★北京和利时工业软件有限公司张卫，葛传，刘培庆，彭吉浩

关键词：工业互联网平台；智能制造；氯碱化工；大数据

1　行业背景与发展态势

氯碱工业作为最基本的化学工业之一，在现代化学工业中具有重要地位，近年来，行业呈现出加速向规模化、高质发展的态势；在快速发展过程中因为高能耗工艺特性、严苛环保管控、产业链动态平衡等行业特性所带来的能效提升困境、安全防控短板、协同效率瓶颈等行业痛点尤为凸显，行业痛点的解决之道成为各氯碱企业提升竞争力的重中之重。

近年来为促进工业企业数字化转型，国家出台了一系列《制造业数字化转型行动方案》《“十四五”智能制造发展规划》等指导性文件和相关政策，为提升企业竞争力，越来越多的氯碱企业将尝试通过技术创新和产业升级，实现节能减排和环保生产，推动行业向绿色化、低碳化方向发展。

氯碱行业数字化转型过程中，国外先进企业普遍采用工业互联网平台实现生产、能源、供应链一体化管控体系化解决方案。国内企业相关研究多聚焦单一装置或单一业务域优化，缺乏集团级、全流程、多基地协同的整体解决方案支撑。

和利时通过多年自主研发沉淀的产品体系、智能工厂项目实践经验、同时借鉴国外氯碱行业一体化管控最佳实践，联合某氯碱企业联合打造氯碱行业集团级智能管控方案，采用工业大数据、云计算、人工智能（AI）等自主可控技术，实现以生产协同中枢、能源精细管理、安全智能防控为核心的集团化运营平台，并成功落地。

2　解决方案：五层全域管理架构

和利时氯碱行业集团级智能管控方案，聚焦氯碱行业集团级应用，从顶层架构、关键技术、实施路径等维度系统化研究部署，覆盖全面，模块匹配度高，并融合工业大数据、云计算、人工智能（AI）等自主可控技术，构建出覆盖智能设备层、智能控制层、平台层、智慧管理层及集团管理决策层的五层全域管理架构，将智慧生产、智慧能源、仓储物流、主数据系统等有机结合，有效解决氯碱企业在环保、安全、生产、质量控制、物资供应链等方面的突出问题，实现企业生产、数据、业务和信息的高度集成，促进各子公司在数据互通共享基础上，生产指挥高效敏捷、业务活动高度协同，展示出集团级一体化智能管控新思路。

2.1　总体设计

系统总体设计以行业实际情况出发，充分融合“云、大、物、智、移”等数字化技术，依托实用性与先进性相结合的原则，实现目标要求：

·安全性

采用安全可靠的隔离技术，在底层控制系统与本系统之间建立数据传输通道，保证数据的单向传输，通过严密的控制策略，保证本系统的应用软件对控制系统的正常运行不构成影响，确保下层控制的稳定运行。

·可靠性

采用成熟、应用较广泛的实时数据库，数据存储量大、响应时间快、压缩比率高，系统运行稳定并且支持各种接口，拥有强大的扩展和二次开发功能；

使用主流的开源框架，持续的版本迭代和优化，保证技术支持的持续稳定；

基础服务、计算服务和应用服务支持分布式主从和集群部署，支持断点续传和节点诊断守护，充分确保数据质量与完整性。

·可扩展性

系统具有良好的可伸缩性，向下可通过增加数据采集接口或驱动协议灵活扩展现场控制系统，向上可适应不同阶段需求，在不影响其性能和已有模块的正常运行的条件下，可灵活增加应用模块；

系统平台提供多种数据访问方式，如：OPC、ODBC、SQL、API等，能与第三方软件实现无缝连接；

稳定的架构及通用的组件、服务，以应对用户需求的不断变更，支持用户通过拖拽方式扩展新功能页面。

·低耦合性

业务功能保持独立开发和维护的特性，有良好的外部接口，其它业务功能尽量保持只依赖数据接口，而不依赖功能。

·简单易用

用户界面、UI、HMI、安装部署、维护等方面均满足简洁、易用设计原则，具备良好的交互性。

2.2　系统架构

系统由智能设备层、智能控制层、平台层、智慧管理层、集团管理决策层五个层级组成，系统架构如图1所示。

图1系统架构图

·智能设备层：由电解装置、合成装置等关键生产单元以及动设备、静设备、仪器仪表、执行机构等组成，是数据与控制的最终落脚点。

·智能控制层：以DCS（DistributedControlSystem）为核心，实现对温度、压力、流量、液位等工艺参数的实时闭环控制；配套运行监控、智能检测、安全防护等子系统，保证装置安全、稳定、长周期运行。该层级通过MQTT/OPCUA/OPCDA/Modbus/PROFINET等工业协议与上层平台无缝对接。

