具有運行可靠、性能穩(wěn)定、界面友好、操作方便、技術先進、結構靈活、維護簡單和系統(tǒng)開放等特點。高標準、一體化的PCS是工廠實現(xiàn)安全、平穩(wěn)、高效、低耗的生產保證，也為企業(yè)實現(xiàn)經營管理信息化、增強市場應變能力打下良好的基礎。

    PCS的總體目標：

    (1)在健康、安全及環(huán)境保護方面有可靠保證；
    (2)高質量的過程測量、調節(jié)控制、先進控制和實時優(yōu)化集成，友好的人機接口；
    (3)使由儀表保護系統(tǒng)及控制系統(tǒng)故障引起的裝置非計劃停工減至最少；
    (4)控制系統(tǒng)和儀表設備供應商應盡量單一化，具有最好的操作培訓支持，達到最少的人員配置水平，和最少的備品備件；
    (5)全部設備維護信息系統(tǒng)集成。包括歷史分析、維護計劃、庫存控制及采購等等；
    (6)為企業(yè)的每個生產裝置、公用工程及輔助設施提供產品產量及質量、原料和公用工程消耗等報告；
    (7)為信息管理系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)庫平臺，實現(xiàn)物流、資金流和信息流三流合一，做到信息透明、資源共享。為生產和營銷決策提供可靠的依據(jù)，使產品能適應市場需求變化并獲得最大利潤。

    3.1.2 分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

    現(xiàn)場總線技術是20世紀80年代在國際自動化控制領域興起的一項突破性技術。它集網絡技術、通訊技術、計算機技術、智能化儀表技術和自動控制技術之大成，組成雙向、多節(jié)點、全數(shù)字的開放式通訊系統(tǒng)。FCS位于PCS網絡結構的底層，并直接與過程控制對象相連接。

    FCS是繼DCS之后的新一代控制系統(tǒng)，是過程控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，但其暫時還不會完全取代DCS。FCS具有下列特點：

    (1)具有開放性、互操作性和互用性；
    (2)具有現(xiàn)場設備智能化和功能自治化；
    (3)具有功能高度分散化；
    (4)有高準確性和高可靠性；
    (5)可節(jié)省安裝材料和減少調試工作量；
    (6)可節(jié)省維護費用，使系統(tǒng)生命周期成本降低。

    根據(jù)目前現(xiàn)場總線技術的發(fā)展趨勢和應用情況，該大型煉油乙烯一體化項目采用DCS和FCS混合方案。

    3.2 信息管理系統(tǒng)

    信息管理系統(tǒng)分為兩個層次，即生產運行管理層及生產經營管理層。

    3.2.1 信息化目標

    充分利用CIMS應用的已有成果和在CIMS建設中積累的技術、經驗，引進國際上成套的成熟軟件，實施信息管理系統(tǒng)。統(tǒng)一生產和管理過程的數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)從原料選擇、采購、進廠、計量、加工、調和到出廠的全過程管理。使生產裝置的穩(wěn)定運轉與優(yōu)化操作在有效的監(jiān)控下，為生產經營管理和生產優(yōu)化操作提供安全可靠的信息化支撐平臺，提高企業(yè)的綜合競爭能力。

    3.2.2 實施原則

    實施原則是：“總體規(guī)劃、高度集成、整體優(yōu)化、分步實施”。在實施過程中堅持統(tǒng)一規(guī)劃、集中管理、統(tǒng)一投資，實現(xiàn)代碼一致、數(shù)據(jù)一致、應用模型一致。

    3.2.3 生產運行管理層

    生產運行管理層在企業(yè)的整個信息系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，是企業(yè)生產運行操作信息和生產經營管理信息傳送的紐帶。生產運行管理層的核心是生產制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。MES包括：生產成本控制、生產計劃與調度、操作管理、油品儲運、油品調和與發(fā)運、物料平衡、能耗管理、計量管理、收率管理及實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(LIMS)等等。其核心是生產成本控制。目前可以提供石化行業(yè)MES整體解決方案的公司有AspenTech、Honeywell、RIS等。MES將生產自動化與經營活動結合起來，將經營目標轉化為生產操作目標，實現(xiàn)經營和生產自動化間的協(xié)調統(tǒng)一，真正使經營計劃周期形成“閉合回路”。

