第三節　石油和化工信息化發展需求

數字油田建設總體方案

近幾年在油氣田信息化建設方面經常使用的幾個詞匯，如信息化油田、數字油田、智慧油田、智能油田，雖然提法不同，其本質都是一樣的，就是綜合利用現有的計算機技術、網絡技術、通信技術、感知技術、信息分析等技術方法和手段，解決油氣田勘探、開發、生產、安全、人員等方面的問題，提升油氣田企業綜合管理水平，最終提高油氣田企業的綜合經濟效益。

一、油田應用數據類型及來源

油氣田生產管理業務可分為：油藏地質研究與管理，采油工藝研究與管理，地面工程建設與管理，生產運行調度與管理，油區生產安全、環保、治安管理，生產經營管理，后勤輔助生產管理。油氣田從縱向不同管理到橫向的不同業務環節都會產生不同種類的數據，再與油田的開采歷史結合在一起，構成一個復雜的大型數據集合。從數據的類型又分可分為實時數據、歷史數據、視頻數據、圖像數據、地震數據等。因此，油氣田的數據是一個典型的大數據體。

二、數字油田建設及目標

數字油田建設與智慧油田建設不是完全分離的兩個階段，它們可以根據數據和生產管理的需要，互相交叉、互相滲透地進行建設，這完全取決于生產的需要和業務模型的建立。數字油田建設的目標是：

（1）根據業務需求確定應用模型，以應用模型確定數據需求，根據數據需求確定數據采集的內容和方式，使油田管理水平和資源消耗明顯降低；

（2）建立結構合理、安全可靠、使用方便、反應快速、面向未來的數據中心架構；

（3）建立切實可行的管理制度、企業標準規范。

三、數字油田建設主要內容及要求

1.總體思路

將油氣田范圍內產生的各種信息實時地、全方位地進行采集，通過各區域的區控中心（作業區、采油廠）匯集之后通過網絡將其傳送到油氣田數據中心，同時也將上級有關部門和有關工程技術服務部門的相關信息傳送到數據中心。數據中心根據油氣田的需要對這些數據進行分類、預處理、存儲等管理。油氣田根據業務特點建立相應的應用平臺，應用平臺從數據中心獲取數據，根據業務模型和生產需要，在平臺中對其進行進一步的加工、處理，然后通過WEB發布到各應用者的終端上，管理和操作人員通過這些信息管理和控制油田，同時平臺將深度處理和加工的有用數據再回存到數據中心，區控中心（作業區、采油廠）只負責管轄范圍內的油氣水井、計注站、油區的生產監控、管理、控制，如圖1-31所示。

2.數據中心

數據中心的作用，首先是匯聚油氣田生產、經營、管理有關的各種信息；其次是對這些信息進行分類、加工、處理；再次是對其進行存儲，通過這些工作將數據加工成半成品，以供各業務平臺使用。

數據中心是數字化油田、智能油田建設的核心內容之一。油氣田生產過程中產生的數據是典型的大數據。對數據管理的基本要求是使用方便快捷、檢索容易、存儲空間占用盡量少。

數據中心的數據一是直接從生產現場采集的產生數據；二是上級管理部門發布的各種信息；三是生產技術服務公司提交的成果、測試資料信息；四是各應用平臺產生的有用的綜合信息。

數據中心一般需包括現場信息接收、外部信息接收、信息處理、信息存儲、信息提供，如圖1-32所示。

3.區控中心（作業區、采油廠）

數據采集包括生產現場數據實時采集、現場數據階段性錄入、上級管理部門的數據接入，如圖1-33所示。現場設置六個區控中心，即北部區控中心、中部區控中心、南部區控中心、躍進油田區控中心、砂西油田區控中心、聯合站區控中心。這六個區控中心將現場信息采集到本中心，一方面利用這些數據，通過應用平臺實施對管轄區的監控、管理和控制，另一方面進行短期存儲，第三方面將信息傳送到數據中心進行集中存儲。

現場數據階段性錄入、上級管理部門的數據通過外部信息接口傳送到數據中心。

區控中心的主要功能和作用，是監控轄區內油氣水井的生產狀態；監控轄區內的治安狀態；監控計注站的生產狀態、治安狀態和生產安全預警、報警；日常生產管理和報表的生成。具體見表1-1。

4.聯合站監控中心

聯合站監控中心主要負責監控站內生產設施的生產狀態及工藝參數的預警報警、生產安全預警報警和站區及周界的安全預警報警。具體包括見表1-2。

5.安防監控中心

安防監控中心主要是配合油區治安管理人員維護油區的社會治安，發現、抓捕在油區從事非法或活動的犯罪分子。因此，它應具備如下功能：實時監視各油氣水井、油區、路口檢查站、站庫、辦公樓內外的視頻圖像，監控中心治安管理人員能隨時與各監控點（路口檢查站、站庫、辦公樓）監控人員通話，當發現不法分子時，監控中心與抓捕人員保持通話聯絡。

