石化行业卓越运营对自动化技术提出新要求

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1、石化行业：卓越运营对自动化技术提出新要求肖建荣【摘 要】本文阐述石化行业卓越运营对自动化技术提出新的要求,分析工厂信息管 理系统、工业控制系统控制优化、工业控制系统可靠性、功能安全控制系统等自动 化技术.理解和运用这些自动化技术,为石化行业的卓越运营提供有力的保障.期刊名称】自动化博览年(卷),期】2016(000)002【总页数】3页(P42-44)【关键词】卓越运营;工厂信息管理系统(PIMS)；控制优化;自动化可靠性;功能安全；工艺安全;机械安全【作 者】 肖建荣【作者单位】 巴斯夫(中国)有限公司【正文语种】 中 文众所周知，由于石化行业工艺控制、安全控制及企业管理要求，石化行业的自动

2、化 技术应用是最广泛的，整个行业自动化水平是最先进的，当然行业自动化控制也是 最复杂的，并且石化行业自动化管理也是最先进的。随着工业化与信息化的深度融合，石化行业已率先进入工业信息化时代，也称智能 化时代。在信息化时代的背景下，为了适应市场变化，提高行业经济效益，确保生 产安全可靠运行，同时做好环境保护和节能减排，实现行业的可持续性发展，石化 行业开始采用卓越运营管理，从而对自动化技术提出了新的要求。目前，石化行业面临着严峻挑战，如产能过剩，市场疲软、效益下滑、投资萎缩、 生产安全、环境保护、节能减排等。因此，石化行业需要适应市场变化，积极创新， 走出行业低迷，加入国际先进石化工厂的发展行列。

3、石化行业的自动化历经几十年的不断发展，其现状可以概括如下：（1）采用数字化仪表，建立数字信号传输与控制；（2）采用中央控制，建立工厂生产管理与控制中心；（3 ）采用生产运营系统（MES）、工厂信息管理系统（PIMS ）、分散型控制系统（DCS）、安全仪表系统（SIS ）等，建立生产自动化和管控一体化；（4 ）采用工厂信息管理系统（PIMS ）、生产运营系统（MES），建立数字化和 信息化生产运营。面对市场竞争压力，企业要提高效益，节省成本，达成目标，实现跨越式发展，石 化行业开始采用卓越运营模式。自动化技术在现代石化行业卓越运营中发挥关键作 用；同时，石化行业卓越运营对自动化技术提出许多新的要

4、求，主要表现在信息管 理要求更多、控制优化要求更高、可靠性要求更强和功能安全要求更深等。3.1 信息管理要求更多石化行业卓越运营需要一流的信息管理，功能强大的工厂信息管理系统（PIMS ） 是石化行业信息化经营管理的基础。工厂信息管理系统（PIMS ）是工业控制系统与信息技术系统相结合的系统，是新 型的工业信息系统工程提供的完整解决方案。它能有效集成全厂生产信息，形成安 全可靠的实时数据库，填补企业经营管理系统和工业控制系统之间的信息鸿沟，并 实现了企业网络环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录 与查看、开关量变位记录与查看、报表数据存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程 报表

5、生成、生产统计报表生成等功能，从而实现企业过程控制系统与信息系统的网 络集成、综合管理，使管理层能够及时、准确地了解生产情况，发现生产中的问题， 并为先进控制软件提供应用平台。它使得办公室和生产现场的信息沟通变得方便快 捷，是企业信息化建设中不可缺少的组成部分。经过多年的开发应用，工厂信息管理系统已广泛应用于石油化工行业中。为了实现 节能高效生产，同时加强公司内部管理，许多企业从建厂初期就十分注重信息化建 设，准备组织实施多套计算机应用软件系统，包括生产信息管理、办公自动化(0A)、企业资源计划(ERP )等。在生产信息管理应用上要求实现生产实时数 据采集与发布、能源计量管理、设备管理、库存管

