作者簡介

解懷仁（1940-），男，北京人，1965年畢業(yè)于天津大學，曾擔任石化規(guī)劃院計算機室主任，中國儀表學會自控設計委員會常委，中國儀表行業(yè)協(xié)會現(xiàn)場總線（FF）專委會技術顧問，中國石油和石化工程研究會儀表部主任等。主要從事石化儀表自控設計并負責石化儀表自控設計審查和規(guī)劃工作，主編石化儀表控制系統(tǒng)手冊，發(fā)表近20篇論文，組織和研發(fā)國產(chǎn)DCS獲國家科技進步三等獎。

李克強總理在2015年的政府工作報告中，提出制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結合。互聯(lián)網(wǎng)+制造，就是傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)采用移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、機器人、人工智能以及3D打印等技術，改造原有產(chǎn)品及研發(fā)生產(chǎn)方式，是“兩化融合”的升級。石油化工企業(yè)運用物聯(lián)網(wǎng)技術，可以將機器等生產(chǎn)設施接入互聯(lián)網(wǎng)，構建網(wǎng)絡化物理設備系統(tǒng)（CPS），進而使各生產(chǎn)設備能夠自動交換信息、觸發(fā)動作和實施控制，加快生產(chǎn)制造實時數(shù)據(jù)信息的感知、傳送和分析，加快生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置。當前，中石化企業(yè)正在打造互聯(lián)網(wǎng)+智能化油田、智能化管道、智能化工廠。

中石化以智能工廠為代表的信息化示范工程建設已取得初步成效。智能工廠試點企業(yè)通過對生產(chǎn)操作、工藝優(yōu)化、HSE、物流、設備的智能化管理，提高了裝置運行績效，提升了企業(yè)運行效益。下一步，中石化計劃用3年時間建成智能工廠應用框架，在4家企業(yè)開展智能化應用試點；5年內(nèi)實現(xiàn)重點企業(yè)業(yè)務領域智能化應用的試點建設；未來8~10年，在20家千萬噸級大規(guī)模煉化企業(yè)實現(xiàn)智能工廠的全面推廣，率先在煉化企業(yè)打造世界一流信息化能力。

石化智能工廠作為石化企業(yè)多年信息化建設的延續(xù)，將先進制造模式與現(xiàn)代傳感技術、網(wǎng)絡技術、自動化技術、智能化技術和管理技術等融合，是科技進步和行業(yè)可持續(xù)發(fā)展背景下石化行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是石化行業(yè)兩化深度融合發(fā)展的產(chǎn)物。

1　石化智能工廠的特征

石化智能工廠目前已經(jīng)成為現(xiàn)代制造領域中一個新的研究應用領域，其概念和內(nèi)涵正在不斷發(fā)展和完善，如由美國主要石化企業(yè)、IT企業(yè)和科研院所組成的研究協(xié)會SPM（SmartProcess Manufacturing）和SMLC（Smart Manufacturing LeadershipCoalition）發(fā)布了相關研究報告，同時如Rockwell、ABB公司、AspenTech、Honeywell等國際知名廠商提出的智能工廠整體解決方案均推動著石化智能工廠的研究更加活躍和迅速發(fā)展。

石化智能工廠作為石化行業(yè)兩化深度融合發(fā)展的高級階段，其為石化企業(yè)的工藝、設備、流程、人員發(fā)展，特別是創(chuàng)新方面起到了極大的推動作用。歸納起來，石化智能工廠具有如下特點：自動化是前提、數(shù)字化是基礎、可視化是方法、模型化是支撐、集成化是核心。

（1）自動化是減輕人的勞動，強化、延伸、取代人的有關勞動的技術或手段，隨著信息技術的發(fā)展，自動化更是有效地提高了腦力勞動自動化的水平，解放了人的部分腦力勞動 。石化生產(chǎn)中，隨著信息技術不斷地與制造技術相融合而削弱了人對設備的操控的局限性，石化智能工廠中生產(chǎn)的基礎手段逐漸從手工操作發(fā)展到自動控制，從低級的單回路控制發(fā)展到高級復雜系統(tǒng)控制，從單元先進控制到區(qū)域集成優(yōu)化。

