石油石化企業(yè)信息化的先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化.doc

石油石化企業(yè)信息化的先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng) 作者:樊少明 江鷹 發(fā)布日期:2010-12-8 14:09:20 1 引言“十五”以來(lái)，國(guó)內(nèi)煉化行業(yè)信息化水平顯著提高，ERP、MES、PIMS/APS等信息系統(tǒng)在煉化企業(yè)得到了應(yīng)用，預(yù)計(jì)到“十一五”末，這些系統(tǒng)將全面覆蓋各主要煉化企業(yè)。另外，煉化企業(yè)在控制系統(tǒng)配套、先進(jìn)控制(advanced process control，APC)技術(shù)、在線(xiàn)優(yōu)化(real time optimization，RTO)技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。多年來(lái)，企業(yè)的技術(shù)人員和科研院所的學(xué)者們?cè)絹?lái)越感覺(jué)企業(yè)信息化不單單信息處理，更應(yīng)該通過(guò)信息化建設(shè)提高決策效率，并將決策信息快速用于生產(chǎn)干預(yù)，解決企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)問(wèn)題。特別是近年供應(yīng)鏈技術(shù)研究的不斷深入，先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化這種管理目標(biāo)與生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)綜合控制的手段是其他方式不能替代的。這類(lèi)手段與其他信息系統(tǒng)的集成應(yīng)用，是國(guó)外信息化工作的熱點(diǎn)，也是企業(yè)信息化的較高階段。經(jīng)過(guò)對(duì)先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化發(fā)展趨勢(shì)以及企業(yè)信息化模型構(gòu)架分析和研究，以及對(duì)行業(yè)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和觀(guān)點(diǎn)的歸納總結(jié)，我們認(rèn)為先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化不僅是生產(chǎn)過(guò)程的最高層面，更是企業(yè)信息化的最基礎(chǔ)工作，應(yīng)在企業(yè)信息化建設(shè)規(guī)劃中加以統(tǒng)籌，實(shí)現(xiàn)與MES、APS、ERP等信息系統(tǒng)及DCS、PLC等控制系統(tǒng)的有機(jī)整合，做好在煉化企業(yè)的應(yīng)用，從而促進(jìn)自動(dòng)化和信息化融合。2 先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化基本概念和發(fā)展趨勢(shì)在典型的煉化裝置生產(chǎn)操作過(guò)程中，存在著動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間滯后、變量未能在線(xiàn)測(cè)量、動(dòng)態(tài)響應(yīng)非線(xiàn)性、干擾相互偶合、約束、大的外部干擾等特性，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)的PID控制效果不佳。20世紀(jì)70年代初，學(xué)術(shù)界提出以多變量預(yù)估控制為核心的先進(jìn)控制(advanced process control，APC)理論，根據(jù)裝置運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用多變量模型預(yù)估技術(shù)，計(jì)算出最佳的設(shè)定值，送往控制器執(zhí)行。多變量預(yù)估控制范圍不再只是針對(duì)某個(gè)具體的工藝測(cè)量值或與之有關(guān)的變量，而是根據(jù)1組相關(guān)的測(cè)量值乃至整個(gè)裝置的所有變量。通過(guò)實(shí)施APC，可以改善過(guò)程動(dòng)態(tài)控制的性能，減少過(guò)程變量的波動(dòng)幅度，使生產(chǎn)裝置在接近其約束邊界的條件下運(yùn)行(卡邊操作)。90年代以來(lái)，大規(guī)模的模型預(yù)估控制和用于優(yōu)化的非線(xiàn)性預(yù)估控制技術(shù)得以完善，在石油化工行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，大量工業(yè)裝置在已有DCS基礎(chǔ)上配備了先進(jìn)控制系統(tǒng)。先進(jìn)控制可以保證該控制環(huán)節(jié)穩(wěn)定運(yùn)行在給定工況，但先進(jìn)控制不能確定裝置的最優(yōu)工況及對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)參數(shù)。針對(duì)該問(wèn)題，在先進(jìn)控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研發(fā)出針對(duì)整個(gè)裝置的在線(xiàn)、閉環(huán)實(shí)時(shí)優(yōu)化(real-time optimization，RTO)技術(shù)。實(shí)時(shí)優(yōu)化是模擬和控制的緊密結(jié)合，在裝置穩(wěn)態(tài)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)校正和更新模型參數(shù)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)與約束條件進(jìn)行模擬和優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果傳送到先進(jìn)控制系統(tǒng)。