石油石化企業(yè)信息化的先進控制與實時優(yōu)化.doc

石油石化企業(yè)信息化的先進控制與實時優(yōu)化 來源: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，國內(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、先進控制(advanced process control，APC)技術(shù)、在線優(yōu)化(real time optimization，RTO)技術(shù)、實時數(shù)據(jù)庫等方面也取得了長足進展。多年來，企業(yè)的技術(shù)人員和科研院所的學(xué)者們越來越感覺企業(yè)信息化不單單信息處理，更應(yīng)該通過信息化建設(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)市場問題。特別是近年供應(yīng)鏈技術(shù)研究的不斷深入，先進控制和實時優(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。這類手段與其他信息系統(tǒng)的集成應(yīng)用，是國外信息化工作的熱點，也是企業(yè)信息化的較高階段。經(jīng)過對先進控制和實時優(yōu)化發(fā)展趨勢以及企業(yè)信息化模型構(gòu)架分析和研究，以及對行業(yè)專家經(jīng)驗和觀點的歸納總結(jié)，我們認(rèn)為先進控制和實時優(yōu)化不僅是生產(chǎn)過程的最高層面，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，實現(xiàn)與MES、APS、ERP等信息系統(tǒng)及DCS、PLC等控制系統(tǒng)的有機整合，做好在煉化企業(yè)的應(yīng)用，從而促進自動化和信息化融合。2 先進控制與實時優(yōu)化基本概念和發(fā)展趨勢在典型的煉化裝置生產(chǎn)操作過程中，存在著動態(tài)響應(yīng)時間滯后、變量未能在線測量、動態(tài)響應(yīng)非線性、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控制(advanced process control，APC)理論，根據(jù)裝置運行的實時數(shù)據(jù)，采用多變量模型預(yù)估技術(shù)，計算出最佳的設(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某個具體的工藝測量值或與之有關(guān)的變量，而是根據(jù)1組相關(guān)的測量值乃至整個裝置的所有變量。通過實施APC，可以改善過程動態(tài)控制的性能，減少過程變量的波動幅度，使生產(chǎn)裝置在接近其約束邊界的條件下運行(卡邊操作)。90年代以來，大規(guī)模的模型預(yù)估控制和用于優(yōu)化的非線性預(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)上配備了先進控制系統(tǒng)。先進控制可以保證該控制環(huán)節(jié)穩(wěn)定運行在給定工況，但先進控制不能確定裝置的最優(yōu)工況及對應(yīng)的生產(chǎn)參數(shù)。針對該問題，在先進控制的基礎(chǔ)上，進一步研發(fā)出針對整個裝置的在線、閉環(huán)實時優(yōu)化(real-time optimization，RTO)技術(shù)。實時優(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，通過數(shù)據(jù)校正和更新模型參數(shù)，根據(jù)經(jīng)濟數(shù)據(jù)與約束條件進行模擬和優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果傳送到先進控制系統(tǒng)。實時優(yōu)化與先進控制集成后的基本流程如圖1所示。圖1先進控制和實時優(yōu)化基本流程圖近10多年來，實時優(yōu)化和先進控制的集成已經(jīng)成為過程工業(yè)的熱點，國外化工企業(yè)紛紛在主要裝置實施實時優(yōu)化，以獲取最大經(jīng)濟效益。目前國外多數(shù)煉化重點裝置已經(jīng)實施了先進控制和實時優(yōu)化。隨著實時優(yōu)化技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)(FCS)的發(fā)展，先進控制和實時優(yōu)化的發(fā)展趨勢是：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從分散式向集中式發(fā)展，控制范圍從單個裝置擴展為一批相關(guān)的裝置群，集成方式從先進控制和實時優(yōu)化的局部集成向企業(yè)級的全局應(yīng)用發(fā)展到，進而實現(xiàn)企業(yè)級控制(enterprise contr01)、高級預(yù)測(advanced forecasting)和多周期多廠優(yōu)化(multiperiod multiplant optimization)。