基于CPS的石化智能工厂建设

基于CPS的石化智能工厂建设

导读

我国石油化工工业经过多年迅速发展，已经完成高速增长的历史阶段，进人高速增长的“新常态”阶段，随着麟游成本持续增加、发展增速下降、资源环境约束逐渐强化、需求长期变动等影响的新形势下，贯彻落实国务院下发的《中国制造2025》提出的战略目标和要求是石油化工行业转型升级，实现可持续发展的重要动力。

1石化信息物理融合系统

1.1 CPS发展历程

2013年德国《工业4.0实施建议》将CPS作为工业4.0的核心技术，并在标准制定、技术研发、验证测试平台建设等方提出，基于CPS智能制造正在引领生产制造模式革新，我国制造业转型升级、创新发展迎来重大机遇。2017年我国工业与信息化部发布《信息物理系统白皮书((2017 )))，给出了CPS的特征、实现路径及应用场景。

1.2石化CPS含义

CPS作为计算进程和物理进程的融合统一体，是集计算过程、通信过程及控制过程于一体的新一代智能系统。CPS通过人机交互接口实现计算进城与物理进程的交互，使“实体”和“虚拟”之间可以有效沟通和协调，充分运用资讯及通讯技术，将虚拟世界和实体环境两者之间的距离缩短，然后利用资讯系统来快速反应及设定实体环境所需;最终实现以实时、可靠、远程、协作且安全的方式来反映并操控一个物理实体。

石化CPS建立以人为本的安全管理理念，构建多专业领域人才融合的团队，突破企业边界和规模，企业组织形态向扁平化、流程化、柔性化、网络化和分权化的方向发展。

石化CPS实现信息空间与物理空间的深度融合和实施交互，建立石化生产各环节融合工作机制，实现跨工序的信息共享集成处理与融合分析。根据企业架构方法论及石化行业特点，可石化CPS构架划分为五个层次，如图1。

2基于CPS的石化智能工厂建设

2.1 石化智能工厂含义

石化智能工厂以卓越运营为目标，贯穿运营管理全过程，具备高度数字化、可视化、集成化、模型化和自动化的石油化工工厂。通过技术和业务的革新，使得企业具备更为优异的感知、预测、协同和分析优化能力。

石化智能工厂建设是一项系统工程，从时间维度而言，包括研发、制造、供应链等维度;从空间维度而言，包括设备装置、自动化、生产工艺、原料及产品的物流仓储等技术。目的在于使得石化企业包含生产工艺、装置监控、仓储物流管理等在内的所有系统能够有机融合为协同工作统一系统，进而提高生产管理控制整体绩效。

传统石化企业信息化三层平台包括过程控制层、生产执行层和经营管理层，而石化智能工厂在此基础上，进一步建设集中集成、三维数字化、应急指挥等公共服务平台。搭建装置数字化、感知实时化、数据标准化、网络高速化、应用集成化的智能工厂模型框架。

石化智能工厂是面向石化生产的全产业链环节，在传统的石化生产过程工艺及设备中高度融合新一代信息通讯技术，实现石化工厂纵向、横向及端到端的深度集成。升级炼厂实时全面感知、准确预测预警、深度协同优化、快速科学决策四项关键能力，以更加灵活精细的方式提升深层运营管理水平，并推动形成新的制造和商业模式。

2.2石化智能工厂特征

石化智能工厂可归纳总结为集成化、智能化、自动化、主动化及绿色安全化五大特征。 集成化，实现信息的集成并有效采集企业内部所有流程数据，存人建成的数据库数据库，实现石化工厂从物理向数字化的转变。

智能化，实现人机交互模式的变革。在传统的人机交互中，人作为决策主体来控制“机器”的行为，机器仅处于执行阶段。然而智能制造中的“机器”拥有甚至可以扩展学习“人脑”的能力，因此“机器”可以与人相互协作、各取所长组成共同决策主体，从而使人机交互与融合达到前所未有的深度。

自动化，全面实现自动感知、主动响应、主动控制的自动化管控。

主动化，对市场波动迅速反应，主动动态调配资源，实现柔性制造。

绿色安全化，实现环境足迹监控及能源管理优化，并实现本质安全、生产安全、信息安全的安全防设。

3基于石化CPS的智能工厂建设实例

3.1 Valero智能工厂建设

Valero通过优化信息系统进行节能减排。对锅炉进行了建模，采用面向方程式的仿真和优化软件工具，以过程单元能源需求、由设备或环境法规所造成的能源要求和制度的约束为依据，优化燃料采购，蒸汽与电力的应用，产生年效益约270万美元。导人建设智能工厂的问题解决方案后，Valero工厂每年可以节约1.2-2亿美元的成本。

3.2 BP炼油销售部门智能工厂建设

BP的炼油销售部门从管理、技术两方面人手进行能源管理，通过iPlant战略实施，对能源管理体系评估和对能源消耗指标的实时监控，进行业务与信息化的转型，实现了IT建设的标准化和集成化。

在管理方面，开展领域能源管理诊断，包括组织结构、人员配备、能源管理认知度、财务管理、操作与维护、工艺设备及最终成效等关键领域，然后根据诊断的结果，自动评级基准对比企业能源管理水平，提出企业能源管理最为薄弱的三个方面，自动生成诊断报告并提出改进方向和措施。

3.3中国石化智能工厂建设

中国石化自2012年启动智能工厂建设，并将燕山石化、茂名石化、镇海炼化、九江石化四家作为试点单位，开展规划编制和方案设计等前期工作;2013年完成智能工厂规划，确立智能工厂建设目标;2014年完成智能工厂系统设计，包括业务架构、系统架构、集成架构、基础设施架构设计，制定了包含技术、数据和应用的智能工厂标准化体系，完成项目可行性分析和实施策略，在4家试点企业进行智能工厂建设;2016年11月完成四家试点企业的验收测试工作，初步形成中国石化智能工厂(1.0 )基本框架，2017年开始进行进行石化智能工厂2.0 )建设。

四家试点企业的先进控制投用率提高约10% ;外排污染源自动监控率达到100%;生产优化由传统的局部离线优化逐步提升为全局在线优化;生产数据自动数采率提升10%-20%，实现数据自动采率全部达到90%以上。

4结束语