（2）數(shù)字化表現(xiàn)為可計算性和可度量性，是計算機、多媒體技術、軟件技術、智能技術的基礎，也是信息化的技術基礎。石化智能工廠通過覆蓋工業(yè)現(xiàn)場的感知網(wǎng)絡實現(xiàn)物理制造空間與信息空間的無縫對接，為精細化和智能化管控提供前提。例如石化智能工廠的能源管理是基于能源計量和能源統(tǒng)計對水、電、汽、風等生產(chǎn)和消耗的數(shù)據(jù)進行收集、平衡和統(tǒng)計，把公用工程系統(tǒng)的運行、裝置能源動力消耗情況提供給調(diào)度部門和生產(chǎn)部門，為企業(yè)的用能分析和優(yōu)化奠定基礎。

（3）可視化的含義是將生產(chǎn)狀態(tài)、工業(yè)視頻等各類信息高度集中和融合，加強對空間信息的管理，為操作和決策人員提供對現(xiàn)場環(huán)境的感知，確保迅速準確的掌握所有信息和快速的決策。石化智能工廠的可視化特點一方面體現(xiàn)在以三維設計數(shù)據(jù)為基礎，實現(xiàn)生產(chǎn)裝置全生命周期管理和提高裝置操作人員培訓效率，另一方面把各種繁雜的運行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成直觀的圖形和圖像，利用人對圖形的敏感度進行快速決策。

（4）模型化是指通過利用生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)和專家知識，將石化工廠的行為和特征的知識理解固化成各類工藝、業(yè)務模型和規(guī)則，實現(xiàn)人與制造系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮。如充分利用操作人員積累的業(yè)務知識和經(jīng)驗建立模型，出現(xiàn)異常工況或者進行生產(chǎn)分析預測時，可調(diào)度適用的模型來輔助決策，進行有效支撐。

（5）集成化是指石化智能工廠中的系統(tǒng)與現(xiàn)有石化生產(chǎn)過程的工藝過程和管理業(yè)務流程高度集成，實現(xiàn)石化生產(chǎn)各個管理環(huán)節(jié)和各工序間緊密銜接與集成，從全局角度實現(xiàn)整體優(yōu)化。例如計劃調(diào)度不在局限于局部的優(yōu)化而擴展至全廠范圍內(nèi)的一體化優(yōu)化，又如能源管理方面實現(xiàn)與生產(chǎn)優(yōu)化集成的能源計劃和調(diào)度的配置優(yōu)化等等。

（6）積極采用移動通訊、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、流程模擬與優(yōu)化、知識管理等先進信息化技術，實現(xiàn)高效調(diào)度、降低消耗、安全生產(chǎn)、減輕員工勞動強度、提高工作效率、管理水平和盈利能力等。

2　解決方案

現(xiàn)石化智能化示范廠在對比了多家廠商的解決方案，從技術的先進性、適用性、兼容性和產(chǎn)品的成熟度等多方面考慮，最終選擇了華為的無線智能工廠解決方案。該智能工廠建設項目，將建設三大平臺、十二大系統(tǒng)共48個子系統(tǒng)，體現(xiàn)“實時化、自動化、模型化、可視化、智能化”的特征，實現(xiàn)計劃調(diào)度、裝置操作、安全環(huán)保、能源管理、IT管控五個方面的智能化。