該趨勢的具體表現(xiàn)是數(shù)學(xué)模型規(guī)模迅速擴大，將裝置模型與全廠生產(chǎn)動態(tài)、歷史數(shù)據(jù)和財務(wù)經(jīng)濟指標(biāo)相結(jié)合，考慮產(chǎn)品價格波動、原料價格、燃料價格變動，并反映到整個工廠計劃中。先進控制與實時優(yōu)化是確保煉化企業(yè)“安、穩(wěn)、長、滿、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)過程控制的最高手段，在企業(yè)信息化全面推進的今天，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控制和實時優(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)揮先進控制與實時優(yōu)化的基礎(chǔ)作用，實現(xiàn)與MES、APS、ERP等信息系統(tǒng)及DCS、PLC控制系統(tǒng)有機整合，做好在煉化企業(yè)的應(yīng)用，從而促進工業(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)概念簡述從70年代后半期開始，為了解決生產(chǎn)運行管理的實際需求，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)進度跟蹤、生產(chǎn)統(tǒng)計等功能的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。90年代美國管理界提出的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)概念，將上述系統(tǒng)加以完善和擴展，作為聯(lián)接過程控制層面各系統(tǒng)和經(jīng)營管理層面的ERP系統(tǒng)的中間層。為ERP系統(tǒng)提供準(zhǔn)確及時的生產(chǎn)相關(guān)信息。隨著計算機技術(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)計劃優(yōu)化、滾動調(diào)度、實時數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)校正、收率計算、成本控制、生產(chǎn)統(tǒng)計、KPI指標(biāo)實時監(jiān)控、績效分析、流程模擬、質(zhì)量控制、在線優(yōu)化、先進控制、資產(chǎn)管理、設(shè)備診斷維護、庫存管理自動化、在線調(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)展趨勢企業(yè)管理一體化是指將企業(yè)的生產(chǎn)過程控制、優(yōu)化、運行、計劃與管理作為1個整體進行控制和管理，提供整體解決方案，以實現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理，全面提高企業(yè)競爭能力。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。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)營決策層、企業(yè)管理層、生產(chǎn)調(diào)度層、過程優(yōu)化層、過程控制層)過渡為3層結(jié)構(gòu)(ERP/MES/PCS，計劃層/執(zhí)行層/控制層或管理層/生產(chǎn)層/控制層)。在實踐中，中國石油于“十五”末提出了2大系統(tǒng)的思路。針對管控一體化需求，國外領(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)平臺為基礎(chǔ)，以MES為框架，集成先進計劃及調(diào)度優(yōu)化、先進控制與實時優(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，通過這些整體解決方案，實現(xiàn)了生產(chǎn)經(jīng)營管理與生產(chǎn)過程控制的一體化。3.3先進控制與實時優(yōu)化在生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)中的地位以下分別從化工過程優(yōu)化以及系統(tǒng)實施與運維角度對APCRTO與MES融合的意義進行分析。3.3.1化工過程優(yōu)化視角煉化企業(yè)的優(yōu)化可以分為5個層次，如圖4所示。在第l層(生產(chǎn)計劃層)根據(jù)需求預(yù)測、供應(yīng)鏈方案和市場情況，結(jié)合企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)，設(shè)定符合原材料供應(yīng)和產(chǎn)能約束的計劃目標(biāo)，即制定年度計劃和月計劃；在生產(chǎn)調(diào)度層，隨時間變化，做出各裝置生產(chǎn)能力和人員配置的決策，即周計劃和現(xiàn)場調(diào)度；目前，煉化企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)計劃優(yōu)化一般采用線性規(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)計劃和可行的調(diào)度方案。