·平台层：面向生产、设备、物流、能源、安防等业务域提供通用PaaS能力，包括数据采集、数据治理融合、容器编排、APP编排、ERP（企业资源计划）集成、运维工具以及党建等专题应用。通过“逻辑组态+快速建模+低代码开发”三位一体工具链，支持业务人员1～2周内完成轻量级工业APP的上线与迭代。

·智慧管理层：打通计划、调度、质量、能源、安环、供应链等管理域，形成统一的“智慧生产、智慧设备、智慧物流、智慧能源、智慧安防”五大应用中心；通过KPI看板、移动巡检、数字孪生等手段支撑工厂级精细化管理。

·集团管理决策层：面向集团总部及多基地协同场景，构建“智慧企业服务”门户，聚焦投资决策、产能优化、碳排管理、党建引领等宏观决策支持；利用大数据与AI建立集团级知识图谱，实现跨基地、跨装置的最优资源配置。

·企业服务总线：智能工厂建设中，各系统间深度集成的核心组件，实现异构系统间的协议转换、消息路由与数据格式转换、服务编排与流程管理、以及服务治理，从而打破信息孤岛，提升数据共享与业务流程效率。

3　方案成果

3.1　一人多角：数字门户随需切换

集团级数字门户界面如图2所示。

图2集团级数字门户

系统在统一工业应用之上构建“集团门户—公司门户”双体系数字化门户。满足“多基地差异化管理”需求。

集团级门户以原料消耗、库存动态、生产动态、销售动态为核心，汇聚各公司数据，充分体现原料、中间品、产成品的进、产、销、存价值动态，形成跨基地KPI驾驶舱；

公司级门户则聚焦基地生产、设备、能源、物流等运营环节，支持计划、工艺、批次、质检、能源、设备、安全等多维度全面展示与关联，并支持关联数据的钻取分析。公司级数字门户界面如图3所示。

图3公司级数字门户

3.2　即时共享：应用设计工具集

系统提供一体化可视化设计工具集工作流引擎、报表工具、AI算法仓、逻辑组态器和可组态驾驶舱等能力；通过APP编排与调度工具，用户可调用开放接口与实时数据，灵活快速拼装个性化应用，一键发布至系统平台的应用中心，实现“即设计、即共享、即复用”，满足企业“千人千面”的灵活需求。可视化组态工具如图4所示。

图4可视化组态工具

3.3　聚焦生产：生产协同指挥

生产指挥驾驶舱界面如图5所示。

图5生产指挥驾驶舱

全面展示生产过程各生产作业单元的实时状况，充分共享生产内部上下游作业过程和数据，实现生产过程的透明化、集约化、集成化，促使生产过程作业单元间协同高效敏捷。

（1）装置实时状况概览

按照不同装置的生产特点，进行装置级看板的设计，使得管理人员通过看板实时了解装置的投入产出、收率指标、工艺指标等运行状况，减少获取重点数据的流程，加强管理人员对生产一线的管控。

（2）储罐罐量计算

依托内置的多种罐量计算算法，平台实时读取DCS/PLC的液位、温度、压力数据，并同步接入LIMS的密度、浓度、水分等化验结果，自动完成修正，10秒内输出储罐介质的准确质量、标准体积与品质指标，实现“测得准、算得快、管得精”的计量管理要求，提升罐区移动作业效率。

（3）工艺指标管控

工艺指标管控以“指标监控和偏差分析”为主线，依据工艺卡片标准进行实时分析与计算，自动触发工艺偏差报警与记录，任何一次超标即触发事件记录，并强制关联原因与处置措施，做到每次波动留痕；同时系统根据装置平稳率计算模型结合偏差记录，自动进行装置平稳率指标计算，平稳率计算结果与偏差记录数据，即时回传班组绩效看板，形成横向对标、纵向追溯的闭环考核，实现工艺闭环管理，提升工艺运行平稳率，确保产品品质。