6、理等功能，从而达到生产信息的 综合处理，构成公司的综合生产信息管理系统。目前市面上出现的工厂信息管理系统产品较多，有国外产品，也有国内产品。国外 的主要产品有：OSI公司的PI，Aspen公司的InfoPlus，Honeywell公司的 PHD,Instep公司的eDNA等；国内主要的产品有：力控科技的pSpace，中科院 软件所的安捷Agilor，浙大中控的ESP-iSYS，紫金桥的RealDB等。工厂信息管理系统(PIMS )针对各生产装置和主要职能部门的不同应用需求及业 务流程，分为实时生产信息集成系统和生产管理应用系统两大部分。(1) 实时生产信息集成系统 工厂信息管理系统的实时生产信

7、息集成系统基于工厂信息管理系统实时数据库。 PIMS系统主要实现的功能包括：数据采集功能；实时数据、流程图画面浏览；实 时趋势、历史趋势的查询分析；WEB功能；生产报表功能；历史数据存储；二次 计算功能。(2) 生产管理应用系统 生产管理应用功能是生产信息管理系统的重要组成部分。为实现系统的集成统一， 先将PIMS中WEB发布的实时信息流程引入到生产管理报表系统中；然后根据厂 内各个主要生产职能部门的工作业务情况对每个生产职能部门开发相应的管理模块 同时，为了便于整个报表系统的管理，还针对整个系统和各模块的一些重要信息开 发后台管理模块，主要实现的功能包括：生产管理；能源管理；设备管理；库存管

8、 理和质量分析（基于LIMS数据信息）。通过上述分析可知，石化行业运营管理对工厂信息管理系统数据信息的需求会不断 增多。只有通过这些数据信息的创新应用，建立企业决策、生产管理的信息化，才 能提高运作效率，实现行业的卓越运营。3.2 控制优化要求更高 石化行业卓越运营，需要保证生产控制稳定运行、产品质量合格。因此，石化行业 卓越运营对生产装置自动控制提出了更高的要求。目前，生产装置自动控制优化主要采用控制回路性能优化、回路调节优化和先进控 制技术（Advanced Process Control , APC ）。（1）控制回路性能优化 根据相关工业数据显示，对大多数工厂而言，仅有1/3的控制回路

9、功能正常，而 其它2/3的控制回路产生过多的报警、工艺扰乱、降低产品质量、增加操作人员 工作负荷等。因此，加强控制回路性能管理，可以通过减少操作人员干预而有效拓展保护，可以 通过减少生产变化而增加工厂运作效率，可以提高可靠性而减少维修成本，以及快 速找出表现欠佳的工厂区域和单元。控制回路性能的优化，每个工厂可以根据各自 特点进行，也可以在市场上找到一些成熟的软件。（2）回路调节优化对大多数工厂而言， 2/3的控制回路功能不太正常，亦或是未按设计运行。并且有 相当部分回路处于手动运行模式，需依靠操作人员进行手动调整。如此，很容易导 致不正常的工况和系统的不稳定，从而对工艺安全、效率和利润产生不利

10、影响。 因此，加强控制回路调节管理，可以找出回路调节性能不好的根源，可以减少采用 试误法所耗费的时间，可以调节长期性能、设定点响应和拒绝干扰，可以测试新调-(I) f S8 (ud ) 二 sis ) iwsw 二 sue ) i 。呱迢昭忙启呱忙Hs、WEiis&mii、mlwsw oslsssKssi G虧Mm o sn COSIESS8e ss皿。=lrg长览通型魁Hffl宋旺味呼喘眠osi8is - o8i 81 88 81 二u乏I)通型w E , (uos )通型呱迢左塢，(ud乏)通型B虧硼w- osffii 81 ，通型組w超-K-siss.如-K川只春长鬣竈HffliK on

11、s*8、ssttin&8 si itto sue 牠映0怕、iissolMi、 启黑第番WHM solssi 。籤叵s3HwssmM、旺匚妙 、Kssutess 2d S回(udv) (m) O8SST_-Iis、rffl壮蛊如蚤 MmHJw、芒迟羽理g回、iE ossn、回羽（2）建立合理的备品备件库存；（3）理解各种自动化设备及系统的生命周期；（4）开展预防性维修工作；（5）做好各种自动化设备及系统的可靠性分析工作。 自动化设备及系统的可靠性受到业内越来越多的重视，针对工业自动化设备及系统 的可靠性问题，虽然在行业内还没有统一、完整、成体系的可靠性算法和标准可循， 但是国内外机构已开始合作