第3層在利用網(wǎng)絡(luò)連接各過程單元的基礎(chǔ)上，通過實時優(yōu)化確定最優(yōu)工況；第4層通過先進控制技術(shù)實現(xiàn)過程控制的最優(yōu)調(diào)節(jié)，同時還完成緊急情況響應(yīng)和診斷等工作；第5層通過DCS/PLC等自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)工業(yè)裝置的數(shù)據(jù)獲取、軟測量、錯誤檢測和操作執(zhí)行等功能。當(dāng)前，各煉化企業(yè)一般通過實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)將DCS/PLC的數(shù)據(jù)集成到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，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)度和計劃優(yōu)化需要以準(zhǔn)確的煉廠和裝置的數(shù)學(xué)模型作為優(yōu)化工具。但生產(chǎn)中必須根據(jù)原料和公用工程實際情況，調(diào)整工藝條件，以滿足新的工況要求。而且工業(yè)裝置隨著生產(chǎn)時間的推移，必然會發(fā)生催化劑老化、換熱器結(jié)垢、設(shè)備狀況變差等情況，也需要適時調(diào)整有關(guān)工藝條件。上述2類原因引起的工藝條件變化，又會導(dǎo)致煉廠和裝置的數(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，并提出根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫實現(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)實際同步運行的構(gòu)想。另外，生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)計劃獲得優(yōu)化后，又對操作管理和控制水平提出了更高的要求，如果沒有相適應(yīng)的先進控制和實時優(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。先進控制與實時優(yōu)化正是及時修正數(shù)學(xué)模型，解釋分析實時數(shù)據(jù)庫海量數(shù)據(jù)和有效執(zhí)行優(yōu)化調(diào)度指令的關(guān)鍵系統(tǒng)。通過先進控制與實時優(yōu)化應(yīng)用和用于生產(chǎn)調(diào)度與計劃的信息系統(tǒng)的有效整合，對于提高優(yōu)化效果具有重要意義。3.3.2實施與運維視角雖然先進控制系統(tǒng)效益明顯，國內(nèi)在80年代也已經(jīng)開始實施先進控制系統(tǒng)，但煉化企業(yè)先進控制建設(shè)和應(yīng)用情況與國外差距明顯，特別在長期投用率方面，其主要原因是缺少長期維護。開發(fā)單位在開發(fā)應(yīng)用過程中可以保證系統(tǒng)的正常運行，但先進控制需要信息技術(shù)人員進行維護，這些信息技術(shù)人員既要熟悉先進控制本身，又要掌握計算機控制系統(tǒng)和工藝過程，各煉化企業(yè)自身缺乏足夠的技術(shù)力量，導(dǎo)致長期維護問題日益突出。另外，在MES系統(tǒng)的推廣實施中，各煉化企業(yè)均建立了實時數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，從DCS系統(tǒng)獲取實時數(shù)據(jù)，并集成LIMS數(shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)和在線分析儀表數(shù)據(jù)。如果企業(yè)現(xiàn)有和新建的先進控制與實時優(yōu)化系統(tǒng)不能充分利用MES的實時數(shù)據(jù)庫，將導(dǎo)致額外的投資和實施，甚至?xí)霈F(xiàn)APC對DCS數(shù)據(jù)采集、回送與MES爭資源的問題，影響裝置正常運行。中國石化由石化盈科統(tǒng)一承擔(dān)先進控制與實時優(yōu)化的實施與運維工作，明顯提高了國內(nèi)煉化企業(yè)先進控制系統(tǒng)應(yīng)用效果。實踐表明，這種由信息部門統(tǒng)一管理，由信息技術(shù)公司統(tǒng)一承擔(dān)實施與運維的方式，有效地加快了APCRTO的實施速度，提高了應(yīng)用效果，保證了系統(tǒng)的長期可靠運行。4 企業(yè)信息化內(nèi)涵思考4.1 明確先進控制與實時優(yōu)化定位DCS系統(tǒng)是先進控制與實時優(yōu)化的主要控制手段。在先進控制技術(shù)發(fā)展的初期，曾經(jīng)有DCS系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)先進控制的趨勢。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，先進控制與實時優(yōu)化常被納入自動化范疇，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。