實(shí)時(shí)優(yōu)化與先進(jìn)控制集成后的基本流程如圖1所示。圖1先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化基本流程圖近10多年來(lái)，實(shí)時(shí)優(yōu)化和先進(jìn)控制的集成已經(jīng)成為過(guò)程工業(yè)的熱點(diǎn)，國(guó)外化工企業(yè)紛紛在主要裝置實(shí)施實(shí)時(shí)優(yōu)化，以獲取最大經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)外多數(shù)煉化重點(diǎn)裝置已經(jīng)實(shí)施了先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化。隨著實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)(FCS)的發(fā)展，先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化的發(fā)展趨勢(shì)是：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從分散式向集中式發(fā)展，控制范圍從單個(gè)裝置擴(kuò)展為一批相關(guān)的裝置群，集成方式從先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化的局部集成向企業(yè)級(jí)的全局應(yīng)用發(fā)展到，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)控制(enterprise contr01)、高級(jí)預(yù)測(cè)(advanced forecasting)和多周期多廠(chǎng)優(yōu)化(multiperiod multiplant optimization)。該趨勢(shì)的具體表現(xiàn)是數(shù)學(xué)模型規(guī)模迅速擴(kuò)大，將裝置模型與全廠(chǎng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、歷史數(shù)據(jù)和財(cái)務(wù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相結(jié)合，考慮產(chǎn)品價(jià)格波動(dòng)、原料價(jià)格、燃料價(jià)格變動(dòng)，并反映到整個(gè)工廠(chǎng)計(jì)劃中。先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化是確保煉化企業(yè)“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿(mǎn)、優(yōu)”生產(chǎn)的重要手段一，是現(xiàn)代控制理論與信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。前些年，作為生產(chǎn)過(guò)程控制的最高手段，在企業(yè)信息化全面推進(jìn)的今天，已經(jīng)被大多技術(shù)人員和學(xué)者確定為企業(yè)信息化特別是以ERP為核心的煉化企業(yè)信息化的最基礎(chǔ)內(nèi)容之一，應(yīng)在企業(yè)信息化建設(shè)中統(tǒng)籌規(guī)劃，避免投資不到位而影響企業(yè)信息化效果。當(dāng)今供應(yīng)鏈技術(shù)的應(yīng)用效果很大程度上也取決于先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化。為此本文從企業(yè)信息化規(guī)劃角度，談?wù)勅绾伟l(fā)揮先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化的基礎(chǔ)作用，實(shí)現(xiàn)與MES、APS、ERP等信息系統(tǒng)及DCS、PLC控制系統(tǒng)有機(jī)整合，做好在煉化企業(yè)的應(yīng)用，從而促進(jìn)工業(yè)化與信息化融合。3企業(yè)信息化構(gòu)架3.1生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)概念簡(jiǎn)述從70年代后半期開(kāi)始，為了解決生產(chǎn)運(yùn)行管理的實(shí)際需求，出現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)和包括生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等功能的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。90年代美國(guó)管理界提出的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)概念，將上述系統(tǒng)加以完善和擴(kuò)展，作為聯(lián)接過(guò)程控制層面各系統(tǒng)和經(jīng)營(yíng)管理層面的ERP系統(tǒng)的中間層。為ERP系統(tǒng)提供準(zhǔn)確及時(shí)的生產(chǎn)相關(guān)信息。