數字化計量管控平臺在煉化企業的建設與應用

劉勝軍

中國石油化工股份有限公司天津分公司（天津 300270）

0 引言

當今世界，互聯網、云計算、大數據等信息技術蓬勃發展，推動了制造業數字化、網絡化、智能化發展進程。十三五期間，中國石化聚焦打造“智能工廠”核心，突出信息化建設的集中集成和深化應用，初步建成智能工廠應用框架，具備感知、預測、優化、協同的信息化能力，以信息化增強業務管理實效性，實現一體化運營。十四五期間聚焦打造“數字化工業生態”平臺，以實現全面數字化轉型為目標，利用“云、大、物、移、智、鏈”等先進技術，構建完善的智能化綜合管控平臺[1]。

煉化企業計量管理作為企業生產經營過程中重要環節，涉及計量器具選型配備、原料/油進廠、生產加工、節能降耗、產品出廠等各項內容，計量數據的及時性、準確性直接關系企業經濟效益，起到“導航儀”“風向標”作用。為實現計量業務的高效管理，各煉化企業充分應用自動化、信息化技術，建立了計量管控平臺[2]，實現了計量器具、檢定/校準、人員、數據等全面管理，并結合智能工廠建設，創新管理模式，推動計量儀表、衡器智能化構建，有效提升了計量管控水平。

1 煉化企業計量管控平臺總體架構

十三五期間，中國石化按照“集中集成，科學管理，創新驅動，協同智能”的方針，著力推進信息基礎、生產運營、經營管理等三大平臺建設和深化應用，創建數據資源中心（ODS 企業數據倉庫），開展數據價值分析挖掘，打造全面數字智能工廠[3]。中國石化計量主管部門十分重視信息化與工業化的融合，統籌建設了計量管控平臺，并頒布下發《中國石油化工集團公司煉化企業計量管理信息系統技術規范》，進一步規范標準化建設。

天津石化計量管控平臺架構遵循總體架構（圖1），并充分融合整體信息平臺，同時應滿足計量專業化、智能化管控發展目標，按照“1+N”架構開展企業計量管控平臺建設。“1”即管理層計量綜合管控平臺，“N”即現場層計量儀表數采系統、儀表健康診斷系統、智能過衡系統、定量裝車系統、檢定系統等。在信息基礎平臺中重點應用先進傳感器技術、通訊技術實現全面數字化基礎信息采集，不斷加強計量儀表、衡器、定量裝車、檢定/校準等各專業現場智能化技術研發及應用，降低用工成本，提高自動化水平。在網絡層有線網絡采集傳輸的基礎上，充分應用無線傳感網絡、5G、工業云等技術，實現計量數據安全穩定傳輸。打破數據共享壁壘，通過ODS或計量數據倉庫，為數據綜合管控提供依據。充分應用大數據和智能化技術提高計量數據挖掘和分析能力，實現“數據資產”價值。在生產經營管理層，在現有計量管理信息系統中融合測量管理體系建設，實現資源、計量確認、測量過程、分析和改進等全過程綜合管控。

圖1 數字化計量管控平臺架構

2 計量儀表數字化采集及智能化管控

2.1 計量儀表數字化采集

目前大部分計量儀表都具備RS485 通訊接口，RS485總線技術因具有可靠性高、結構簡單、速度快等優點,被廣泛應用于工業現場總線通訊。目前天津石化具有貿易交接及部際互供各種能源物料計量儀表376條回路，介質涵蓋原油、天然氣、成品油、水、電、汽、風等40 種[4]。各種計量儀表都通過應用RS485 總線技術借助有線或4G 無線通訊方式實現計量儀表數字化采集監控系統（圖2）。

圖2 計量儀表數字化采集結構圖

應用4G 技術建立標準化計量儀表無線數據采集系統，實現遠距離儀表的快速接入采集。現場端設置遠傳數采箱，配置支持VPDN（Virtual Private Dial Network 虛擬專有撥號網絡）的4G 通訊DTU 模塊，上位設置服務器及采集軟件，實現采集與監控，并與有線采集系統實現無縫連接，形成有線+無線互補的采集模式。