但從實際應(yīng)用來看，APC/RTO與DCS/PLC差異較大，更類似于MES、APS一類的信息系統(tǒng)。DCS/PLC系統(tǒng)以硬件儀表為主，智能化和信息化程度低，在使用過程中對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)的配套項目，由業(yè)務(wù)部門根據(jù)技改和固定資產(chǎn)投資計劃進行建設(shè)是合適的。而先進控制和實時優(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，對維護人員的信息技術(shù)水平要求高，對原有工藝和操作管理的依賴明顯。如果將先進控制與實時優(yōu)化僅視為自動控制系統(tǒng)的一部分，進而視為設(shè)備部門的工作，往往使先進控制系統(tǒng)不能持續(xù)良好地應(yīng)用。從信息技術(shù)發(fā)展趨勢來看，隨著管控一體化和系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，先進控制和實時優(yōu)化正在從局部集成向企業(yè)級的全局應(yīng)用發(fā)展，MES的功能也在向控制層和計劃層滲透，APC/RTO與MES層的界限日益模糊，系統(tǒng)加強融合是煉化企業(yè)信息化的發(fā)展趨勢。如前所述，國外領(lǐng)先的流程企業(yè)集成解決方案供應(yīng)商，如AspenTech和Honeywell等，針對這種趨勢，均提出了以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺為基礎(chǔ)，以MES為框架，集成先進計劃及調(diào)度優(yōu)化、先進控制與實時優(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)籌考慮先進控制與實時優(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)信息化方面的實踐經(jīng)驗和對最新信息技術(shù)發(fā)展趨勢的掌握，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)展趨勢是與MES、APS等系統(tǒng)充分融合。從近年來的實踐看，由信息部門統(tǒng)一管理，由信息技術(shù)公司統(tǒng)一承擔(dān)APC/RTO的實施與運維，可以有效推動其建設(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)籌安排實施與運維計劃，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，不必過分強調(diào)其信息化內(nèi)容，但一定要知道其真正作用；1個在建企業(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)代化工廠的需要，要灌輸快速反映2個市場的需要。企業(yè)信息化整體設(shè)計時必須堅持與先進控制和實時優(yōu)化統(tǒng)籌考慮，然后逐步實施，最終滿足數(shù)字工廠的需要。4.3理順投資渠道目前先進控制與實時優(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，將先進控制和實時優(yōu)化費用與裝置設(shè)備一并計算，有些企業(yè)則將其列入技改技措投資或固定資產(chǎn)投資。資金來源多樣化，投資渠道不順暢，帶來了從建設(shè)實施到運維的一系列問題。在“十五”前，信息化建設(shè)投資也存在類似的資金來源多樣化，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，大大促進了應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)。信息化建設(shè)投資方式的改進對理順先進控制與實時優(yōu)化投資渠道有很強的借鑒。當(dāng)前國內(nèi)煉化企業(yè)先進控制與實時優(yōu)化水平與國外大型先進企業(yè)仍有較大差距，在配套條件滿足的情況下應(yīng)加快推進建設(shè)，保障其投資。雖然各裝置的先進控制與實時優(yōu)化實施存在多樣化、差異化，但隨著先進控制與實時優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，以及系統(tǒng)間有效集成的迫切需求，先進控制與實時優(yōu)化實施的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)提上日程。先進控制與實時優(yōu)化和MES系統(tǒng)共用統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺和實時數(shù)據(jù)庫，并與生產(chǎn)計劃和調(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，通過改進先進控制與實時優(yōu)化系統(tǒng)的運行維護模式，將使其長期有效運行成為可能。