作者简介

解怀仁（1940-），男，北京人，1965年毕业于天津大学，曾担任石化规划院计算机室主任，中国仪表学会自控设计委员会常委，中国仪表行业协会现场总线（FF）专委会技术顾问，中国石油和石化工程研究会仪表部主任等。主要从事石化仪表自控设计并负责石化仪表自控设计审查和规划工作，主编石化仪表控制系统手册，发表近20篇论文，组织和研发国产DCS获国家科技进步三等奖。

李克强总理在2015年的政府工作报告中，提出制定“互联网+”行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合。互联网+制造，就是传统制造业企业采用移动互联网、云计算、大数据、物联网、机器人、人工智能以及3D打印等技术，改造原有产品及研发生产方式，是“两化融合”的升级。石油化工企业运用物联网技术，可以将机器等生产设施接入互联网，构建网络化物理设备系统（CPS），进而使各生产设备能够自动交换信息、触发动作和实施控制，加快生产制造实时数据信息的感知、传送和分析，加快生产资源的优化配置。当前，中石化企业正在打造互联网+智能化油田、智能化管道、智能化工厂。

中石化以智能工厂为代表的信息化示范工程建设已取得初步成效。智能工厂试点企业通过对生产操作、工艺优化、HSE、物流、设备的智能化管理，提高了装置运行绩效，提升了企业运行效益。下一步，中石化计划用3年时间建成智能工厂应用框架，在4家企业开展智能化应用试点；5年内实现重点企业业务领域智能化应用的试点建设；未来8~10年，在20家千万吨级大规模炼化企业实现智能工厂的全面推广，率先在炼化企业打造世界一流信息化能力。

石化智能工厂作为石化企业多年信息化建设的延续，将先进制造模式与现代传感技术、网络技术、自动化技术、智能化技术和管理技术等融合，是科技进步和行业可持续发展背景下石化行业发展的必然趋势，也是石化行业两化深度融合发展的产物。

1　石化智能工厂的特征

石化智能工厂目前已经成为现代制造领域中一个新的研究应用领域，其概念和内涵正在不断发展和完善，如由美国主要石化企业、IT企业和科研院所组成的研究协会SPM（SmartProcess Manufacturing）和SMLC（Smart Manufacturing LeadershipCoalition）发布了相关研究报告，同时如Rockwell、ABB公司、AspenTech、Honeywell等国际知名厂商提出的智能工厂整体解决方案均推动着石化智能工厂的研究更加活跃和迅速发展。

石化智能工厂作为石化行业两化深度融合发展的高级阶段，其为石化企业的工艺、设备、流程、人员发展，特别是创新方面起到了极大的推动作用。归纳起来，石化智能工厂具有如下特点：自动化是前提、数字化是基础、可视化是方法、模型化是支撑、集成化是核心。

（1）自动化是减轻人的劳动，强化、延伸、取代人的有关劳动的技术或手段，随着信息技术的发展，自动化更是有效地提高了脑力劳动自动化的水平，解放了人的部分脑力劳动 。石化生产中，随着信息技术不断地与制造技术相融合而削弱了人对设备的操控的局限性，石化智能工厂中生产的基础手段逐渐从手工操作发展到自动控制，从低级的单回路控制发展到高级复杂系统控制，从单元先进控制到区域集成优化。

（2）数字化表现为可计算性和可度量性，是计算机、多媒体技术、软件技术、智能技术的基础，也是信息化的技术基础。石化智能工厂通过覆盖工业现场的感知网络实现物理制造空间与信息空间的无缝对接，为精细化和智能化管控提供前提。例如石化智能工厂的能源管理是基于能源计量和能源统计对水、电、汽、风等生产和消耗的数据进行收集、平衡和统计，把公用工程系统的运行、装置能源动力消耗情况提供给调度部门和生产部门，为企业的用能分析和优化奠定基础。

（3）可视化的含义是将生产状态、工业视频等各类信息高度集中和融合，加强对空间信息的管理，为操作和决策人员提供对现场环境的感知，确保迅速准确的掌握所有信息和快速的决策。石化智能工厂的可视化特点一方面体现在以三维设计数据为基础，实现生产装置全生命周期管理和提高装置操作人员培训效率，另一方面把各种繁杂的运行数据转换成直观的图形和图像，利用人对图形的敏感度进行快速决策。

（4）模型化是指通过利用生产运行数据和专家知识，将石化工厂的行为和特征的知识理解固化成各类工艺、业务模型和规则，实现人与制造系统的融合及人在其中智能的充分发挥。如充分利用操作人员积累的业务知识和经验建立模型，出现异常工况或者进行生产分析预测时，可调度适用的模型来辅助决策，进行有效支撑。