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為集成化的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(IMES)，全面覆蓋生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化、滾動(dòng)調(diào)度、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)校正、收率計(jì)算、成本控制、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、KPI指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)控、績(jī)效分析、流程模擬、質(zhì)量控制、在線(xiàn)優(yōu)化、先進(jìn)控制、資產(chǎn)管理、設(shè)備診斷維護(hù)、庫(kù)存管理自動(dòng)化、在線(xiàn)調(diào)優(yōu)和優(yōu)化控制、質(zhì)量控制、比率控制，并且下聯(lián)DCS、PLC、ESD(緊急停車(chē)系統(tǒng))和ASM(異常事件管理系統(tǒng))，上聯(lián)ERP、SCM、HSE、EBusiness、E-Cooperation和DSS(決策支持系統(tǒng))。3.2煉化企業(yè)管控一體化發(fā)展趨勢(shì)企業(yè)管理一體化是指將企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程控制、優(yōu)化、運(yùn)行、計(jì)劃與管理作為1個(gè)整體進(jìn)行控制和管理，提供整體解決方案，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理，全面提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。APC/RTO與MES全面融合是煉化企業(yè)管控一體化的重要發(fā)展趨勢(shì)。煉化企業(yè)管控一體化管控架構(gòu)從普渡大學(xué)的5層結(jié)構(gòu)(經(jīng)營(yíng)決策層、企業(yè)管理層、生產(chǎn)調(diào)度層、過(guò)程優(yōu)化層、過(guò)程控制層)過(guò)渡為3層結(jié)構(gòu)(ERP/MES/PCS，計(jì)劃層/執(zhí)行層/控制層或管理層/生產(chǎn)層/控制層)。在實(shí)踐中，中國(guó)石油于“十五”末提出了2大系統(tǒng)的思路。針對(duì)管控一體化需求，國(guó)外領(lǐng)先的流程企業(yè)集成解決方案供應(yīng)商紛紛提出了以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，以MES為框架，集成先進(jìn)計(jì)劃及調(diào)度優(yōu)化、先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化應(yīng)用的煉化企業(yè)整體解決方案Il孓141，如圖2圖3所示，通過(guò)這些整體解決方案，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理與生產(chǎn)過(guò)程控制的一體化。3.3先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化在生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)中的地位以下分別從化工過(guò)程優(yōu)化以及系統(tǒng)實(shí)施與運(yùn)維角度對(duì)APCRTO與MES融合的意義進(jìn)行分析。3.3.1化工過(guò)程優(yōu)化視角煉化企業(yè)的優(yōu)化可以分為5個(gè)層次，如圖4所示。在第l層(生產(chǎn)計(jì)劃層)根據(jù)需求預(yù)測(cè)、供應(yīng)鏈方案和市場(chǎng)情況，結(jié)合企業(yè)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)，設(shè)定符合原材料供應(yīng)和產(chǎn)能約束的計(jì)劃目標(biāo)，即制定年度計(jì)劃和月計(jì)劃；在生產(chǎn)調(diào)度層，隨時(shí)間變化，做出各裝置生產(chǎn)能力和人員配置的決策，即周計(jì)劃和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度；目前，煉化企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化一般采用線(xiàn)性規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃和離散事件模擬等數(shù)學(xué)方法，基于優(yōu)化模型，獲得優(yōu)化的排產(chǎn)計(jì)劃和可行的調(diào)度方案。第3層在利用網(wǎng)絡(luò)連接各過(guò)程單元的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)時(shí)優(yōu)化確定最優(yōu)工況；第4層通過(guò)先進(jìn)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的最優(yōu)調(diào)節(jié)，同時(shí)還完成緊急情況響應(yīng)和診斷等工作；第5層通過(guò)DCS/PLC等自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)裝置的數(shù)據(jù)獲取、軟測(cè)量、錯(cuò)誤檢測(cè)和操作執(zhí)行等功能。當(dāng)前，各煉化企業(yè)一般通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將DCS/PLC的數(shù)據(jù)集成到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，為上層優(yōu)化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。圖4 煉化企業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化層次圖有效的生產(chǎn)調(diào)度和計(jì)劃優(yōu)化需要以準(zhǔn)確的煉廠(chǎng)和裝置的數(shù)學(xué)模型作為優(yōu)化工具。但生產(chǎn)中必須根據(jù)原料和公用工程實(shí)際情況，調(diào)整工藝條件，以滿(mǎn)足新的工況要求。