国外石油化工管理控制一体化应用现状与进展（中）
日期：2008-11-27 23:05:59 来源：中国自动化网
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2 关键的信息技术
2.1 管理控制一体化的业务模式
以泰国加德士公司为例，其信息系统实施的内容:
(1) 生产计划调度(Plan and scheduling)--Aspen Bechlel PIMS;
(2) 财务管理—J.D.E;
(3) 人力资源—D&B Smart stream;
(4) 绩效监控—OSI&KBC;
(5) 设备维护—JSW MPAC;
(6) 化验室—SQL-LIMS;
(7) 先进控制(APC)—Setpoint;
(8) OMB(油品输转调和)APC—YOKOGAWA;
(9) 流程模拟与优化;
(10) 油品输转和调度优化;
(11) 成本分析;
(12) 紧急停车系统Emergency shutdown;
(13) 储罐标定系统。
2.2 生产过程控制一体化—自动化与仪表技术
在高新技术推动下，自动化仪表与装置正跨入真正的数字化、智能化和网络化，其技术发展主流是测量信息数字化，检测仪表智能化和控制管理一体化。
在自动化领域，21世纪第一个10年的热点则是传感、执行与通信。仪器仪表不仅仅是工业时代的“工具”，而且是当今信息时代信息的源头。其中，近10年内传感器总量增加一倍。
(1) 仪表的智能化和柔性化
智能化是采用人工智能的理论、方法和技术，达到具有某种拟人的智能特性和功能。柔性化是在仪表电脑化的基础上，采取硬件、软件集成、软测量等人工智能方法和技术，实现名符其实的智能仪表。新型传感器和智能变送器—固态传感技术是利用固体物理特性引起的敏感机理，开发成物理、化学、生物等敏感元件或传感器。使传感器技术向微型化、高精度、低功耗、智能化、集成化发展。
(2) 现场总线技术
使原来的模拟与数字混合的、分散控制系统(DCS)更新换代为全数字式的现场总线控制系统(FCS)，并真正做到危险分散、控制分散、集中监控和全数字化。自20世纪90年代开始发展，它以现场智能传感器、数字执行器、控制计算机、数字通信、计算机网络和工控软件为主要内容的系统集成技术。在现场总线领域，采用快速以太网技术，全双工交换式以太网交换机、现场设备内置WEB服务器，是现场总线技术与互联网新型工业自动化手段(制造执行系统、MES、Manufacturing Execution System)，将业务信息处理与工业过程的自动化连接起来，代表了工厂综合自动化的关键。通过执行系统层，进行生产总体优化，将业务层信息(由少变多)下载分发至控制层;同时，通过执行层，将控制层信息(由多变少)，重点是生产状态和产品质量信息提浓，汇总至业务层。
(3) 人-机接口
人-机接口继续改进人与工具之间的关系，将有3个主要类型:更大、更便宜的平面板;用于运动状态的交互式、可携带、象“眼睛”式的头戴式接口;以及更小的分布式、基于万维网的显示器。
2.3 过程控制与生产管理一体化—生产执行系统(MES)
生产执行系统(MES，Manufacturing Execution System)最早是在1990年美国AMR Research公司把生产资源计划 (MRPⅡ, Manufacturing Resource Planning)和生产实时控制夹缝(Gap)之间存在的功能领域称之为MES。
MES是一组功能软件，负责生产管理和调度执行，它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、信息文档管理、生产调度等功能的方式。
早期的MES仅应用工厂某一领域，注重的是在某一个业务方面的应用，如生产调度系统、质量管理系统、设备维护系统等。后来，逐渐发展为集成化的MES系统(Ⅰ-MES)。所谓集成化的MES就是在一个软件内集成了多个MES功能。软件厂商同时还提供了编程接口(API)，用于与其他的应用系统连接，如ERP、SCM等。由于MES是应用于工厂的信息系统，不同的行业、不同的工厂存在很大的差异，许多工厂采用了不同厂商提供的MES软件产品，这给工厂信息的集成带来很多的问题，如果要想再与其他应用系统集成就很困难。一个由多家计算机厂商和软件商发起的组织NIIP/SMART(National Industrial Information Protocols/Solution for MES-Adaptable Replicable Technology)就是为了让MES厂商在一个共同协议下开发自己的产品而成立的，该组织用面向对象的技术和分布式技术，搭建了一个MES的框架协议，就像一个软的HUB，只要遵守此协议，不同的软件产品就可以方便地集成在一起，再不用去开发接口了。典型的石油化工业的MES结构如图5所示。
2.4 工艺过程一体化—流程模拟技术
流程模拟软件以石油化工行业为代表，成为在这个行业的计算机辅助工程(CAE)的核心和CIMS的基础。石油化工模拟技术是一门高新技术。早期这项技术成本昂贵，加上软件本身不完善，常常需要做大量的二次开发，难以被一般用户接受。因此，一段时期只限于工程设计。后来，随着软件水平的提高和经济形式的严峻，模拟技术使由设计部门走向生产部门。
过程模拟技术中，美国ASPEN TECH公司、SIMSCI公司是其代表。其中SIMSCI公司的严格在线模拟技术ROM(Rigorous On-line Modeling)及其系列产品的开发与应用，是石油化工CIM的一大突破。图6表示其功能以及和DCS的联系。