（5）集成化是指石化智能工厂中的系统与现有石化生产过程的工艺过程和管理业务流程高度集成，实现石化生产各个管理环节和各工序间紧密衔接与集成，从全局角度实现整体优化。例如计划调度不在局限于局部的优化而扩展至全厂范围内的一体化优化，又如能源管理方面实现与生产优化集成的能源计划和调度的配置优化等等。

（6）积极采用移动通讯、云计算、物联网、流程模拟与优化、知识管理等先进信息化技术，实现高效调度、降低消耗、安全生产、减轻员工劳动强度、提高工作效率、管理水平和盈利能力等。

2　解决方案

现石化智能化示范厂在对比了多家厂商的解决方案，从技术的先进性、适用性、兼容性和产品的成熟度等多方面考虑，最终选择了华为的无线智能工厂解决方案。该智能工厂建设项目，将建设三大平台、十二大系统共48个子系统，体现“实时化、自动化、模型化、可视化、智能化”的特征，实现计划调度、装置操作、安全环保、能源管理、IT管控五个方面的智能化。

（1）建设多个基站

石化智能示范厂区总面积大约5平方公里，现在已经部署了两个基站覆盖了分公司大楼、锅炉发电区、常减压车间、催化车间、二联合车间、连续重整车间、焦化车间等，接下来计划再部署一个LTE基站，覆盖800万吨油品升级项目的新区，就实现全厂区的无缝信号覆盖。LTE基站单扇区带宽可以达到上行50Mbps，下行100Mbps，凭借其高带宽，在网络上可以同时承载储罐储备情况、火灾、流量和能耗计量等数据的回传，临时工程点、卸油码头、生产区周界、河流排放区的视频监控，巡检过程中的集群调度，突发事件的应急指挥等生产和管理业务。

（2）调度和应急指挥

在调度和应急指挥方面，首先在集群上引入了视频对讲功能，这样在中控室就可以随时查看外操人员手持终端拍摄到的视频画面；而且，也实现了视频会议与调度系统的互联互通，在应急指挥中心也可以实现对生产现场的可视化指挥，提升协作效率。

对于数据采集和视频监控业务，工业仪表和摄像头可以直接通过CPE将数据或视频回传到中控室相应的业务平台，现场设备只需接通电源，无需挖沟部署有线网络，快速部署。基于现有的4G宽带网络，后续对临时点监控的部署也会大为便利；同时，无线网络相比有线方式，网络结构更加扁平，运维及扩容效率大幅提升。

（3）数字无线集群系统

针对模拟对讲机和集群群组不足的问题，现改用数字无线集群系统，提高了频谱利用率，最大支持1024个调度组，单小区支持160个组并发，满足现在业务容量和和生产通讯需求，同时也兼顾未来的扩容。该集群系统基于终端号码灵活编组，不同部门不同群组，有效支持灵活分组调度。

在安全和巡检方面，考虑到炼化厂存在易燃易爆气体，现已用防爆终端，防爆等级达到Ex ib IIC T4；同时，终端支持定位功能，可以随时定位携带人员的位置信息，结合GIS地图不但可以规范巡检流程，也可以保障人员在非常情况下能够快速找到。此外，终端还支持测温、测震、照明、RFID等功能，可支持巡检、刷卡签到、资产管理等各类应用。

（4）智能工厂的可视化

“可视化”是石化“智能工厂”建设的重要特征，也是未来信息技术的重要发展方向。由威创分两期为石化示范厂提供可视化解决方案与系统。

目前，威创为石化厂打造的一期可视化建设工程已顺利完成。根据石化示范厂应用需求，在一期建设中，威创为其提供的可视化解决方案包括：由27套67" DLP一体化显示单元拼接而成的主操作（控）中心大屏显示系统；由8套55" 窄边液晶显示单元拼接而成的生产调度室大屏显示系统；由8套46" 窄边液晶显示单元拼接而成的应急指挥中心大屏显示系统。

在二期可视化工程中，威创将为石化示范动力厂中心控制室、油品中心控制室、水务中心控制室提供可视化建设支撑。

在二期工程建成后，威创为石化打造的可视化系统将连接六大中心控制室可视化交互操控平台的调试和协同，实现了石化各中心信息互联互通，助力其生产管控的协同优化，能源管理的精细规范。

为满足企业实时协同工作的需求，该系统还实现了音视频信号的同步采集和播放。系统采集到的音视频信号可以通过网络在所有六个控制中心和石化大厦进行同步播放，实现重要会议、活动的同步直播。此外，该系统还实现了手机等移动终端信号的采集，可播放手机等移动终端信号，大大提升了信息管控的便利性。

3　初步效果

在2014年9月已经完成了石化智能示范厂一期项目的成功交付，完成了LTE无线宽带网络、调度系统、视频会议系统、视频监控系统、存储、巡检终端等设备的交付，系统覆盖了分公司大楼、锅炉发电区和各车间等大部分厂区，已经正式投入运营并带来了明显的效果。