而且工業(yè)裝置隨著生產(chǎn)時(shí)間的推移，必然會(huì)發(fā)生催化劑老化、換熱器結(jié)垢、設(shè)備狀況變差等情況，也需要適時(shí)調(diào)整有關(guān)工藝條件。上述2類(lèi)原因引起的工藝條件變化，又會(huì)導(dǎo)致煉廠(chǎng)和裝置的數(shù)學(xué)模型不準(zhǔn)確。目前，在生產(chǎn)調(diào)度和計(jì)劃優(yōu)化中，業(yè)務(wù)人員常反映模型不夠準(zhǔn)確，更新不夠及時(shí)，并提出根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)有關(guān)數(shù)據(jù)的持續(xù)調(diào)校，不斷更新模型中的數(shù)據(jù)，使模型中的數(shù)據(jù)與生產(chǎn)實(shí)際同步運(yùn)行的構(gòu)想。另外，生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)計(jì)劃獲得優(yōu)化后，又對(duì)操作管理和控制水平提出了更高的要求，如果沒(méi)有相適應(yīng)的先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的配合，由于執(zhí)行能力的缺失，其優(yōu)化效果將不能到達(dá)預(yù)期。先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化正是及時(shí)修正數(shù)學(xué)模型，解釋分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)海量數(shù)據(jù)和有效執(zhí)行優(yōu)化調(diào)度指令的關(guān)鍵系統(tǒng)。通過(guò)先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化應(yīng)用和用于生產(chǎn)調(diào)度與計(jì)劃的信息系統(tǒng)的有效整合，對(duì)于提高優(yōu)化效果具有重要意義。3.3.2實(shí)施與運(yùn)維視角雖然先進(jìn)控制系統(tǒng)效益明顯，國(guó)內(nèi)在80年代也已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施先進(jìn)控制系統(tǒng)，但煉化企業(yè)先進(jìn)控制建設(shè)和應(yīng)用情況與國(guó)外差距明顯，特別在長(zhǎng)期投用率方面，其主要原因是缺少長(zhǎng)期維護(hù)。開(kāi)發(fā)單位在開(kāi)發(fā)應(yīng)用過(guò)程中可以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但先進(jìn)控制需要信息技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)，這些信息技術(shù)人員既要熟悉先進(jìn)控制本身，又要掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和工藝過(guò)程，各煉化企業(yè)自身缺乏足夠的技術(shù)力量，導(dǎo)致長(zhǎng)期維護(hù)問(wèn)題日益突出。另外，在MES系統(tǒng)的推廣實(shí)施中，各煉化企業(yè)均建立了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)，從DCS系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并集成LIMS數(shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和在線(xiàn)分析儀表數(shù)據(jù)。如果企業(yè)現(xiàn)有和新建的先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)不能充分利用MES的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，將導(dǎo)致額外的投資和實(shí)施，甚至?xí)霈F(xiàn)APC對(duì)DCS數(shù)據(jù)采集、回送與MES爭(zhēng)資源的問(wèn)題，影響裝置正常運(yùn)行。中國(guó)石化由石化盈科統(tǒng)一承擔(dān)先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化的實(shí)施與運(yùn)維工作，明顯提高了國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)先進(jìn)控制系統(tǒng)應(yīng)用效果。實(shí)踐表明，這種由信息部門(mén)統(tǒng)一管理，由信息技術(shù)公司統(tǒng)一承擔(dān)實(shí)施與運(yùn)維的方式，有效地加快了APCRTO的實(shí)施速度，提高了應(yīng)用效果，保證了系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。4 企業(yè)信息化內(nèi)涵思考4.1 明確先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化定位DCS系統(tǒng)是先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化的主要控制手段。在先進(jìn)控制技術(shù)發(fā)展的初期，曾經(jīng)有DCS系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制的趨勢(shì)。另外，在ERP/MES/PCS 3層結(jié)構(gòu)中，APC/RTO也與DCS/PLC一道被劃分為PCS層的系統(tǒng)。因此，先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化常被納入自動(dòng)化范疇，視為生產(chǎn)控制層面的系統(tǒng)，甚至與DCS/PLC系統(tǒng)混為一談。