1、项目背景介绍

根据省委十四届八次全会和全省数字化改革大会精神、2021年3月16日巨化集团党委理论学习中心组会议精神和3月12日数字化车间建设专班零手动推进会的工作要求，为有效推进“绿色化发展、数字化改革、新巨化启航”建设任务，加快落实“一季度出成果、一年大变样、两年新飞跃”的目标，巨化集团不断促进产业数字化、增强产业链韧性，推动制造业高质量发展稳进提质。布局上，巨化集团不断强链、补链、延链、增链，形成了具有特色的氟化工原料、制冷剂、含氟聚合物材料、含氟精细化学品、食品包装材料、石化材料、基础化工等产品簇，带动整个产业链高质量发展；生产上，巨化集团积极开展“零手动、零备机、零距离”工程实施，其中，中智达和中巨智能深度参与到零手动工程实施，助力巨化集团实现化工生产装置实现全过程、全流程“零手动”操作，大幅度降低了人员劳动强度，有效提升了装置运行效率，全面提升了本质安全水平，并取得了良好效果。 

2、项目目标与原则

实施对象为巨化集团各分厂化工装置，各装置零手动智能化创新目标为：

1）提高工艺指标稳定性。通过提高过程综合自动化水平，稳定生产工况，实现主要工艺参数的平稳度，波动幅度平均减少30%以上；

2）减少操作人员劳动强度，常规工况下实现“机器换人”操作。先进控制系统能装大幅提高自动化水平，常规工况下，基本能代替人工操作，达到“黑屏”控制标准。基本统一3个工艺运行班的操作模式，有效克服操作人员操作水平参差不齐的现状。

3）稳定产品质量。先进控制系统能够模拟最优操作人员的操作过程，并且长周期处于同一水平操作，特别是对工艺指标平稳性的提高，就是产品质量提高的保障。

4）降低生产成本。基于装置平稳操作，通过“卡边”控制，在保证产品质量合格的情况下，根据装置特点和生产经验优化各重要装置的工艺指标、挖掘装置的潜力，节能降耗，提高装置的整体经济效益。

5）装置正常生产情况下，先进控制系统投运率达到100%，自控率100%。

6）装置连续3个月实现零手动操作，通过集团公司验收。

3、项目实施与应用情况

巨化集团团全产业链化工装置全流程“零手动”操作智能化创新项目，于2021年2月正式启动，巨化集团提出“一季度出成果、一年大变样、两年新飞跃”的目标。项目自启动至今，2021-2022两年已完成全部128套流程型生产装置和20套离散型生产装置的零手动改造。各装置零手动智能化创新项目融合机电仪艺各专业，以先进控制技术和控制回路整定技术为先导，融合流程模拟与工艺优化、控制方案优化、工艺改造、仪表阀门改造、设备改造等技术，整个实施过程一般包含：调研、功能需求分析、方案设计、模型辨识、控制器设计、离线仿真、定制化程序编写、控制器投运、上线优化等工作步骤，投用后均获得良好的控制效果并实现了全装置生产过程自动控制。其整体技术路线图为：

相较常规的自动化/APC项目，零手动项目需要攻克的难点更多：

· 以往的APC软件多实现稳态的控制，零手动对软件使用场景要求是全流程、全时段：中智达软件开发团队结合现场实施需求，对公司APC软件进行迭代升级，使其更适应零手动使用场景；通过对操作工的处理方式归纳总结，结合数据分析、化工原理利用，由实施工程师将控制器触发条件、处理方式等进行整合、程序编译，形成智能专家控制器，实现诸如一键程控、故障自动处理、控制器底层参数自适应调节等功能，以应对装置运行的多种工况。

· 零手动对现场的执行机构、监测仪表数量、质量要求更高：巨化集团配合改造需求，同步实施精良装备、零备机的工程，对现场硬件进行自动化改造。

· 零手动控制方案需要考虑的情景、维度更多更复杂：巨化集团调动优秀专业人才组成赋能团队，与中巨智能工程/工艺经验丰富的工程师一道进行方案设计，在控制器上线后不断是优化、调试，使整个控制系统实用、稳定。

