我國石油化工自動化技術理論的幾點研究

幾十年來，石油化工工業自動化技術隨著工藝和裝備技術的不斷發展而發展，從初期簡單的手工操作到連續工藝及負荷不斷加大，對生產穩定性要求越來越高，對控制的要求及自動化水平也越來越高，儀表使用越來越普遍，從簡單回路的閉環控制到單元裝置的全面自動化，使用的控制工具也從氣動單元組合儀表、電動單元組合儀表到DCS的廣泛應用，控制水平也從單參數簡單控制回路到多變量復雜控制回路，先進控制系統、優化控制系統在各種場合都有成功應用的典范。

一、我國石油化工自動化技術的現狀

我國石油和化工自動化經過50年的發展，通過技術引進，消化吸收和不斷創新，自動化水平取得了長足進步。隨著我國經濟建設的快速發展，我國的石油化工工業遇到了前所未有的發展機遇，同時也面臨著越來越嚴峻的挑戰。與先進國家相比，我國的石油化工工業還普遍存在著能耗大、產品質量差、生產過程工藝落后、自動化水平低、管理水平低、信息集成度低、綜合競爭力弱等問題。而企業綜合自動化系統是將先進的工藝裝備技術、現代管理技術和以先進控制與優化技術為代表的信息技術相結合，將企業的生產過程控制、優化、運行、計劃與管理作為一個整體進行控制與管理，提供整體解決方案，以實現企業的優化運行、優化控制與優化管理，從而成為提高企業競爭力的核心高技術。

國外大型流程企業、特別是石油化工企業均重視信息集成技術的應用，紛紛以極大的熱情和精力，構架工廠級、公司級甚至超公司級的信息集成系統。1995年美國、日本、西歐等國已有100多家煉油、化工企業在實施CIMS計劃，推動了流程工業綜合自動化技術在實際生產中的應用，如日本三井石油化學工業公司、美國德曹達公司、高爾公司等化工企業都相繼建立了綜合自動化系統。

二、石油化工綜合技術的結構構成

一般而言，流程工業企業對綜合自動化技術的需求主要關注4方面的問題。(1)安全:即需要用高可靠性的控制系統、檢鍘和執行機構對設備與裝置的運行提供保證，進而對關鍵裝置進行故障診斷與健康維護。(2)低成本:通過先進的工藝及工藝參數以降低能耗和原料消耗，以及通過先進的建模技術、控制技術和實時優化技術來提高產品的合格率和轉化率。(3)高效率:通過先進的計劃調度與排產技術和流程模擬技術來提高設備利用率和勞動生產率。(4)提高競爭力:通過數據和信息的綜合集成，如先進的管理技術(包括ERP、CRM、SCM等)、電子商務、價值鏈分析技術等，以促進企業價值的增值，最終提高企業的綜合競爭力。

根據國內外綜合自動化技術的發展趨勢和網絡技術的發展現狀，流程工業綜合自動化技術的總體結構可以分成3層結構。

(1)以PCS(過程控制系統)為代表的基礎自動化層。主要內容包括先進控制軟件、軟測量技術、實時數據庫技術、可靠性技術、數據融合與數據處理技術、集散控制系統(Dcs)、現場控制系統(FCS)、多總線網絡化控制系統、基于高速以太網和無線技術的現場控制設備、傳感器技術、特種執行機構等等。

(2)以MES(生產過程制造執行系統)為代表的生產過程運行優化層。主要內容包括先進建模與流程模擬技術(AMT:Advanced Modeling Technologies)、先進計劃與調度技術(APS:Advanced Planningand Scheduling)、實時優化技術(RTO:Real-time Opfimization)、故障診斷與健康維護技術、數據挖掘與數據校正技術、動態質量控制與管理技術、動態成本控制與管理技術等等。

(3)以ERP(企業資源管理)為代表的企業生產經營優化層。主要內容包括企業資源管理(ERP)、供應鏈管理(scM)、客戶關系管理(cRM)、產品質量數據管理(PqDM)、數據倉庫技術、設備資源管理、企業電子商務平臺等等。

通過研究生產過程制造執行系統(MES)及相關技術，可以實現在線成本的預測、控制和反饋校正，以形成生產成本控制中心，保證生產過程的優化運行，可以實施生產全過程的優化調度、統一指揮，以形成生產指揮中心，保證生產過程的優化控制;可以實現生產過程的質量跟蹤、安壘監控，以形成質量管理體系和設備健康保障體系，保證生產過程的優化管理。

三、企業綜合自動化所需要的關鍵技術

(1)信息的集成、挖掘和增值

信息集成是綜合自動化的核心，而數據庫管理系統則是信息集成的基礎。由于流程工業的特點，有大量的反映生產過程狀態的實時海量數據需要處理，管理和有效地應用，因此實時數據庫管理系統是采用實時數據對生產過程進行監督與控制，對生產狀態進行分析與評價的基礎。因而流程工業信息集成環境中需要同時設置關系數據庫和實時數據庫系統。作為整個系統信息的集散地。這兩個數據庫既可獨立地操作，又可協同動作，及時并行或交叉地處理來自全廠的各種信息。真正做到信息集成與共享。信息挖掘和增值的目的是充分、有效地利用信息。

(2)科學的決策支持

生產經營決策是企業生產經營活動中的重要內容。但是，傳統的生產管理模式還處于經驗決策、具有較大的隨意性、而科學的決策支持則是企業經營成敗的關鍵。成本效益分析是指對企業生產經營活動應用財務分析方法進行分析評價、以得到壘企業綜合經濟指標的過程。在煉油企業綜合自動化中，成本效益分析是煉油企業生產管理中的重要環節，也是煉油企業生產經營決策中的必需步驟。

成本效益分析以企業獲得最大利潤為目標。對企業生產經營進行成本效益分析、并在此基礎上進行生產方案的盈虧分析，為企業領導提供實際生產經營過程和生產計劃的經濟指標，以提高企業決策水平，加強企業在市場中的競爭能力。

為了達到公司預先制定的利潤目標，就必須協調好企業各部門的工作，即原油采購、生產計劃的制定、生產調度和產品的銷售等。由于原油是煉油廠生產的主要原料，原油成本占了產品總成本的80-90%，因此，為了實現利潤目標，必須首先控制原油成本，即控制原油的采購價格。

盈虧平衡分析是指利用財務分析方法和數學工具，對生產經營方案或計劃進行分析，得出實現利潤目標的原油最高采購價格(保利點)和保證不虧損經營(利潤為O)的原油最高采購價格(保本點)。盈虧平衡分析對于原油采購，控制成本、提高經濟效益具有重要的參考價值、是制定合理生產計劃時的重要環節，對于控制生產成本、擴大利潤，從而保證利潤目標的實現，指導壘企業的生產經營，具有十分重要的意義。

此外，還有軟測量技術、設備過程故障診斷新技術、生產過程的安全保護技術以及對實時測量的數據進行處理的數據調整技術等，都是自動化領域急待解決的難題和研究的熱點。

將現場總線技術、信息技術應用于石油化工，，發展綜合自動化整體解決方素及集成技術，可以提高產品質量，增加產品產量，降低生產成本，取得顯著的經濟效益和社會效益，增強企業的競爭能力，是今后石油化工工業自動化技術發展與應用的趨勢。