（1）现在专业工程师、内操、外操人员之间通过实时、高清、流畅的视频通话，快速地沟通和确认问题，例如交接班，现在，只需班长在中控室通过视频会议与现场外操人员手持终端视频通话，就可以远程完成交接班，整个交接班过程从原来的30分钟缩短到现在的5分钟，大大提高了工作效率。

（2）以100个监测点的网络部署工程为例，以往挖沟布线和设备安装大约需要半个月时间，现在采用LTE无线网络，工程时间缩短到1~2天。在运维方面，扁平化的无线网络结构使得我们只需关注基站点和接入点，快速简易。

（3）原模拟集群调度系统只支持16个群组，现在LTE集群调度系统最大支持1024个群组，远远满足厂区调度和应急指挥的场景使用；另外，新系统内引入错误校正功能，通话质量更高；最后，现有对讲系统对传输信号进行了多重加密，防止窃听，安全性更高。

（4）现有巡检人员只需要携带一部终端就可以轻松完成巡检业务，大大提高了员工操作的满意度。另外，通过五元组（人、时间、位置、数据、拍照）信息确认，详细记录巡检路线、仪表数据、现场照片，从根本上杜绝了假巡检、脱岗和漏检等行为。

4　今后发展

在未来，石化示范厂将进一步扩大无线宽带网络的建设，实现全厂区的无缝网络覆盖，承载更多移动业务；并会建设一个云数据中心，实现虚拟化、云计算等IT智能化管理，进一步节省能源消耗率，提升资源利用率，实现更智能化的工厂运营。

（1）走向智能化 建好数据中心是关键

信息化在石化行业的生产运行和管理当中起着非常重要的作用，对数据、信息的管理与运用，在很大的程度上影响着石化行业的竞争能力。因此，积极推进大数据时代的信息可视化建设成为了石化企业的重要手段。

根据石油石化行业各应用场景的实际需求，威创大屏拼接显示系统可为其提供超高分辨率可视化展示平台，能直观地呈现DCS数据业务、会商决策、远程监控等综合信息，为客户提升运营能力，让决策更从容。

华为特别提出一种全新的建设思路，即业务驱动的分布式云数据中心（SD-DC2）——不仅能够让传统业务与新业务都更高效地运行，还能使IT资源实现业务感知、更灵活的共享和弹性伸缩，帮助客户实现更加敏捷的业务创新和转型，更好地支撑企业的数据中心向未来演进。

（2）采集设备整合形成“云”的架构

立足石化未来建设需求，威创打造的该系统采用分布式系统架构设计，将分布在各个场所的显示设备、音视频采集设备整合在一起，形成了一个“云”的架构。信号的采集和播放采用编解码盒的方式，可灵活部署。扩容、临时增加远程、互通信号采集或摆放点时都只需增加相应的编解码盒，大大的增加了系统使用的便利性、扩展性，以满足石化“智能工厂”的持续性建设。

（3）BDII行动纲领 指引联合创新

华为的目标是做全球领先的ICT解决方案供应商，有一个行动纲领——打造业务驱动的一站式ICT基础架构(Business-DrivenICT Infrastructure，BDII)。当前石化行业最主要的信息化发展趋势就是智能化，包含数字油田、智能管道、智能炼化等。对于石化行业来说，首先，华为的敏捷网络、云数据中心解决方案可以帮助石化企业进一步完善和提升网络基础设施能力和数据中心基础设施能力。同时，华为的融合通信、视频会议等可以帮助石化行业大提升协作效率、降低沟通成本。另外，华为的无线LTE、视频监控等解决方案也都是油田、炼化企业在数字化、智能化建设中重要的技术手段。华为的整体物联网解决方案将在石化行业数字油田、智能炼化、智能管道等解决方案中发挥重要作用。在BDII指导下，华为和合作伙伴将通过战略、技术、人才和市场四个层面进行合作。在战略层面，华为确立了三方共赢的战略指导思想；在执行层面，通过技术合作、人才合作和市场合作确保三方的联合创新与共赢得以切实落地和实现。华为认为，只有BDII三方都以开放的思路联合创新，才能获取最大价值的商业成功。

上述石化智能示范工厂项目是以800万吨油品质量升级项目为契机，参考国内外先进的炼化企业业务、信息化发展趋势和案例，结合石化厂发展战略和特色管理模式，利用现代传感技术、网络技术、自动化技术、智能化技术和管理技术等先进技术，与现有生产过程的工艺和设备运行技术高度集成，实现复杂环境下生产运营的高效、节能和可持续的目标。同时，积极采用移动通讯、云计算、物联网、流程模拟与优化、知识管理等先进信息化技术，实现高效调度、降低消耗、安全生产、减轻员工劳动强度、提高工作效率、管理水平和盈利能力等。这将成为中国石化炼厂信息化建设的样板，为中国石化建设智能石化发挥积极作用。

摘自《自动化博览》2015年11月增刊