（1）建設多個基站

石化智能示范廠區(qū)總面積大約5平方公里，現(xiàn)在已經(jīng)部署了兩個基站覆蓋了分公司大樓、鍋爐發(fā)電區(qū)、常減壓車間、催化車間、二聯(lián)合車間、連續(xù)重整車間、焦化車間等，接下來計劃再部署一個LTE基站，覆蓋800萬噸油品升級項目的新區(qū)，就實現(xiàn)全廠區(qū)的無縫信號覆蓋。LTE基站單扇區(qū)帶寬可以達到上行50Mbps，下行100Mbps，憑借其高帶寬，在網(wǎng)絡上可以同時承載儲罐儲備情況、火災、流量和能耗計量等數(shù)據(jù)的回傳，臨時工程點、卸油碼頭、生產(chǎn)區(qū)周界、河流排放區(qū)的視頻監(jiān)控，巡檢過程中的集群調(diào)度，突發(fā)事件的應急指揮等生產(chǎn)和管理業(yè)務。

（2）調(diào)度和應急指揮

在調(diào)度和應急指揮方面，首先在集群上引入了視頻對講功能，這樣在中控室就可以隨時查看外操人員手持終端拍攝到的視頻畫面；而且，也實現(xiàn)了視頻會議與調(diào)度系統(tǒng)的互聯(lián)互通，在應急指揮中心也可以實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的可視化指揮，提升協(xié)作效率。

對于數(shù)據(jù)采集和視頻監(jiān)控業(yè)務，工業(yè)儀表和攝像頭可以直接通過CPE將數(shù)據(jù)或視頻回傳到中控室相應的業(yè)務平臺，現(xiàn)場設備只需接通電源，無需挖溝部署有線網(wǎng)絡，快速部署。基于現(xiàn)有的4G寬帶網(wǎng)絡，后續(xù)對臨時點監(jiān)控的部署也會大為便利；同時，無線網(wǎng)絡相比有線方式，網(wǎng)絡結構更加扁平，運維及擴容效率大幅提升。

（3）數(shù)字無線集群系統(tǒng)

針對模擬對講機和集群群組不足的問題，現(xiàn)改用數(shù)字無線集群系統(tǒng)，提高了頻譜利用率，最大支持1024個調(diào)度組，單小區(qū)支持160個組并發(fā)，滿足現(xiàn)在業(yè)務容量和和生產(chǎn)通訊需求，同時也兼顧未來的擴容。該集群系統(tǒng)基于終端號碼靈活編組，不同部門不同群組，有效支持靈活分組調(diào)度。

在安全和巡檢方面，考慮到煉化廠存在易燃易爆氣體，現(xiàn)已用防爆終端，防爆等級達到Ex ib IIC T4；同時，終端支持定位功能，可以隨時定位攜帶人員的位置信息，結合GIS地圖不但可以規(guī)范巡檢流程，也可以保障人員在非常情況下能夠快速找到。此外，終端還支持測溫、測震、照明、RFID等功能，可支持巡檢、刷卡簽到、資產(chǎn)管理等各類應用。

（4）智能工廠的可視化

“可視化”是石化“智能工廠”建設的重要特征，也是未來信息技術的重要發(fā)展方向。由威創(chuàng)分兩期為石化示范廠提供可視化解決方案與系統(tǒng)。

目前，威創(chuàng)為石化廠打造的一期可視化建設工程已順利完成。根據(jù)石化示范廠應用需求，在一期建設中，威創(chuàng)為其提供的可視化解決方案包括：由27套67" DLP一體化顯示單元拼接而成的主操作（控）中心大屏顯示系統(tǒng)；由8套55" 窄邊液晶顯示單元拼接而成的生產(chǎn)調(diào)度室大屏顯示系統(tǒng)；由8套46" 窄邊液晶顯示單元拼接而成的應急指揮中心大屏顯示系統(tǒng)。

在二期可視化工程中，威創(chuàng)將為石化示范動力廠中心控制室、油品中心控制室、水務中心控制室提供可視化建設支撐。

在二期工程建成后，威創(chuàng)為石化打造的可視化系統(tǒng)將連接六大中心控制室可視化交互操控平臺的調(diào)試和協(xié)同，實現(xiàn)了石化各中心信息互聯(lián)互通，助力其生產(chǎn)管控的協(xié)同優(yōu)化，能源管理的精細規(guī)范。