6.應用平臺

無論是數據采集還是數據中心建設，其目的都是為了應用，所以應用平臺的建設十分重要。應用平臺建設應根據各業務的特點建立業務模型，統一架構設計方案，平臺的基礎數據來源于數據中心，平臺產生的有用數據再回存到數據中心，見圖1-34。

堅持如下原則：①所有平臺使用的數據必須來自于數據中心（資源池），不能以業務特殊為由獨立于數據中心之外；②統一平臺架構體系，只有統一架構體系，才能達到真正的數據共享，平臺之間既相互獨立又互為一體；③應用平臺的人機交互界面和操作方式要充分考慮不同崗位、不同應用層次的人員的使用特點。比如現場操作人員的人機交互界面要盡可能地簡單，一目了然，符合現場的使用習慣，否則，由于現場人員不愿意使用而導致系統無法應用或部分無法應用。

7.數據接口及標準

信息技術行業多數業界人士認為數據接口及標準是物聯網、數字油田建設的重要內容，也是制約數字油田建設的瓶頸。但是物聯網和數字油田建設只是近幾年才發展起來的，它的很多概念、理念、技術、方法、應用都還不成熟，甚至不同的專家、學者站在不同的角度有不同的理解和解釋，所以就不可能有所謂按某一個或幾個標準去執行，更不可能按統一的數據接口去采集數據，進行數據交換。

8.員工培訓、企業標準、生產管理制度的調整

實現油氣田信息化管理，對員工的工作方式、技術業務素質的要求都會有所改變。因此，在數字油田建設的過程中，對員工的培訓、企業標準建立、生產管理制度的調整都要同步進行。

四、智能油田建設

智能油田是在數字油田的基礎上，利用油田產生的大數據，以系統科學、人工智能科學為基礎，建立更科學、更準確的、更自動化的應用模型，從而使油田生產的油藏、井筒工藝、地面工程達到高度的協調統一，使油氣生產過程更安全、更環保、消耗更低、效益更高。

五、對數字化油田建設的建議

1.把實現信息化管理作為數字化油田建設的總體目標

數字化油田建設是手段不是目的，目的是通過數字化油田建設提高油氣田的綜合效益，包括使油藏、井筒、地面之間更加協調，使油藏采收率更高；油氣田生產更安全、更環保，油區社會治安更好；員工工作生活環境更好等。

2.整體設計、重點把控、分頭實施

在建設的過程中，在頂層設計的基礎上，由油氣田數字化油田領導小組或委托有實力的服務公司進行整體把控，具體建設工作可由有專業特色的公司具體實現。

3.以業務應用驅動建設

首先要確立每個業務應用在未來幾年內要實現的目標；然后精心研究業務流程、業務需求，并形成業務模型；第三步是根據業務應用平臺的整體架構進行應用開發。

劉聰（北京華油斯瑪特技術開發有限公司）

石油化工智能化工廠的演變

石油石化行業的快速發展和不斷增長的需求，促進了過程控制系統快速的發展。由一個裝置集中控制逐步過渡到聯合裝置的集中控制，而后發展到設一個中央控制室進行全廠集中控制，現在要求100萬噸乙烯和1000萬噸煉廠等新建大型企業設計集中控制控制室，并以CRT或LCD屏幕顯示器作為操作工具。現石化裝置的操作由模擬儀表盤操作改用CRT顯示器操作，這一變化是隨過程控制系統的發展即DCS的出現而實現的，煉化企業推廣應用先進過程控制技術（APC）已取得明顯的效益。FCS的問世，為石化企業實現數字化工廠創造了條件，今后的目標是發展智能化的煉化一體化工廠。

一、DCS技術的發展

DCS自1975年誕生以來，經過了幾次更新換代，產品不斷發展和完善，在功能上變得更強大，而價格上變得大眾化，目前已成為石油化工裝置過程控制系統的主流選擇。

新一代DCS集成了30多年的過程控制、資產管理、領域專家的豐富經驗，融合當今最先進的控制、各種開放的工業標準、最新的計算機網絡等技術，將現有的過程控制和安全系統集成為一個單一且統一的結構。新一代DCS為用戶提供了遠高于集散系統的能力，包括嵌入式的決策支持和診斷技術，為決策者提供所需信息；安全組件保證系統安全環境獨立于主控系統，提高了系統的安全和可靠性。