但從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，APC/RTO與DCS/PLC差異較大，更類(lèi)似于MES、APS一類(lèi)的信息系統(tǒng)。DCS/PLC系統(tǒng)以硬件儀表為主，智能化和信息化程度低，在使用過(guò)程中對(duì)原有工藝和操作管理的變化影響較小。將其列為信息化建設(shè)的配套項(xiàng)目，由業(yè)務(wù)部門(mén)根據(jù)技改和固定資產(chǎn)投資計(jì)劃進(jìn)行建設(shè)是合適的。而先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化以數(shù)學(xué)模型和軟件為核心，智能化和信息化程度較高，對(duì)維護(hù)人員的信息技術(shù)水平要求高，對(duì)原有工藝和操作管理的依賴(lài)明顯。如果將先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化僅視為自動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分，進(jìn)而視為設(shè)備部門(mén)的工作，往往使先進(jìn)控制系統(tǒng)不能持續(xù)良好地應(yīng)用。從信息技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，隨著管控一體化和系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化正在從局部集成向企業(yè)級(jí)的全局應(yīng)用發(fā)展，MES的功能也在向控制層和計(jì)劃層滲透，APC/RTO與MES層的界限日益模糊，系統(tǒng)加強(qiáng)融合是煉化企業(yè)信息化的發(fā)展趨勢(shì)。如前所述，國(guó)外領(lǐng)先的流程企業(yè)集成解決方案供應(yīng)商，如AspenTech和Honeywell等，針對(duì)這種趨勢(shì)，均提出了以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，以MES為框架，集成先進(jìn)計(jì)劃及調(diào)度優(yōu)化、先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化等應(yīng)用的煉化企業(yè)整體解決方案。因此，雖然APC/RTO和DCS/PLC都是煉化企業(yè)信息化的組成部分，但將APC瓜TD定位為信息化建設(shè)的組成部分，而不是與DCS/PLC一樣定位為信息化建設(shè)的配套部分，有助于APC/RTO的實(shí)施與應(yīng)用。4.2在企業(yè)信息化規(guī)劃中統(tǒng)籌考慮先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化企業(yè)信息化建設(shè)規(guī)劃的任務(wù)是在企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的指導(dǎo)下，站在企業(yè)全局的高度，診斷、分析、評(píng)估企業(yè)管理和IT現(xiàn)狀，結(jié)合所屬行業(yè)信息化方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和對(duì)最新信息技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的掌握，提出企業(yè)信息化建設(shè)的遠(yuǎn)景、目標(biāo)和戰(zhàn)略，勾畫(huà)企業(yè)信息化的系統(tǒng)架構(gòu)、確定信息系統(tǒng)各部分的邏輯關(guān)系。從前面的分析可以看出，APC和RTO作為煉化企業(yè)管控一體化和系統(tǒng)優(yōu)化的重要組成部分，使煉化企業(yè)信息化建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，其發(fā)展趨勢(shì)是與MES、APS等系統(tǒng)充分融合。從近年來(lái)的實(shí)踐看，由信息部門(mén)統(tǒng)一管理，由信息技術(shù)公司統(tǒng)一承擔(dān)APC/RTO的實(shí)施與運(yùn)維，可以有效推動(dòng)其建設(shè)和應(yīng)用。因此，應(yīng)將APC/RTO納入企業(yè)信息化建設(shè)規(guī)劃，確定與MES、APS、ERP等系統(tǒng)的邏輯關(guān)系和融合方案，并統(tǒng)籌安排實(shí)施與運(yùn)維計(jì)劃，從而避免APC/RTO成為新的信息孤島或煉化企業(yè)管控一體化的瓶頸。1個(gè)生產(chǎn)企業(yè)要充分理解其在企業(yè)信息化的位置和重要作用，不必過(guò)分強(qiáng)調(diào)其信息化內(nèi)容，但一定要知道其真正作用；1個(gè)在建企業(yè)則要一步到位，要貫徹以數(shù)據(jù)為中心的信息化理念，要理解現(xiàn)代化工廠(chǎng)的需要，要灌輸快速反映2個(gè)市場(chǎng)的需要。企業(yè)信息化整體設(shè)計(jì)時(shí)必須堅(jiān)持與先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化統(tǒng)籌考慮，然后逐步實(shí)施，最終滿(mǎn)足數(shù)字工廠(chǎng)的需要。4.3理順投資渠道目前先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化的投資渠道尚未完全理順，有些企業(yè)在投資建設(shè)新裝置時(shí)，將先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化費(fèi)用與裝置設(shè)備一并計(jì)算，有些企業(yè)則將其列入技改技措投資或固定資產(chǎn)投資。資金來(lái)源多樣化，投資渠道不順暢，帶來(lái)了從建設(shè)實(shí)施到運(yùn)維的一系列問(wèn)題。在“十五”前，信息化建設(shè)投資也存在類(lèi)似的資金來(lái)源多樣化，投資渠道不順暢情況。