· 零手动控制系统架构于DCS之上，某些现场条件暂无改造对策会影响整个控制的完整性：中巨智能开发团队通过智能语音系统，实现了机器辅助监盘，将现场与DCS自控系统通过触发式的人声语音提示进行链接。

本项目创新性体现在如下几点：

· 软件新：软件迭代升级，解决了不同工况模型失真难题，进而使执行机构不再超调、受控对象在不同工况下总能趋向稳定，解决以往运行条件变更导致的振荡。

· 方法新：优化工程实施过程，大大减短施工周期，增加后期优化、调试时间占比，进而拥有了更多打破常规控制方式机会，尝试更多合理方案使控制效果最优。

· 目标新：相对普通DCS/APC控制有适用场景，零手动目标旨在实现全流程、全时段的自动控制，且也需要实现能耗控制，倒逼工艺、仪表、管理、实施考虑全部工况后进行全面自控设计。

· 效果新：

（1）推动了生产模式变革。零手动操作后，DCS岗位从“操作员”变“监护员”，解放出更多的生产力，让更多的员工成为思考者、创造者，不断将智慧聚集到运营管理当中，为传统化工生产变革为数字化生产。

（2）提升装置本质安全水平。日均操作数量为0，大大降低了传统化工行业人为干预带来的安全风险，最大程度消除人的不安全行为和物的不安全状态，提高装置本质安全水平；

（3）零手动操作改造让装置变得更加“透明”，可以将隐藏在“黑暗”中的隐患暴露在“阳光下”，让装置从本质上更加安全。操作频次的下降，最大程度减少操作员误操作造成的事故隐患，从技能、管理、素养上将操作员培养成监控员，提供解决问题的能力，提升员工的幸福感和获得感；

（4）实现生产节能减排降碳。零手动操作在原来APC的基础上进一步优化升级，对装置控制的稳定和能源控制的精准性都有了很大的提升，节能降耗成效比较明显；

（5）促进以设备完整性为基础，对检维修频次、预防性检修和维护保养、仪表选型匹配性、工艺条件优化都提出了更高的要求，这些都是零手动操作的基础和保障，通过“零手动操作”这一结果导向，倒逼硬件装备水平提升装备精良管理提升。

以下对巨化集团主要产品链的零手动实施效果举例说明：

（1） 氟化工原料——氟制冷剂事业部701装置

零手动系统试投用后，主要CV被控变量的标准偏差降低30%以上，减少人为干扰和操作失误，降低操作劳动强度，通过物耗和电耗降低，产生年经济效益291.0万元。指标平稳对比效果如下：

105%酸预热温度标准方差降低了73%：

零手动投用前

零手动投用后 

混酸预热温度标准方差降低了66%：

零手动投用前

 零手动投用后

预洗酸槽温度标准方差降低了76%：

零手动投用前

 零手动投用后

预洗酸槽液位标准方差降低了76%：

零手动投用前

零手动投用后 

（2）制冷剂——氟聚合物事业部2R22装置

零手动系统试投用后，主要CV被控变量的标准偏差降低30%以上，减少人为干扰和操作失误，降低操作劳动强度，通过物耗、蒸汽耗、电耗降低，产生年经济效益318.7万元。指标平稳对比效果如下：

反应系统液位标准方差降低了80%：

零手动投用前

零手动投用后 

HCL精馏塔下部温度标准方差降低了84%：

 零手动投用前

零手动投用后

成品塔下部温度标准方差降低了87%：

 零手动投用前

 零手动投用后

成品塔塔釜液位标准方差降低了93%：

 零手动投用前

零手动投用后

经过实施零手动操作后，装置的平稳性得以提升，报警次数显著下降，操作次数降低到0次，预计全年可降本增效318.7万元。

（3） 含氟聚合物材料——精细化工事业部六氟丙烯低聚物装置

零手动系统试投用后，主要CV被控变量的标准偏差降低30%以上，减少人为干扰和操作失误，降低操作劳动强度，通过蒸汽耗、电耗降低，产生年经济效益180.8万元。指标平稳对比效果如下：