从DCS采集的装置操作数据和从化验分析部门来的分析数据，经过数据拟合分析，保证了数据的准确性和一致性。这些数据被送到经营信息系统、生产计划管理系统和仪表维护系统，同时送入过程模拟软件中运行，再现当前装置的运行工况。利用模拟软件还可对基础模拟更新，进行工况研究和优化。通过计算得到的时间序列分析和装置随条件变化而变化的预测，则用于技术分析、设备维护、操作员培训以及装置设计条件的重要估价。操作员还可以通过开环或闭环改变DCS的给定值，实现优化操作。值得注意的是，过程模拟系统进行的模拟与优化，与APC所实现的优化是有很大差异。其主要差别是前者为全局性、整体性，而后者还限于局部性。模拟的目的多用于优化。局部优化并不等于整体优化。图7是ROM的功能结构。
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2.1 管理控制一体化的业务模式
plcjs.技.术_网
以泰国加德士公司为例，其信息系统实施的内容:
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(1) 生产计划调度(Plan and scheduling)--Aspen Bechlel PIMS;
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(2) 财务管理—J.D.E;
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
(3) 人力资源—D&B Smart stream;
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(4) 绩效监控—OSI&KBC;
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
(5) 设备维护—JSW MPAC;
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(6) 化验室—SQL-LIMS;
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(7) 先进控制(APC)—Setpoint;
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
(8) OMB(油品输转调和)APC—YOKOGAWA;
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(9) 流程模拟与优化;
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(10) 油品输转和调度优化;
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
(11) 成本分析;
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(12) 紧急停车系统Emergency shutdown;
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(13) 储罐标定系统。
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2.2 生产过程控制一体化—自动化与仪表技术
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在高新技术推动下，自动化仪表与装置正跨入真正的数字化、智能化和网络化，其技术发展主流是测量信息数字化，检测仪表智能化和控制管理一体化。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
在自动化领域，21世纪第一个10年的热点则是传感、执行与通信。仪器仪表不仅仅是工业时代的“工具”，而且是当今信息时代信息的源头。其中，近10年内传感器总量增加一倍。
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(1) 仪表的智能化和柔性化
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智能化是采用人工智能的理论、方法和技术，达到具有某种拟人的智能特性和功能。柔性化是在仪表电脑化的基础上，采取硬件、软件集成、软测量等人工智能方法和技术，实现名符其实的智能仪表。新型传感器和智能变送器—固态传感技术是利用固体物理特性引起的敏感机理，开发成物理、化学、生物等敏感元件或传感器。使传感器技术向微型化、高精度、低功耗、智能化、集成化发展。
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(2) 现场总线技术