為滿足企業(yè)實時協(xié)同工作的需求，該系統(tǒng)還實現(xiàn)了音視頻信號的同步采集和播放。系統(tǒng)采集到的音視頻信號可以通過網(wǎng)絡在所有六個控制中心和石化大廈進行同步播放，實現(xiàn)重要會議、活動的同步直播。此外，該系統(tǒng)還實現(xiàn)了手機等移動終端信號的采集，可播放手機等移動終端信號，大大提升了信息管控的便利性。

3　初步效果

在2014年9月已經(jīng)完成了石化智能示范廠一期項目的成功交付，完成了LTE無線寬帶網(wǎng)絡、調(diào)度系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、存儲、巡檢終端等設備的交付，系統(tǒng)覆蓋了分公司大樓、鍋爐發(fā)電區(qū)和各車間等大部分廠區(qū)，已經(jīng)正式投入運營并帶來了明顯的效果。

（1）現(xiàn)在專業(yè)工程師、內(nèi)操、外操人員之間通過實時、高清、流暢的視頻通話，快速地溝通和確認問題，例如交接班，現(xiàn)在，只需班長在中控室通過視頻會議與現(xiàn)場外操人員手持終端視頻通話，就可以遠程完成交接班，整個交接班過程從原來的30分鐘縮短到現(xiàn)在的5分鐘，大大提高了工作效率。

（2）以100個監(jiān)測點的網(wǎng)絡部署工程為例，以往挖溝布線和設備安裝大約需要半個月時間，現(xiàn)在采用LTE無線網(wǎng)絡，工程時間縮短到1~2天。在運維方面，扁平化的無線網(wǎng)絡結構使得我們只需關注基站點和接入點，快速簡易。

（3）原模擬集群調(diào)度系統(tǒng)只支持16個群組，現(xiàn)在LTE集群調(diào)度系統(tǒng)最大支持1024個群組，遠遠滿足廠區(qū)調(diào)度和應急指揮的場景使用；另外，新系統(tǒng)內(nèi)引入錯誤校正功能，通話質(zhì)量更高；最后，現(xiàn)有對講系統(tǒng)對傳輸信號進行了多重加密，防止竊聽，安全性更高。

（4）現(xiàn)有巡檢人員只需要攜帶一部終端就可以輕松完成巡檢業(yè)務，大大提高了員工操作的滿意度。另外，通過五元組（人、時間、位置、數(shù)據(jù)、拍照）信息確認，詳細記錄巡檢路線、儀表數(shù)據(jù)、現(xiàn)場照片，從根本上杜絕了假巡檢、脫崗和漏檢等行為。

4　今后發(fā)展

在未來，石化示范廠將進一步擴大無線寬帶網(wǎng)絡的建設，實現(xiàn)全廠區(qū)的無縫網(wǎng)絡覆蓋，承載更多移動業(yè)務；并會建設一個云數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)虛擬化、云計算等IT智能化管理，進一步節(jié)省能源消耗率，提升資源利用率，實現(xiàn)更智能化的工廠運營。

（1）走向智能化 建好數(shù)據(jù)中心是關鍵

信息化在石化行業(yè)的生產(chǎn)運行和管理當中起著非常重要的作用，對數(shù)據(jù)、信息的管理與運用，在很大的程度上影響著石化行業(yè)的競爭能力。因此，積極推進大數(shù)據(jù)時代的信息可視化建設成為了石化企業(yè)的重要手段。

根據(jù)石油石化行業(yè)各應用場景的實際需求，威創(chuàng)大屏拼接顯示系統(tǒng)可為其提供超高分辨率可視化展示平臺，能直觀地呈現(xiàn)DCS數(shù)據(jù)業(yè)務、會商決策、遠程監(jiān)控等綜合信息，為客戶提升運營能力，讓決策更從容。