將先進控制與實時優(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，可提高先進控制與實時優(yōu)化的建設(shè)和應(yīng)用效果，最終實現(xiàn)企業(yè)信息化與工業(yè)化融合的目標(biāo)。5 結(jié)束語綜上所述，先進控制和實時優(yōu)化不僅是生產(chǎn)過程最高層面，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，實現(xiàn)MES、APS、ERP等信息系統(tǒng)及DCS、PLC等控制系統(tǒng)的有機整合。建議石油石化企業(yè)應(yīng)積極做好先進控制與實時優(yōu)化的實施配套工作，充分考慮生產(chǎn)和信息化對先進控制與實時優(yōu)化的需求，對于已投產(chǎn)企業(yè)要在生產(chǎn)和企業(yè)信息化改造增加該項內(nèi)容和費用，對于新建企業(yè)要直接納入企業(yè)信息化進行統(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，從而促進自動化和信息化融合，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先進控制與實時優(yōu)化在生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)中的地位以下分別從化工過程優(yōu)化以及系統(tǒng)實施與運維角度對APCRTO與MES融合的意義進行分析。3.3.1化工過程優(yōu)化視角煉化企業(yè)的優(yōu)化可以分為5個層次，如圖4所示。在第l層(生產(chǎn)計劃層)根據(jù)需求預(yù)測、供應(yīng)鏈方案和市場情況，結(jié)合企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)，設(shè)定符合原材料供應(yīng)和產(chǎn)能約束的計劃目標(biāo)，即制定年度計劃和月計劃；在生產(chǎn)調(diào)度層，隨時間變化，做出各裝置生產(chǎn)能力和人員配置的決策，即周計劃和現(xiàn)場調(diào)度；目前，煉化企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)計劃優(yōu)化一般采用線性規(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)計劃和可行的調(diào)度方案。第3層在利用網(wǎng)絡(luò)連接各過程單元的基礎(chǔ)上，通過實時優(yōu)化確定最優(yōu)工況；第4層通過先進控制技術(shù)實現(xiàn)過程控制的最優(yōu)調(diào)節(jié)，同時還完成緊急情況響應(yīng)和診斷等工作；第5層通過DCS/PLC等自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)工業(yè)裝置的數(shù)據(jù)獲取、軟測量、錯誤檢測和操作執(zhí)行等功能。當(dāng)前，各煉化企業(yè)一般通過實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)將DCS/PLC的數(shù)據(jù)集成到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，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)度和計劃優(yōu)化需要以準(zhǔn)確的煉廠和裝置的數(shù)學(xué)模型作為優(yōu)化工具。但生產(chǎn)中必須根據(jù)原料和公用工程實際情況，調(diào)整工藝條件，以滿足新的工況要求。而且工業(yè)裝置隨著生產(chǎn)時間的推移，必然會發(fā)生催化劑老化、換熱器結(jié)垢、設(shè)備狀況變差等情況，也需要適時調(diào)整有關(guān)工藝條件。上述2類原因引起的工藝條件變化，又會導(dǎo)致煉廠和裝置的數(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，并提出根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫實現(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)實際同步運行的構(gòu)想。另外，生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)計劃獲得優(yōu)化后，又對操作管理和控制水平提出了更高的要求，如果沒有相適應(yīng)的先進控制和實時優(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。先進控制與實時優(yōu)化正是及時修正數(shù)學(xué)模型，解釋分析實時數(shù)據(jù)庫海量數(shù)據(jù)和有效執(zhí)行優(yōu)化調(diào)度指令的關(guān)鍵系統(tǒng)。通過先進控制與實時優(yōu)化應(yīng)用和用于生產(chǎn)調(diào)度與計劃的信息系統(tǒng)的有效整合，對于提高優(yōu)化效果具有重要意義。