1　项目背景

中控作为工业自动化领域的优质企业和智能制造的践行者，携手神华宁夏煤业集团有限责任公司（以下简称神华宁煤）、中国寰球工程公司等单位组成联合体，共同实施工信部支持的2016国家智能制造综合标准化与新模式应用项目。实施项目名称为“百万吨级烯烃（煤化工副产品深加工综合利用）智能新模式推广应用”，属于国家发展改革委、工业和信息化部实施制造业升级改造重大工程重点支持的化工园区（基地）建设工程领域。项目以百万吨烯烃联合装置建设为依托，通过安全可控的核心主控装备和软件系统，探索智能制造的推广应用模式，实现乙烯、丙烯等石油化工生产过程的优化控制、精细化管理、科学决策等单元技术和集成创新技术的突破，完成烯烃联合装置从原料到产品，从生产控制到经营决策，从生产管理到绩效分析多层次、多视角、全方面的智能化管控，实现传统产业提质降本、节能减排、绿色环保等可持续发展目标。本项目作为宁东地区煤制烯烃等现代煤化工的示范工程，通过技术探索、产品研发与应用推广的有机结合，技术研究、产品研发与企业应用的相互支撑和相互促进，不仅为打造宁煤智慧基地积累了经验，更将推广应用于全国石油、化工等流程行业，从而助力石油化工行业整体智能化水平的提升和国内制造业智能化发展的进程。

2　项目实施与应用

该项目打造了中控面向智能决策的智能工厂解决方案，完成“一三十”工程，即一个企业服务数据总线、三层智能化平台、十大核心智能应用系统，形成三项智能制造标准，建成自主可控的本质安全、质量效益、科技创新、资源节约、和谐发展的五型智能工厂。

通过数据总线技术，项目实现了公司数据标准统一规划，数据编码及描述一致、可扩展；通过三层次智能平台及应用系统建设，建立了生产业务系统与集团ERP系统的互联互通，消除“信息孤岛”、“应用孤岛”，支撑生产、设备、质量、物流、HSE等业务的覆盖与协同，实现了工厂信息的实时、透明、共享，构建了计划－调度－操作－分析－优化的闭环管理模式。

图1 项目建设内容及目标示意图

2.1　项目工艺流程

以煤制油副产品石脑油、LPG及烯烃一分公司 LPG作为原料，经裂解装置传统的乙烯热裂解技术生产出氢气、甲烷、乙烯、丙烯、混合碳四、裂解汽油中间产品。裂解装置副产品氢气和来自煤制油氢气经合成氨装置PSA单元合成产品液氨，经罐区储存供基地内使用。 乙烯产品部分送烯烃转化单元，其余部分送下游聚乙烯装置进行聚合反应。丙烯产品送往聚丙烯装置进行聚合反应。 混合碳四在丁二烯装置内抽提生产 1,3-丁二烯产品，并送往罐区储存、汽车装车外售，抽余碳四送往裂解装置烯烃转化单元。 乙烯、丙烯、氢气经聚丙烯装置聚合生成聚丙烯产品，包装后送至聚合物包装仓库储存、铁路或公路装车外售。

2.2　总体业务架构

智能制造项目覆盖宁煤烯烃二分公司的生产全业务，从业务层面分析，智能制造系统从底层操作到管理层，涵盖8大层次的业务内容，以2条业务主线贯穿10大系统，第一主线是经营计划主线，通过计划的层层分解，最好将年度计划分解为月、日，通过调度指令分配到各个岗位进行操作。第二条主线是生产过程操作主线，通过执行调度指令操作各装置平稳运行，生产数据实时体现，并逐层向上传递，面向管理部门形成生产的运行分析和计划跟踪。通过这两天主线的贯穿，各层次应用智能制造系统进行协同、共享及优化操作。

图2 总体业务架构示意图

2.3　总体技术架构

首创以设计标准、企业标准及行业标准为基础，构建智能制造系统数据体系，架构设计与装置生产运行同步开展，完成各专业系统的集成与互联互通，消除信息孤岛，对工厂开工、投产、运行期间生产业务的全面支撑。
项目建设成了一套标准、一条总线、一个仓库，即以生产为核心建立数据标准化规范，以业务为核心挂接各专业系统服务接口，以数据为核心集成各类生产、能源、质量、设备、安全信息。