華為特別提出一種全新的建設思路，即業(yè)務驅(qū)動的分布式云數(shù)據(jù)中心（SD-DC2）——不僅能夠讓傳統(tǒng)業(yè)務與新業(yè)務都更高效地運行，還能使IT資源實現(xiàn)業(yè)務感知、更靈活的共享和彈性伸縮，幫助客戶實現(xiàn)更加敏捷的業(yè)務創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型，更好地支撐企業(yè)的數(shù)據(jù)中心向未來演進。

（2）采集設備整合形成“云”的架構

立足石化未來建設需求，威創(chuàng)打造的該系統(tǒng)采用分布式系統(tǒng)架構設計，將分布在各個場所的顯示設備、音視頻采集設備整合在一起，形成了一個“云”的架構。信號的采集和播放采用編解碼盒的方式，可靈活部署。擴容、臨時增加遠程、互通信號采集或擺放點時都只需增加相應的編解碼盒，大大的增加了系統(tǒng)使用的便利性、擴展性，以滿足石化“智能工廠”的持續(xù)性建設。

（3）BDII行動綱領 指引聯(lián)合創(chuàng)新

華為的目標是做全球領先的ICT解決方案供應商，有一個行動綱領——打造業(yè)務驅(qū)動的一站式ICT基礎架構(Business-DrivenICT Infrastructure，BDII)。當前石化行業(yè)最主要的信息化發(fā)展趨勢就是智能化，包含數(shù)字油田、智能管道、智能煉化等。對于石化行業(yè)來說，首先，華為的敏捷網(wǎng)絡、云數(shù)據(jù)中心解決方案可以幫助石化企業(yè)進一步完善和提升網(wǎng)絡基礎設施能力和數(shù)據(jù)中心基礎設施能力。同時，華為的融合通信、視頻會議等可以幫助石化行業(yè)大提升協(xié)作效率、降低溝通成本。另外，華為的無線LTE、視頻監(jiān)控等解決方案也都是油田、煉化企業(yè)在數(shù)字化、智能化建設中重要的技術手段。華為的整體物聯(lián)網(wǎng)解決方案將在石化行業(yè)數(shù)字油田、智能煉化、智能管道等解決方案中發(fā)揮重要作用。在BDII指導下，華為和合作伙伴將通過戰(zhàn)略、技術、人才和市場四個層面進行合作。在戰(zhàn)略層面，華為確立了三方共贏的戰(zhàn)略指導思想；在執(zhí)行層面，通過技術合作、人才合作和市場合作確保三方的聯(lián)合創(chuàng)新與共贏得以切實落地和實現(xiàn)。華為認為，只有BDII三方都以開放的思路聯(lián)合創(chuàng)新，才能獲取最大價值的商業(yè)成功。

上述石化智能示范工廠項目是以800萬噸油品質(zhì)量升級項目為契機，參考國內(nèi)外先進的煉化企業(yè)業(yè)務、信息化發(fā)展趨勢和案例，結合石化廠發(fā)展戰(zhàn)略和特色管理模式，利用現(xiàn)代傳感技術、網(wǎng)絡技術、自動化技術、智能化技術和管理技術等先進技術，與現(xiàn)有生產(chǎn)過程的工藝和設備運行技術高度集成，實現(xiàn)復雜環(huán)境下生產(chǎn)運營的高效、節(jié)能和可持續(xù)的目標。同時，積極采用移動通訊、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、流程模擬與優(yōu)化、知識管理等先進信息化技術，實現(xiàn)高效調(diào)度、降低消耗、安全生產(chǎn)、減輕員工勞動強度、提高工作效率、管理水平和盈利能力等。這將成為中國石化煉廠信息化建設的樣板，為中國石化建設智能石化發(fā)揮積極作用。

摘自《自動化博覽》2015年11月增刊