12、研究制定相关标准。3.4 功能安全要求更深 石化行业卓越运营，同时需要生产控制安全可靠运行，保证人身和设备安全。因此， 对功能安全提出更深的要求。随着国家对安全重视程度的加深以及人们对安全的认识，“功能安全”越来越多地 受到广大企业的关注，特别是石化行业，对控制系统的要求非常严格，因为一旦安 全控制回路失效，就会引起不可估量的危险和财产损失。目前，石化行业“功能安全”中的工艺安全已为业界广泛认知并运用，而“功能安 全”中的机械安全才开始进入人们的视野。（1）功能安全-工艺安全 石化行业“功能安全”中的工艺安全，是为了防止和降低石化装置过程风险，保证 人身和财产安全，保护环境，采用安全仪表系统（

13、SIS ）控制。石化行业“功能安全”中的工艺安全设计，根据IEC61508和IEC61511这两个标准，经过危险和风 险分析环节，将其作为后续设计的依据，采用 SIS 的设计，满足实际的需要。 石化行业功能安全系统，通常具有一个完整的安全生命周期。这个安全生命周期分 为工程设计阶段、集成调试及验收测试阶段和操作维护阶段。工作大致包括工程方 案设计，过程危险分析与评估，保护层的安全功能分配，安全完整性等级评估与审 查，安全仪表系统技术要求，安全仪表系统工程设计，安全仪表系统集成、调试及 验收，安全仪表系统运行、维护与变更，安全仪表系统周期性测试，安全仪表系统 停用等。石化行业功能安全的不断推广运

14、用，必然会向更深层次发展，为工艺安全 保驾护航。（2）功能安全-机械安全 机械安全早已存在，在锯床、压缩机、抛丸机、行车、汽车生产线等行业中都有广 泛运用，有效提升了这些行业相关生产设备的安全水平。用于提供安全功能的机器 控制系统部件称为控制系统有关安全部件（SRP/CS ），它们由硬件和软件组成， 既可独立于机器控制系统，也可成为机器控制系统的一部分。除了提供安全功能以 外，SRP/CS也能提供操作功能（例如：双手操纵装置作为过程启动的一种手段）。“功能安全”中的机械安全采用性能等级（PL ）概念，由ISO13849提出，适用 于机械安全。针对机械设备安全要求中的5种典型结构（B、1、2、3

15、、4），又 根据每种结构采用的危险失效时间（MTTF ）和诊断覆盖率（DC）的值不同，分 别对应FPL等级a、b、c、d、e，其分析方法沿用了 EN954的方法。机器的 SIL的级别由IEC62061提出，它只有三级，SIL1、SIL2、SIL3，其计算方法和思 路来自IEC61508。 根据国家标准规定，机械安全控制系统设计方法主要包括三个步骤：确定安全控制 系统所需的性能等级（PLr）；设计安全控制回路；将设计的控制回路达到的PL 与安全功能所需的PLr进行比较，如果PLPLr,即满足设计要求。 机械安全控制系统，通常也具有一个完整的安全生命周期。这个安全生命周期分为 工程设计阶段、集成调试及验收测试阶段和操作维护阶段。工作大致可以参照前面 提到的工艺安全控制系统的做法，但有不同的评估方法和控制系统实施。“功能安全”中的机械安全在石化行业的推广运用，必然会向新层次发展，为生产 机械安全保驾护航。工厂信息管理系统，提高石化行业的信息管理；工业控制系统控制优化，提高石化 行业的生产效率和产品质量；工业控制系统可靠性，有助于石化行业的生产稳定和 产品质量；功能安全控制系统，加强石化行业的生产安全。这些自动化技术的运用， 必将提升石化行业的经营管理，从而实现现代石化行业的卓越运营。同时，我们也应该认识到，石化行业正朝着数字化、网