2.2 計量儀表智能化管控

1）計量儀表健康監測智能化。目前部分計量儀表本身已具備智能化健康監測功能，可以實現零點、驅動增益、流速、聲速、信噪比等關鍵運行參數自診斷（圖3）。但大部分企業仍采用手操器現場逐臺開展核查的模式。為此建設計量儀表智能診斷系統，借助工業網絡，采集每臺表200余個關鍵參數與報警信息，設置數據診斷監測模型[5]，實現將原來線下人工定期核查模式改為實時智能化健康體檢。在準確率出現偏差時，通過顏色標記、信息提醒等手段及時反饋給相關人員。

圖3 計量儀表智能化診斷功能圖

2）計量儀表運維管控。對計量儀表的運行全生命周期在線維護和管理，并對計量儀表的選型、安裝、巡檢、檢修、報警、遠程協助等內容進行管理，自動生成月度運維分析報告。包括儀表設計選型資料、儀表報警、作業票管理、巡檢管理、保養校驗計劃管理、檢修記錄管理、儀表技術攻關管理、運維單位技術支持、運維單位人員管理等。

3）計量儀表的集中管控。對全廠所有計量儀表進行實時集中管控，并體現物料進出廠計量數據動態平衡狀態，自動生成月度計量數據分析報告。實現計量儀表數據從銷售環節到財務結算環節全流程監控，并驗證一致性，以保證計量數據為準確實時財務結算提供可靠數據；實現控制外購原料進廠損耗，并在計量數據動態平衡異常時，實現異常信息報警，提醒相關人員結算、管理中重點關注。

3 衡器智能化管控

3.1 公路發運

對所有收發貨車輛進行全過程管理。針對公路運輸，取消原IC 卡、二維碼改用司機身份證作為現場提貨憑證。司機持身份證辦理入廠檢查、車輛排隊叫號、過磅裝車、出廠檢查。出廠后系統自動生成電子計量單，系統自動獲取產品質檢報告并支持預約單附加質檢報告功能。

3.2 計量裝卸車

以二代身份證為電子憑證，實現提送貨業務流程和憑證的電子化管理。通過與地磅、定量裝車等系統的集成，實現進出廠和裝卸過程憑證流和數據流的自動化。

3.3 衡器智能化計量

每個現場衡器計量點通過車牌識別、視頻監控、紅外監控、語音指揮、車輛通行控制、通訊和數據管理等實現磅房的無人值守統一管理。通過裝車和卸車不同的流程控制管理，實現產品的提貨出廠、原材料進廠、特殊出廠（包括廢催化劑、灰渣、廢液等）及其他輔助材料進廠的衡器無人值守智能化計量[6]。同時能夠實時監控衡器設備主要計量參數，零點和輸出狀況，統計顯示各汽車衡過載、欠載情況、傳感器運行狀態，確保衡器運行正常。

4 計量器具全生命周期管控

為實現計量器具選型、配備管理、安裝及驗收管理、臺帳管理、檢定/校準計劃管理、檢定/校準管理、變更管理，在計量管控平臺中建立了計量器具管理相應模塊，實現計量器具全生命周期管理（圖4）。

圖4 器具及檢定全過程管控

在開展現場檢定時，通過優化現場計量器具檢定原始記錄生成模式，單獨設立可以離線操作的客戶機。檢定人員攜帶該機器進入現場，直接錄入檢定原始記錄。在回到實驗室后，該機器聯網可以自動將原始記錄上傳至服務器中，自動生成電子版檢定/校準證書。這種模式極大地提高了檢定效率，降低人工錄入錯誤率[7]。同時在大修期間，通過優化系統操作流程，取消系統逐級審批環節以及紙質版證書打印，實行電子證書隨時在線查閱。通過深化應用，極大提高了器具檢定效率降低了證書打印紙張及耗材費用。