2.4 　三层平台

（1）生产过程自动化智能控制平台（数字车间）

建成以集散控制系统（DCS）为核心，集成安全仪表系统（SIS）、火灾报警系统（FAS）、可燃有毒气体监测系统（GDS）、先进控制系统（APC）、工业视频系统（CCTV）、PLC、压缩机控制系统（ITCC）等8类系统的生产过程自动化智能控制平台。

（2）生产管理智能优化平台

建成了以生产执行系统（MES）为核心的生产管理智能优化平台，实现生产、设备、安全等业务综合集成。

图3 智能工厂平台示意图

（3）生产运营智能服务平台

通过目标传导式绩效管理、工厂三维可视化等系统的深度集成，智能优化平台和智能控制平台的支撑，建立了企业生产运营智能服务平台，为业务综合决策分析、生产运营、设备检维修等提供决策支持，实现生产管控决策的闭环管理。

2.5　十大系统

（1）生产执行系统

完成情况：完成了计划、调度、工艺、操作、统计等13个功能模块建设，覆盖了公司生产管理业务。系统集成了安全、能源、设备、质量等7个子系统，实现了生产业务的全覆盖。

建设效果：针对生产业务协同难：实现以生产管理为主线的业务贯通，6个部门、7个车间的业务应用。多层次数据共享，实现数据透明、可视化展示与分析；通过信息化系统集成，建立数据共享平台，实现生产协同和数据共享（实现工艺操作寻优、实时监控、综合业务决策等）。

图4 MES系统应用架构图

（2）能源管理系统

完成情况：能源管理系统建成（能耗基准、能效评估等）12个模块、132项功能，系统采集28488点数据，建立11830个生产能源指标，每天生成30万条分析数据记录。

建设效果：针对能源管理力度弱：建立闭环能源管理体系，开发指标系统和能耗动态基准技术，实现了能耗计划、预测、蒸汽管网模拟、操作优化分析等功能，提升了能源在事前事中管理的能力；建立统一的能源管理综合信息集成平台，展示不同维度的能源消耗信息；采用管网模拟、能耗预测、操作优化等先进技术，实现装置节能降耗。

图5 能源管理系统业务架构图

（3）安全应急管理系统

完成情况：系统建设8个模块（风险预警、隐患管理、应急指挥），158项功能，目前已产生风险辨识、隐患、不安全行为等记录9000多条。

建设效果：针对安全管理落地难、应急管理缺手段：基于宁煤11311管控模式，通过系统流程推动，指导安全管理人员开展风险分级管控、危险源风险控制、隐患闭环跟踪等关键业务过程；通过集成安全风险辨识评估模型，对安全风险进行辨识评估、分级管控，提高工厂的安全风险管控能力；融合安全分析预警模型量化企业安全生产状态（隐患、事故、培训、演练），分析影响生产安全的指标因素，针对性的采取预防措施；通过安全应急指挥系统，实现集成监控与应急指挥联动（物资、危险源定位、视频监控、事故模拟），提高应急救援效率。

图6 安全应急管理系统应用示意图

（4）先进控制系统

完成情况：利用PID评估及优化技术、多目标协调优化技术及负荷自动升降技术，开发了PID回路评估优化系统及先进控制系统。完成裂解炉群、C2/C3加氢、高低脱丙烷等单元先控系统建设，建成自动化操控中心，实现裂解装置标准化、一致性操作，保证装置平稳优化运行。

完成625个PID回路参数优化、90个复杂回路优化以及一套裂解装置全流程先进控制系统。从四个维度逐步提升装置运行水平，依次是基础回路自动化、装置内各单元控制协同、区域内协调优化控制以及装置整体优化提升。

建设效果：针对复杂过程控制难：APC投用后裂解装置自控投用率达到100%，装置运行平稳率95%以上，关键变量标准偏差下降70%。

图7 先进控制系统应用示意图

（5）安全自主可控集散控制系统

DCS共配置171对控制器，1164个机柜，260个操作节点（含操作员站、工程师站、OPC服务器、历史趋势服务器、SAMS服务器等）,共有103903个 I/O点。6套MODBUS协议通讯SIS系统；1套MODBUS协议通讯GDS系统；1套MODBUS协议通讯的ITCC系统；系统数据通过OPC数据服务器与MES系统相连。