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使原来的模拟与数字混合的、分散控制系统(DCS)更新换代为全数字式的现场总线控制系统(FCS)，并真正做到危险分散、控制分散、集中监控和全数字化。自20世纪90年代开始发展，它以现场智能传感器、数字执行器、控制计算机、数字通信、计算机网络和工控软件为主要内容的系统集成技术。在现场总线领域，采用快速以太网技术，全双工交换式以太网交换机、现场设备内置WEB服务器，是现场总线技术与互联网新型工业自动化手段(制造执行系统、MES、Manufacturing Execution System)，将业务信息处理与工业过程的自动化连接起来，代表了工厂综合自动化的关键。通过执行系统层，进行生产总体优化，将业务层信息(由少变多)下载分发至控制层;同时，通过执行层，将控制层信息(由多变少)，重点是生产状态和产品质量信息提浓，汇总至业务层。
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(3) 人-机接口
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人-机接口继续改进人与工具之间的关系，将有3个主要类型:更大、更便宜的平面板;用于运动状态的交互式、可携带、象“眼睛”式的头戴式接口;以及更小的分布式、基于万维网的显示器。
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2.3 过程控制与生产管理一体化—生产执行系统(MES)
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生产执行系统(MES，Manufacturing Execution System)最早是在1990年美国AMR Research公司把生产资源计划 (MRPⅡ, Manufacturing Resource Planning)和生产实时控制夹缝(Gap)之间存在的功能领域称之为MES。
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MES是一组功能软件，负责生产管理和调度执行，它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、信息文档管理、生产调度等功能的方式。
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早期的MES仅应用工厂某一领域，注重的是在某一个业务方面的应用，如生产调度系统、质量管理系统、设备维护系统等。后来，逐渐发展为集成化的MES系统(Ⅰ-MES)。所谓集成化的MES就是在一个软件内集成了多个MES功能。软件厂商同时还提供了编程接口(API)，用于与其他的应用系统连接，如ERP、SCM等。由于MES是应用于工厂的信息系统，不同的行业、不同的工厂存在很大的差异，许多工厂采用了不同厂商提供的MES软件产品，这给工厂信息的集成带来很多的问题，如果要想再与其他应用系统集成就很困难。一个由多家计算机厂商和软件商发起的组织NIIP/SMART(National Industrial Information Protocols/Solution for MES-Adaptable Replicable Technology)就是为了让MES厂商在一个共同协议下开发自己的产品而成立的，该组织用面向对象的技术和分布式技术，搭建了一个MES的框架协议，就像一个软的HUB，只要遵守此协议，不同的软件产品就可以方便地集成在一起，再不用去开发接口了。典型的石油化工业的MES结构如图5所示。
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2.4 工艺过程一体化—流程模拟技术
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流程模拟软件以石油化工行业为代表，成为在这个行业的计算机辅助工程(CAE)的核心和CIMS的基础。石油化工模拟技术是一门高新技术。早期这项技术成本昂贵，加上软件本身不完善，常常需要做大量的二次开发，难以被一般用户接受。因此，一段时期只限于工程设计。后来，随着软件水平的提高和经济形式的严峻，模拟技术使由设计部门走向生产部门。
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过程模拟技术中，美国ASPEN TECH公司、SIMSCI公司是其代表。其中SIMSCI公司的严格在线模拟技术ROM(Rigorous On-line Modeling)及其系列产品的开发与应用，是石油化工CIM的一大突破。图6表示其功能以及和DCS的联系。
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从DCS采集的装置操作数据和从化验分析部门来的分析数据，经过数据拟合分析，保证了数据的准确性和一致性。这些数据被送到经营信息系统、生产计划管理系统和仪表维护系统，同时送入过程模拟软件中运行，再现当前装置的运行工况。利用模拟软件还可对基础模拟更新，进行工况研究和优化。通过计算得到的时间序列分析和装置随条件变化而变化的预测，则用于技术分析、设备维护、操作员培训以及装置设计条件的重要估价。操作员还可以通过开环或闭环改变DCS的给定值，实现优化操作。值得注意的是，过程模拟系统进行的模拟与优化，与APC所实现的优化是有很大差异。其主要差别是前者为全局性、整体性，而后者还限于局部性。模拟的目的多用于优化。局部优化并不等于整体优化。图7是ROM的功能结构。
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