3.4　聚焦能源：智慧能源精细化管控

能源管控驾驶舱界面如图6所示。

图6能源管控驾驶舱

构建完善的能源介质管网计量体系，并通过融合数字孪生技术建立蒸汽管网模型，实现能源介质精准计量与平衡分析、蒸汽管网运行实时优化与多工况蒸汽管网负荷模拟，助力企业实现吨碱蒸汽单耗下降。

（1）能源精细化管控

平台按照“公司/分厂—装置—设备”三级计量管理结构布设智能表计：公司/分厂总表负责关口计量，装置分表实现车间级结算，设备子表精准到电解槽、压缩机等重点用能单元。系统以班组为最小统计单元，每班次自动抓取产量并计算装置级、设备级单耗，实现“班清班结”的精细化能源闭环。

（2）蒸汽管网优化

采用数字孪生技术的蒸汽管网优化，以全域实时数据为底座，通过“节点–管线–阀门–用汽设备”高保真建模，动态刻画蒸汽在产、输、配、用全过程中的流量、压降与相变冷凝。平台可在不同负荷、季节或检修工况下进行推演，自动锁定压降过大、流速超限、疏水不畅等薄弱点，并给出阀门开度、管径改造、汽源调度等量化优化建议。

（3）管网改造

在实施现场管网改造前，工程师可在数字环境中先行仿真，预测节能幅度与系统稳定性，实现“先模拟、后施工”，避免反复停汽试车。

3.5　聚焦安全：智能安全防控

图7

充分融合AI智能视频分析技术和人员定位技术，实现人、车全方位安全行为监控、危险区域7×24小时安全场景监控、安全作业全方位行为与场景监护，全面提升安全防控与应急响应速度；

在氯碱行业生产工艺控制过程中，存在多个重大危险源，例如乙炔气、氯化氢、液氯等装置；重大危险源的管控疏漏，轻则出现跑冒滴漏，危害环境，重则会危害人身安全，造成不良影响。和利时氯碱行业集团级智能管控方案在安全生产管控应用中充分融合AI机器视觉与人员定位分析等技术，对视频进行语音、文字、人脸、物体、场景、行动轨迹等多维度监控与分析，并对结果进行存储、异常报警以及定向精准消息推送，同时消息推送机制与相应安全控制系统进行联动，大大提升安全管控与应急响应速度。

4　方案价值

4.1　经济价值

（1）生产效率提升：通过生产数据实时集成与智能分析，减少人工干预和流程冗余，装置运行效率显著提高，单位产能成本降低。

（2）能源成本优化：

·精细化能源管理实现“班清班结”；

·电解槽、压缩机等关键设备能耗实时监控，单耗下降5%-8%。

4.2　管理价值

（1）数据驱动决策：

·集团门户整合跨基地KPI（产量、库存、能耗），决策响应时间从“天级”缩短至“分钟级”；

·自动生成所需数据指标，减少统计、上报周期，加快数据流转。

（2）人力成本节约：

·个性化低代码工具减少70%重复开发，业务人员可自主迭代应用。

5　结语

方案以氯碱行业数字化转型落地需求为导向，立足行业产能过剩、能源消耗高、安全环保监管严苛等核心挑战，通过构建氯碱行业集团级智能管控方案，实现了理论架构与产业实践的深度融合。该方案以自主可控的工业大数据、云计算、人工智能等技术为支撑，创新设计覆盖智能设备层、智能控制层、平台层、智慧管理层及集团管理决策层的五层全域管理架构，突破了传统单一装置优化或单业务域管控的局限，为氯碱行业集团级、多基地协同管控提供了技术范式。

作者简介：

张　卫（1981-），男，陕西西安人，资深实施工程师，本科，现就职于北京和利时工业软件有限公司，主要从事项目实施规划、需求分析、产品管理、技术支持工作。

葛　传（1997-），男，陕西榆林人，本科，现就职于北京和利时工业软件有限公司，主要从事化工行业生产管理业务系统的建设工作。

刘培庆（1979-），男，山东枣庄人，本科，现就职于杭州和利时自动化有限公司，主要从事智能工厂及工业互联网平台项目管理及交付工作。

彭吉浩（1989-），男，河北衡水人，本科，现就职于北京和利时工业软件有限公司，主要从事工厂智能生产管理平台的建设和应用工作。

摘自《自动化博览》2025年8月刊