但是，在“十五”和“十一五”期間，煉化行業(yè)主要企業(yè)均采用了集中投資、統(tǒng)一建設(shè)的信息化建設(shè)模式，大大促進(jìn)了應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)。信息化建設(shè)投資方式的改進(jìn)對(duì)理順先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化投資渠道有很強(qiáng)的借鑒。當(dāng)前國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化水平與國(guó)外大型先進(jìn)企業(yè)仍有較大差距，在配套條件滿(mǎn)足的情況下應(yīng)加快推進(jìn)建設(shè)，保障其投資。雖然各裝置的先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化實(shí)施存在多樣化、差異化，但隨著先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，以及系統(tǒng)間有效集成的迫切需求，先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)提上日程。先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化和MES系統(tǒng)共用統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，并與生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)集成，可避免重復(fù)建設(shè)，降低建設(shè)成本。更為重要的是，通過(guò)改進(jìn)先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)模式，將使其長(zhǎng)期有效運(yùn)行成為可能。將先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化納入信息化范疇，以信息化建設(shè)的思路和做法積極推進(jìn)，可提高先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化的建設(shè)和應(yīng)用效果，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化與工業(yè)化融合的目標(biāo)。5 結(jié)束語(yǔ)綜上所述，先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化不僅是生產(chǎn)過(guò)程最高層面，更是企業(yè)信息化的最基礎(chǔ)工作。應(yīng)從企業(yè)信息化建設(shè)規(guī)劃中加以統(tǒng)籌，實(shí)現(xiàn)MES、APS、ERP等信息系統(tǒng)及DCS、PLC等控制系統(tǒng)的有機(jī)整合。建議石油石化企業(yè)應(yīng)積極做好先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化的實(shí)施配套工作，充分考慮生產(chǎn)和信息化對(duì)先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化的需求，對(duì)于已投產(chǎn)企業(yè)要在生產(chǎn)和企業(yè)信息化改造增加該項(xiàng)內(nèi)容和費(fèi)用，對(duì)于新建企業(yè)要直接納入企業(yè)信息化進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，統(tǒng)一建設(shè)，統(tǒng)一投資渠道，做好在煉化企業(yè)的應(yīng)用，從而促進(jìn)自動(dòng)化和信息化融合，完成企業(yè)信息化應(yīng)該完成的任務(wù)。（責(zé)任編輯 漓江 ）3.3先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化在生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)中的地位以下分別從化工過(guò)程優(yōu)化以及系統(tǒng)實(shí)施與運(yùn)維角度對(duì)APCRTO與MES融合的意義進(jìn)行分析。3.3.1化工過(guò)程優(yōu)化視角煉化企業(yè)的優(yōu)化可以分為5個(gè)層次，如圖4所示。在第l層(生產(chǎn)計(jì)劃層)根據(jù)需求預(yù)測(cè)、供應(yīng)鏈方案和市場(chǎng)情況，結(jié)合企業(yè)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)，設(shè)定符合原材料供應(yīng)和產(chǎn)能約束的計(jì)劃目標(biāo)，即制定年度計(jì)劃和月計(jì)劃；在生產(chǎn)調(diào)度層，隨時(shí)間變化，做出各裝置生產(chǎn)能力和人員配置的決策，即周計(jì)劃和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度；目前，煉化企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化一般采用線(xiàn)性規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃和離散事件模擬等數(shù)學(xué)方法，基于優(yōu)化模型，獲得優(yōu)化的排產(chǎn)計(jì)劃和可行的調(diào)度方案。