图8 DCS系统建设效果图

（6）其他系统

该项目中，联合单位建设了工程数字化交付、实时数据库、目标传导式绩效管理系统（GCP）、设备运行管理系统、实验室信息管理系统，智能工厂平台通过服务总线、主数据等技术手段实现了与这些系统的互联互通。

3　项目创新

3.1　基于11311模式的安全风险管控

（1）基于自主研发的安全应急管理平台，实现安全管理业务数据、装置设备信息、生产过程工艺信息的数据集成、实时动态获取；

（2）以日常安全管理业务数据（隐患、培训、事故、演练等）、工艺重点参数（温度、压力、进料量、浓度、流量等）为分析对象，通过集成风险预警评估模型进行安全风险辨识评估；

（3）通过指标体系支撑数据实时获取，安全风险自动评估，建立动态预警机制，评估结果可视化展示。

3.2　操作优化

针对生产操作优化难，基于数据分析技术建立操作案例库，实现全工况操作优化。

（1）基于数据分析技术进行操作寻优形成案例库，实现了操作经验的沉淀；和先进控制系统结合实现了节能操作。此项技术为国内首创。

（2）本技术被集成到中控“石化能源平衡和调度优化技术”中，并成功入选了2018年度“双十佳”节能技术推广清单，由国家发改委向国内和国际进行推广。

3.3　全流程指标拓扑体系

（1）自主开发物理工厂数字化建模平台，通过组态建立生产过程的数字拓扑关系，实现全流程运行可视化管控，本技术已申报专利。

（2）为各业务提供同源、多层级复用和可追溯的指标数据，实现了业务数据指标化、指标数据脉络化，脉络数据可视化。

3.4　构建智能工厂工控安全

中控自主研发的ECS-700系统，内建工控安全的设计理念和安全防护技术，自主研发SOC芯片、总线、微内核系统，自主控制器安全盾防护技术。工业通信加密认证、保护数据防篡改，故障安全加固、强化工控系统自身免疫能力，通过国际和国内安全机构测评和认证。实现了智能工厂“内生安全、纵深防御、全生命周期管理”的工控系统安全深度防护体系。

4　项目效益分析

该项目已于2018年2月正式上线运行，根据2018年最新项目成果实施应用的数据统计，生产效率提高24.17%，运行成本降低33.25%，能源利用率提升10.60%，产品合格率达100%，为试点企业带来巨大的效益。

5　项目意义

（1）核心技术装备及解决方案的带动作用

项目从生产过程、生产管理及生产运营三个层面进行智能化建设，驱动了生产及相关检测装备与信息化、网络化、智能化的融合。

能源管控新模式的建立，以及基于能耗动态基准库的建设，推动节能设备、节能技术的推广。

标准的制定对煤化工企业智能工厂的系统解决方案进行总结，带动行业智能制造核心技术装备的应用。
安全系统的建设，对相关行业的安全管理与建设起到试点示范作用。

（2）对提升行业国际竞争力的作用

能源管理系统的实施，降低了产品成本，提高了产品市场竞争力，为实现可持续发展打下坚实的基础（其中操作优化技术入选2018年度“双十佳”节能技术推广清单，由国家发改委向国内和国外进行推广）。

智能工厂标准的制定，是行业智能化升级的指导准则，为煤制烯烃行业智能化升级提供指导，提高行业技术水平，为提升行业国际竞争力提供实践基础。

11311安全管控模式的系统化落地，夯实了煤化工企业安全管理基础、提升煤化工企业安全管理水平和行业竞争力。

通过煤化工行业智能工厂参考体系架构的建立与流程参考模型的研究，使我国在化工流程生产智能制造领域的理论研究更加深入，对煤化工行业实施智能制造工程，发挥智能制造项目优势提供了理论模型支撑。

6　结语

中控作为安全控制系统集成商、核心智能装备提供商，以及拥有核心技术自主知识产权的工业软件开发商，希望凭借先进、成熟的解决方案和工程服务经验，与更多用户合作，共同助力中国智能制造的建设之路。

作者简介：

古勇（1972-），男，浙江温州人，副研究员，博士，现任浙江中控软件技术有限公司副总经理，主要研究方向是过程优化控制理论与应用。

摘自《自动化博览》2019年2月刊