3.3.2實施與運維視角雖然先進控制系統(tǒng)效益明顯，國內(nèi)在80年代也已經(jīng)開始實施先進控制系統(tǒng)，但煉化企業(yè)先進控制建設(shè)和應(yīng)用情況與國外差距明顯，特別在長期投用率方面，其主要原因是缺少長期維護。開發(fā)單位在開發(fā)應(yīng)用過程中可以保證系統(tǒng)的正常運行，但先進控制需要信息技術(shù)人員進行維護，這些信息技術(shù)人員既要熟悉先進控制本身，又要掌握計算機控制系統(tǒng)和工藝過程，各煉化企業(yè)自身缺乏足夠的技術(shù)力量，導(dǎo)致長期維護問題日益突出。另外，在MES系統(tǒng)的推廣實施中，各煉化企業(yè)均建立了實時數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，從DCS系統(tǒng)獲取實時數(shù)據(jù)，并集成LIMS數(shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)和在線分析儀表數(shù)據(jù)。如果企業(yè)現(xiàn)有和新建的先進控制與實時優(yōu)化系統(tǒng)不能充分利用MES的實時數(shù)據(jù)庫，將導(dǎo)致額外的投資和實施，甚至?xí)霈F(xiàn)APC對DCS數(shù)據(jù)采集、回送與MES爭資源的問題，影響裝置正常運行。中國石化由石化盈科統(tǒng)一承擔(dān)先進控制與實時優(yōu)化的實施與運維工作，明顯提高了國內(nèi)煉化企業(yè)先進控制系統(tǒng)應(yīng)用效果。實踐表明，這種由信息部門統(tǒng)一管理，由信息技術(shù)公司統(tǒng)一承擔(dān)實施與運維的方式，有效地加快了APCRTO的實施速度，提高了應(yīng)用效果，保證了系統(tǒng)的長期可靠運行。4 企業(yè)信息化內(nèi)涵思考4.1 明確先進控制與實時優(yōu)化定位DCS系統(tǒng)是先進控制與實時優(yōu)化的主要控制手段。在先進控制技術(shù)發(fā)展的初期，曾經(jīng)有DCS系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)先進控制的趨勢。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，先進控制與實時優(yōu)化常被納入自動化范疇，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。但從實際應(yīng)用來看，APC/RTO與DCS/PLC差異較大，更類似于MES、APS一類的信息系統(tǒng)。DCS/PLC系統(tǒng)以硬件儀表為主，智能化和信息化程度低，在使用過程中對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)的配套項目，由業(yè)務(wù)部門根據(jù)技改和固定資產(chǎn)投資計劃進行建設(shè)是合適的。而先進控制和實時優(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，對維護人員的信息技術(shù)水平要求高，對原有工藝和操作管理的依賴明顯。如果將先進控制與實時優(yōu)化僅視為自動控制系統(tǒng)的一部分，進而視為設(shè)備部門的工作，往往使先進控制系統(tǒng)不能持續(xù)良好地應(yīng)用。從信息技術(shù)發(fā)展趨勢來看，隨著管控一體化和系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，先進控制和實時優(yōu)化正在從局部集成向企業(yè)級的全局應(yīng)用發(fā)展，MES的功能也在向控制層和計劃層滲透，APC/RTO與MES層的界限日益模糊，系統(tǒng)加強融合是煉化企業(yè)信息化的發(fā)展趨勢。如前所述，國外領(lǐng)先的流程企業(yè)集成解決方案供應(yīng)商，如AspenTech和Honeywell等，針對這種趨勢，均提出了以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺為基礎(chǔ)，以MES為框架，集成先進計劃及調(diào)度優(yōu)化、先進控制與實時優(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)籌考慮先進控制與實時優(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)信息化方面的實踐經(jīng)驗和對最新信息技術(shù)發(fā)展趨勢的掌握，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)展趨勢是與MES、APS等系統(tǒng)充分融合。從近年來的實踐看，由信息部門統(tǒng)一管理，由信息技術(shù)公司統(tǒng)一承擔(dān)APC/RTO的實施與運維，可以有效推動其建設(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)籌安排實施與運維計劃，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個生產(chǎn)企業(yè)要