    MES強調整個生產過程的優(yōu)化和自適應能力，提高生產的靈活性。為此需要采集并統(tǒng)一生產過程中大量的實時數(shù)據(jù)和產品在生產過程中的信息，同時又與計劃層和控制層雙向通訊，接收必要的數(shù)據(jù)和指令，反饋處理的結果。

    MES主要實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的高度集成。MES以生產綜合指標為指導，利用信息化手段，分解生產計劃，執(zhí)行優(yōu)化的調度方案，對生產過程進行優(yōu)化操作控制。將生產過程控制層送上來的數(shù)據(jù)進行必要的處理，形成企業(yè)統(tǒng)一的生產數(shù)據(jù)平臺，為準確決策提供依據(jù)。同時，還承擔各區(qū)域的協(xié)調管理、企業(yè)的總調度管理和異常情況下對內對外的協(xié)調工作等。

    3.2.4 生產經營管理層

    生產經營管理層主要是解決經營管理與業(yè)務流程問題，集成了企業(yè)的關鍵信息和核心數(shù)據(jù)，其核心是企業(yè)資源計劃(ERP)。ERP主要包括：財務管理、供應鏈管理(SCM)、采購管理、銷售管理(含客戶關系管理(CRM))、 經營計劃管理、人力資源管理、績效考核管理、工廠維修管理、文檔管理、辦公自動化(以)及互聯(lián)電子商務(EC)平臺等，其核心是企業(yè)財務管理。

    ERP系統(tǒng)以成本控制為中心，實現(xiàn)物流、資金流和信息流三流合一，做到信息透明、資源共享。同時加強財務與營銷、人力資源、物資供應和資產管理的信息集成，充分合理利用各子系統(tǒng)信息，分析企業(yè)生產和管理上各個環(huán)節(jié)的成本因素。

    表4為國際排位前10位石化企業(yè)、中國石化及沙特阿美ERP實施情況。

 

表4 國際排名前10位石化企業(yè)、中國石化及沙特阿美ERP實施情況

 

4 全廠智能化實施策略

    2005年1月至4月，某大型煉油乙一體化烯項目業(yè)主與PMC分別與Honeywel(霍尼威爾)、Emerson(艾默生)、Yokogawa(橫河)等幾家儀表自動化供應商就該項目的儀表自動化實施策略的相關問題進行了專題技術交流。在借鑒國內外石油化工企業(yè)在大型石化項目所采用的全廠智能化實施策略經驗的基礎上，經過深入細致的評估與論證，擬推薦主儀表控制承包商(MICC)為該項目的自動化實施策略。

    4.1 主儀表控制承包商

    MICC策略是由業(yè)主/PMC在項目定義階段(EEL)通過招標選定一家主儀表控制承包商(MICC)并與其簽訂一個針對全廠控制系統(tǒng)的公共部分(如CCR部分)的總承包合同(主合同)。在此總承包合同中規(guī)定了DCS、SIS、FGS、PLC及MAS等控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)在CCR內的硬件、軟件及安裝材料的詳細規(guī)格和總價及單價、系統(tǒng)工程、組態(tài)、培訓及服務的人工時費總價及單價(現(xiàn)場服務費除外)。另外，在此合同內還規(guī)定了針對各個裝置及單元內DCS、SIS、FGS、PLC及MAS等控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)(在各個現(xiàn)場機柜室內)及標準現(xiàn)場儀表、閥門定位器(特別是FF儀表)的硬件、軟件及安裝材料的詳細規(guī)格和總價及單價、系統(tǒng)工程、組態(tài)、培訓及服務的人工時費總價(包括介入FEED設計的費用，但現(xiàn)場服務費除外)。

    在項目實施階段(EPC)，各EPC與MICC在上述MICC主合同的價格基礎上再簽訂針對各個裝置和單元的分包合同。

    MICC策略的主要優(yōu)點為：

    (1)工程項目的標準化與一致性好；
    (2)在項目定義階段，MICC可提前介入項目設計(FEE功；
    (3)業(yè)主/PMC與MICC簽主承包合同，項目總投資易于受控；
    (4)因MICC與各EPC有分包合同關系，工程進度易于受控；
    (5)MICC容易理解業(yè)主需求，易于實現(xiàn)APC/RTO等高級應用；
    (6)因MICC與各EPC之間有分包合同關系，故業(yè)主/PMC的協(xié)調工作量相對較小。