5 計量數據智能管控

計量數據智能管控包含原（油）料進廠數據管理與分析、產品出廠數據管理分析、部際互供數據管理、能源數據管理、環保數據管理、質量數據管理、定量包裝管理等。實時監測從原料進廠到產品出廠全過程的計量數據和計量儀表狀態[8]，及時準確地跟蹤物流，發現過程中各個環節的損耗以及儀表問題，支撐企業生產管理和經營決策。

5.1 數據分析比對，異常信息報警

多角度建立數據比對分析模型，實現數據異常報警。包括：介質密度變化；流量計關鍵組態參數變化；相關工藝參數變化；車輛、船舶信息變化等。實現衡器與定量裝車數據全過程在線比對管理，超差報警聯動等。實現汽車衡實時在線遠程診斷，包括傳感器運行曲線等。

5.2 綜合分析與應用

將進廠數據、出廠數據、器具數據等進行圖形化展示。集成ERP 系統、物料管理、實時數據庫、衡器數據庫，實現數據集成和統一管理，供計量管理信息系統應用，并可為其他系統做數據支撐[9]。通過統計級計量大數據分析及應用，挖掘計量數據各要素的深鏈接關系，針對智能計量的要求，利用大數據技術對貿易進出廠、互供/關聯交易等計量數據進行深入挖掘，通過對數據不同維度比較，并深入展開分析，發現數據問題，提升數據質量，為生產經營、壓縮成本、節能降耗起到實時有效的作用[10]。實現與LIMS系統無縫集成。手機APP數據跟蹤查詢。

5.3 計量糾紛管理

記錄計量貿易糾紛的爭議事項，分析糾紛原因，記錄處理結果。通過計量糾紛的事件記錄，分析和處理，形成案例庫，防止類似事件的發生，保證計量數據的準確性和公正性（圖5）。

圖5 計量數據全面管理流程圖

6 應用效果

天津石化數字化計量管控平臺的建設，進一步提高了企業計量數字化智能化管理水平。通過不斷開展深化應用，在確保計量數據準確，避免經濟效益損失，機器代人、把關創效等方面成效顯著。

6.1 計量把關成效

通過開展計量儀表及衡器全面數字化采集，智能化診斷監測，及時排除生產經營過程中計量問題，避免了計量交接損失。2020年及時發現柴油表零漂問題，找補回柴油356.867 t。發現位號941 新鮮水比對超差，找補回新鮮水10 356 t。發現石腦油汽化問題，找補回石腦油1 445.590 t。共檢出原油含水9 559.044 t。避免直接經濟效益損失800 余萬元。原油含水檢出率82.854%，進廠天然氣比對差率0.73%，管輸柴油-0.025%，機場航煤比對差率-0.15%，新鮮水檢測率97.5%；0.6 MPa氮氣93.2%；氧氣97.8%。實現了在2019年基礎上比對差率再降低10%的目標。

6.2 智能化水平不斷提升

隨著公司規模的不斷擴大，衡器運量逐年增加，2020年進出廠10.87 萬車次，運量423.18 萬t，同時衡器計量人員數量逐年減少。通過開展衡器集中與智能化建設，實現遠程集中操作，減員增效目標。衡器操作人員由原來的41 人減至17 人。單車過衡時間由原來的3 min縮減至1 min。推進了機器代人進程。

6.3 計量檢定創收

通過開展計量器具及檢定全面數字化管控建設，規范了器具管理流程，提升檢定自動化程度，實現現場記錄與計算同時完成，檢定結論得出時間減少到原來?3，檢定效率提高了近5 倍，通過“一鍵導入”功能實現原始數據上傳和證書打印。2020年，全年共完成21 167 臺器具檢定，實現創收510.30萬元。

7 結束語

通過各系統不斷完善提升，深化應用，實現了計量儀表、衡器全面數字化采集與智能化診斷監測，提高了自動化水平，推進了機器代人進程，解決了減員給企業發展帶來的壓力問題。同時結合大數據建模，實現計量數據智能化管控，有效避免了計量交接損失。數字化計量符合中國石化十四五期間聚焦打造“數字化工業生態”平臺目標要求，后期將繼續大力推進計量專業智慧感知、智能管控、大數據分析等建設應用，進一步提升數字化智能化管控水平。