第3層在利用網(wǎng)絡(luò)連接各過(guò)程單元的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)時(shí)優(yōu)化確定最優(yōu)工況；第4層通過(guò)先進(jìn)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的最優(yōu)調(diào)節(jié)，同時(shí)還完成緊急情況響應(yīng)和診斷等工作；第5層通過(guò)DCS/PLC等自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)裝置的數(shù)據(jù)獲取、軟測(cè)量、錯(cuò)誤檢測(cè)和操作執(zhí)行等功能。當(dāng)前，各煉化企業(yè)一般通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將DCS/PLC的數(shù)據(jù)集成到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，為上層優(yōu)化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。圖4 煉化企業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化層次圖有效的生產(chǎn)調(diào)度和計(jì)劃優(yōu)化需要以準(zhǔn)確的煉廠(chǎng)和裝置的數(shù)學(xué)模型作為優(yōu)化工具。但生產(chǎn)中必須根據(jù)原料和公用工程實(shí)際情況，調(diào)整工藝條件，以滿(mǎn)足新的工況要求。而且工業(yè)裝置隨著生產(chǎn)時(shí)間的推移，必然會(huì)發(fā)生催化劑老化、換熱器結(jié)垢、設(shè)備狀況變差等情況，也需要適時(shí)調(diào)整有關(guān)工藝條件。上述2類(lèi)原因引起的工藝條件變化，又會(huì)導(dǎo)致煉廠(chǎng)和裝置的數(shù)學(xué)模型不準(zhǔn)確。目前，在生產(chǎn)調(diào)度和計(jì)劃優(yōu)化中，業(yè)務(wù)人員常反映模型不夠準(zhǔn)確，更新不夠及時(shí)，并提出根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)有關(guān)數(shù)據(jù)的持續(xù)調(diào)校，不斷更新模型中的數(shù)據(jù)，使模型中的數(shù)據(jù)與生產(chǎn)實(shí)際同步運(yùn)行的構(gòu)想。另外，生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)計(jì)劃獲得優(yōu)化后，又對(duì)操作管理和控制水平提出了更高的要求，如果沒(méi)有相適應(yīng)的先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的配合，由于執(zhí)行能力的缺失，其優(yōu)化效果將不能到達(dá)預(yù)期。先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化正是及時(shí)修正數(shù)學(xué)模型，解釋分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)海量數(shù)據(jù)和有效執(zhí)行優(yōu)化調(diào)度指令的關(guān)鍵系統(tǒng)。通過(guò)先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化應(yīng)用和用于生產(chǎn)調(diào)度與計(jì)劃的信息系統(tǒng)的有效整合，對(duì)于提高優(yōu)化效果具有重要意義。3.3.2實(shí)施與運(yùn)維視角雖然先進(jìn)控制系統(tǒng)效益明顯，國(guó)內(nèi)在80年代也已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施先進(jìn)控制系統(tǒng)，但煉化企業(yè)先進(jìn)控制建設(shè)和應(yīng)用情況與國(guó)外差距明顯，特別在長(zhǎng)期投用率方面，其主要原因是缺少長(zhǎng)期維護(hù)。開(kāi)發(fā)單位在開(kāi)發(fā)應(yīng)用過(guò)程中可以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但先進(jìn)控制需要信息技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)，這些信息技術(shù)人員既要熟悉先進(jìn)控制本身，又要掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和工藝過(guò)程，各煉化企業(yè)自身缺乏足夠的技術(shù)力量，導(dǎo)致長(zhǎng)期維護(hù)問(wèn)題日益突出。另外，在MES系統(tǒng)的推廣實(shí)施中，各煉化企業(yè)均建立了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)，從DCS系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并集成LIMS數(shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和在線(xiàn)分析儀表數(shù)據(jù)。如果企業(yè)現(xiàn)有和新建的先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)不能充分利用MES的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，將導(dǎo)致額外的投資和實(shí)施，甚至?xí)霈F(xiàn)APC對(duì)DCS數(shù)據(jù)采集、回送與MES爭(zhēng)資源的問(wèn)題，影響裝置正常運(yùn)行。中國(guó)石化由石化盈科統(tǒng)一承擔(dān)先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化的實(shí)施與運(yùn)維工作，明顯提高了國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)先進(jìn)控制系統(tǒng)應(yīng)用效果。