    MICC策略的主要缺點為：

    (1)因在項目定義階段必須簽主合同，所以合同變更可能較多；
    (2)主合同與分合同之間可能有重復部分，可能造成投資抬高。

    4.2 MICC實施策略的供貨及工作范圍

    4.2.1 過程控制系統(tǒng)(PCS)

    主要包括：DCS、SIS、FGS及PLC等系統(tǒng)，也包括部分現(xiàn)場儀表(如FF現(xiàn)場總線變送器、FF現(xiàn)場總線UP定位器等)。還包括與第三方系統(tǒng)連接的接口軟/硬件及系統(tǒng)接線(包括各種電纜/光纜)、安裝材料。

    4.2.2 過程控制應用軟件

    主要包括：AMS、OTS和APC、RTO(作為選項報價)，實時數(shù)據(jù)庫RTDB及PCS與MES接口軟件等。

    4.2.3 工程設計、采購、施工及服務

    主要包括：項目管理(包括工程投資、進度、質量、HSE管理)、參與FEED及詳細設計、采購、同第三方設備/系統(tǒng)的界面管理、系統(tǒng)集成、培訓、組態(tài)與調試、工廠檢驗(FAT)、現(xiàn)場檢驗(SAT)、現(xiàn)場施工支持、操作及維護支持、預開車及開車服務等。

    4.3 MICC實施策略的步驟及各階段的職責

    整個項目執(zhí)行過程可分為MICC招標、FEED和EPC三個階段。EPC階段又可分為詳細設計和軟件組態(tài)、現(xiàn)場設備安裝及調試兩個分階段。

    4.3.1 MICC招標階段

    可分為以下三個分階段：MICC標書編制；標書發(fā)布、問題澄清及投標商報價;開標、評標、定標、合同簽定及授標。

    4.3.2 FEED階段

    MICC在PMC的管理下，承擔項目策劃工作和項目執(zhí)行計劃，列出其供貨范圍的詳細規(guī)格和單價、系統(tǒng)工程、組態(tài)、培訓及服務的人工時費率，負責FDS(功能設計規(guī)格書)的編寫。編寫MICC和EPC在項目中的角色和職責，及協(xié)助業(yè)主審查EPC標書中的相關報價等。

    4.3.3 EPC階段

    (1)詳細設計階段
    由業(yè)主和PMC根據(jù)項目技術規(guī)定及業(yè)主與EPC的合同條款進行對EPC的設計監(jiān)督和審查工作。MICC在儀表控制專業(yè)方面根據(jù)其制訂的由業(yè)主認可的項目執(zhí)行計劃，及FDS協(xié)助EPC的詳細設計工作。當EPC與MICC簽訂供貨合同后，MICC按合同提供供貨和相關的服務。

    (2)軟件組態(tài)、現(xiàn)場設備安裝及調試階段
    EPC作為負責裝置(單元)的總承包商負責完成設備安裝、調試等工作。MICC僅依據(jù)與業(yè)主和EPC的合同負責供貨、軟件組態(tài)和協(xié)助EPC的工作，并提供技術培訓及售后服務等。

5 結 論

    綜上所述 ，對于智能化生產技術在煉油化工一體化項目上的應用策略歸納如下：

    (1)智能化生產技術在煉化一體化項目中的普遍應用符合我國在“十一五”經濟發(fā)展規(guī)劃中堅持“科學發(fā)展觀”的戰(zhàn)略部署，是我國石化工業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展并逐步趕超世界石化先進水平的主要策略之一。

    (2)智能化生產技術在煉化一體化項目中的實際應用是一項非常復雜和艱巨的任務，必須從項目規(guī)劃階段就開始整體籌劃，并在項目實施過程中分步實施。

    (3)智能化生產技術在煉化一體化項目中的實施是一項復雜的系統(tǒng)工程，必須由自控儀表、信息技術、工藝系統(tǒng)、電氣電訊、機械設備等多專業(yè)、多學科以及項目管理、設計、采購、施工、生產、維修等多單位、多部門協(xié)同作業(yè)，最終才能成功實施。

    (4)智能化生產技術在煉化一體化項目中的成功實施必須做到四個落實，即“技術落實、投資落實、人力落實、進度落實”。