1#精馏塔塔底温度标准方差降低了79%：

零手动投用前

 零手动投用后

1#精馏塔塔底采出流量标准方差降低了67%：

零手动投用前

零手动投用后

2#精馏塔回流比标准方差降低了96%：

 零手动投用前

零手动投用后

2#精馏塔液位标准方差降低了52%：

 零手动投用前

零手动投用后

经过实施零手动操作后，装置的平稳性得以提升，报警次数显著下降，操作次数降低到0次。

（4） 精细化学品——精细化工事业部甲基硅烷装置

零手动系统试投用后，主要CV被控变量的标准偏差降低30%以上，减少人为干扰和操作失误，降低操作劳动强度，通过产量增加及水耗、蒸汽耗、电耗、高纯氮耗降低，产生年经济效益612.9万元。指标平稳对比效果如下：

分离器界面标准方差降低了41%：

 零手动投用前

 零手动投用后

萃取塔界面1标准方差降低了89%：

零手动投用前

零手动投用后

萃取塔界面1标准方差降低了89%：

 零手动投用前

 零手动投用后

萃取槽液位1标准方差降低了81%：

 零手动投用前

  零手动投用后

（5） 石化材料——石化材料事业部环己酮装置

零手动系统试投用后，主要CV被控变量的标准偏差降低30%以上，减少人为干扰和操作失误，降低操作劳动强度，通过蒸汽耗、人力降低，产生年经济效益167万元。指标平稳对比效果如下：

分解釜液位标准方差降低了81%：

零手动投用前

零手动投用后

 1#分解釜温度标准方差降低了76%：

 零手动投用前

零手动投用后

1#皂化液分离器液位标准方差降低了96%：

 零手动投用前

零手动投用后 

2#皂化液分离器液位标准方差降低了96%：

 零手动投用前

零手动投用后

（6） 基础化工——氯碱新材料事业部二水钙装置

零手动系统试投用后，主要CV被控变量的标准偏差降低30%以上，减少人为干扰和操作失误，降低操作劳动强度，通过产量增加，汽耗、电耗降低，产生年经济效益631万元。指标平稳对比效果如下：

缓冲槽液位标准方差降低了94%：

零手动投用前

零手动投用后

一效蒸发室液位标准方差降低了53%：

 零手动投用前

零手动投用后

二效蒸发室液位标准方差降低了92%：

 零手动投用前

零手动投用后

切片机蒸汽冷凝水温标准方差降低了89%：

 零手动投用前

零手动投用后

4、效益分析

2021-2022两年，巨化集团已完成全部128套流程型生产装置和20套离散型生产装置的零手动改造，其中，中巨智能承担了其中的83套。经过集团严格考核和统计，整个零手动工程投入1.67亿，物耗下降1.6% ，节降1.0944亿；能耗下降2%，节降6692万元；人工成本、检修费用等其它因素综合降本7334万元，整体经济效益达到2.5亿元/年，整个零手动工程同时节约6万吨标煤/年的能源消耗，减少16.58万吨/年的二氧化碳排放量。疫情期间，更是为巨化的平稳运行不停车提供了坚实保障。

图1-2   1套装置只留1人监盘

图3  典型装置零手动操作改造前后操作次数变化图

巨化集团全产业链化工装置全流程“零手动”智能化创新项目是数字化改革落地的先锋队，项目采用最新一代的化工装置零手动操作软件Cyb-IDPC V10.0，结合“精良装备”等新理念，在巨化成功实现了全产业链100多套化工装置的零手动操作，帮助巨化集团获得浙江省未来工厂、鼎革奖等荣誉。在本质安全的设计前提下，通过实施零手动，大幅提升了装置自动化水平，解放了生产力，实现化工装置全流程、全时段的的无人操作。通过控制软件的迭代升级、技术提升、方案优化，零手动工程既满足了自动化改造需求，同时也实现了节能降耗、提质增效——年创效益达亿2.5亿元左右，零手动操作智能化创新过程还促进了生产车间工艺改进、倒逼了设备改造升级，为正真的无人车间打下了坚实基础。通过巨化集团近两年的实际应用效果，零手动操作理念的知名度与日俱增，正逐步辐射中国中化、永和集团等其它大型化工生产基地并得到了良好反馈。