實(shí)踐表明，這種由信息部門(mén)統(tǒng)一管理，由信息技術(shù)公司統(tǒng)一承擔(dān)實(shí)施與運(yùn)維的方式，有效地加快了APCRTO的實(shí)施速度，提高了應(yīng)用效果，保證了系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。4 企業(yè)信息化內(nèi)涵思考4.1 明確先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化定位DCS系統(tǒng)是先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化的主要控制手段。在先進(jìn)控制技術(shù)發(fā)展的初期，曾經(jīng)有DCS系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制的趨勢(shì)。另外，在ERP/MES/PCS 3層結(jié)構(gòu)中，APC/RTO也與DCS/PLC一道被劃分為PCS層的系統(tǒng)。因此，先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化常被納入自動(dòng)化范疇，視為生產(chǎn)控制層面的系統(tǒng)，甚至與DCS/PLC系統(tǒng)混為一談。但從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，APC/RTO與DCS/PLC差異較大，更類(lèi)似于MES、APS一類(lèi)的信息系統(tǒng)。DCS/PLC系統(tǒng)以硬件儀表為主，智能化和信息化程度低，在使用過(guò)程中對(duì)原有工藝和操作管理的變化影響較小。將其列為信息化建設(shè)的配套項(xiàng)目，由業(yè)務(wù)部門(mén)根據(jù)技改和固定資產(chǎn)投資計(jì)劃進(jìn)行建設(shè)是合適的。而先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化以數(shù)學(xué)模型和軟件為核心，智能化和信息化程度較高，對(duì)維護(hù)人員的信息技術(shù)水平要求高，對(duì)原有工藝和操作管理的依賴(lài)明顯。如果將先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化僅視為自動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分，進(jìn)而視為設(shè)備部門(mén)的工作，往往使先進(jìn)控制系統(tǒng)不能持續(xù)良好地應(yīng)用。從信息技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，隨著管控一體化和系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化正在從局部集成向企業(yè)級(jí)的全局應(yīng)用發(fā)展，MES的功能也在向控制層和計(jì)劃層滲透，APC/RTO與MES層的界限日益模糊，系統(tǒng)加強(qiáng)融合是煉化企業(yè)信息化的發(fā)展趨勢(shì)。如前所述，國(guó)外領(lǐng)先的流程企業(yè)集成解決方案供應(yīng)商，如AspenTech和Honeywell等，針對(duì)這種趨勢(shì)，均提出了以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，以MES為框架，集成先進(jìn)計(jì)劃及調(diào)度優(yōu)化、先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化等應(yīng)用的煉化企業(yè)整體解決方案。因此，雖然APC/RTO和DCS/PLC都是煉化企業(yè)信息化的組成部分，但將APC瓜TD定位為信息化建設(shè)的組成部分，而不是與DCS/PLC一樣定位為信息化建設(shè)的配套部分，有助于APC/RTO的實(shí)施與應(yīng)用。4.2在企業(yè)信息化規(guī)劃中統(tǒng)籌考慮先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化企業(yè)信息化建設(shè)規(guī)劃的任務(wù)是在企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的指導(dǎo)下，站在企業(yè)全局的高度，診斷、分析、評(píng)估企業(yè)管理和IT現(xiàn)狀，結(jié)合所屬行業(yè)信息化方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和對(duì)最新信息技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的掌握，提出企業(yè)信息化建設(shè)的遠(yuǎn)景、目標(biāo)和戰(zhàn)略，勾畫(huà)企業(yè)信息化的系統(tǒng)架構(gòu)、確定信息系統(tǒng)各部分的邏輯關(guān)系。從前面的分析可以看出，APC和RTO作為煉化企業(yè)管控一體化和系統(tǒng)優(yōu)化的重要組成部分，使煉化企業(yè)信息化建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，其發(fā)展趨勢(shì)是與MES、APS等系統(tǒng)充分融合。從近年來(lái)的實(shí)踐看，由信息部門(mén)統(tǒng)一管理，由信息技術(shù)公司統(tǒng)一承擔(dān)APC/RTO的實(shí)施與運(yùn)維，可以有效推動(dòng)其建設(shè)和應(yīng)用。因此，應(yīng)將APC/RTO納入企業(yè)信息化建設(shè)規(guī)劃，確定與MES、APS、ERP等系統(tǒng)的邏輯關(guān)系和融合方案，并統(tǒng)籌安排實(shí)施與運(yùn)維計(jì)劃，從而避免APC/RTO成為新的信息孤島或煉化企業(yè)管控一體化的瓶頸。1個(gè)生產(chǎn)企業(yè)要