1.DCS控制站技術

控制站是DCS的核心部件，隨著IT技術的發展，DCS的能力不斷加強，最初采用的是8位微處理器，后來應用了16位、32位以及64位微處理器。DCS的控制回路數也從幾個、幾十個到超過100個。隨著控制站支持的I/O點數的不斷增加，控制站的功能主要體現在它的功能塊數量和功能上：控制組態軟件是否靈活好用，下載是否可靠。目前控制組態軟件都向IEC 61131-3編程語言標準靠攏。

新一代DCS如PKS控制器CEE（Control Execution Environment）是一個集魯棒性、靈活性和一致性為一體的控制執行環境，該環境可運行在不同的平臺上，開放式體系結構使它可以與現有的霍尼韋爾控制器、第三方控制系統及設備集成。

控制執行環境CEE是控制器的核心，它提供了一個可靈活組態的控制執行環境，用戶可以通過組態的方式對PKS進行系統配置。單一的、先進的圖形化控制策略組態工具軟件（Control Builder）可以方便、容易地生成一體化控制策略。控制功能使用的功能塊FBs（Function Blocks）是通過算法庫來提供的。PKS控制器有C200控制器模件、C300控制器模件和應用控制器（ACE）。系統還支持仿真控制器（SIM）。過程控制器C200/C300是緊湊型的、高性價比的控制器，直接與過程I/O連接。應用控制器ACE作為高級控制平臺和與第三方控制系統的集成是非常適合的。

早期的I/O卡有模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出四大類，后來又增加了脈沖量輸入卡。現在還有現場總線I/O卡。模擬量輸入、輸出卡提高了信號轉換精度和抗干擾能力。

2.DCS-CRT人機界面

人機界面包括操作站、工程師站和各種應用站。在DCS發展的初期，大部分DCS廠家的人機界面設備都自己制造，相應的操作系統、監控軟件也是自己開發。到了20世紀90年代中后期，逐步出現了選用PC機作為操作站的DCS，操作站的軟硬件逐步通用化。初期操作系統多選用UNIX系統或Windows系統。選用UNIX系統的一般比較穩定，但成本高，選用Windows的成本低，但系統死機多一點。特別是當時選用WIN32操作系統的操作站，處理操作站死機幾乎成了日常的基本工作。隨著Windows系統的穩定性不斷提高及Windows系統的價格優勢，Windows系統逐步成為主流。

傳統DCS的操作站與控制站的通信方式采用對等或主從方式，操作站直接與控制站通信，傳輸數據。PKS的人機界面是采用服務器/客戶機格式，也可選用直接與控制站通信的操作站，以滿足不同用戶的各種不同要求。

3.DCS網絡系統

通信網絡是DCS的重要組成部分，在DCS整個系統的實時性、可靠性和可擴充性方面起著重要的作用。第一、二代DCS通信網絡各制造廠獨自開發、各自為政，在不同制造廠DCS間通信存在一定的困難。第一代DCS通信網絡為數據高速公路，采用雙絞線信道或同軸電纜，速率在1Mb/s以下，第二代DCS通信網絡為局域網，采用同軸電纜或光纖，通信速率為1～10Mb/s，第三代DCS開放性的通信網絡得到了越來越廣泛的應用。由于以太網應用的廣泛性、成熟性和開放性，使得大多數DCS生產廠家都先后轉向了以太網。許多公司還在提高以太網的實時性方面做了很多改進。因此當前以太網已成為DCS等各類工業控制系統中廣泛采用的標準網絡，但在網絡的高層規約方面，目前仍然是各DCS生產廠家自有的技術。

為了提高可靠性和效率，DCS生產廠家也在不斷改進和發展DCS的網絡結構，容錯以太網（FTE，Fault Tolerant Ethernet）就是一種比較新型的DCS通信網絡。如PKS的容錯以太網FTE（Fault Tolerant Ethernet）是高性能的控制網絡。FTE節點之間有4條通信路徑；對電纜和電子設備中的各種多重故障具有容錯功能快速檢測和恢復；組態簡單，高性能100/1000Mb/s。容錯以太網提供給節點之間更多的網絡通信路徑，可以承受更多的故障包括所有單個故障和多個多重故障。

4.高度安全的系統網絡

新一代DCS采用一種深度防御方法來保護計算機網絡安全，它具有的多層保護機制業已成為行業標準。如PKS高度安全網絡架構將過程控制網絡分成三個層次：第一層負責直接過程控制的節點；第二層連接KPS服務器、工作站和ACE節點；第三層連接到域控制器、廠房級優化器以及PHD歷史記錄器。在高度安全網絡架構中使用特定的交換機和路由器以及霍尼韋爾控制防火墻。PKS的高度安全網絡架構保證了過程控制安全。

石化企業已試用安全工業隔離網關。在工業控制網絡同企業管理網絡之間可采用力控華康安全工業隔離網關Psafetylink，主要起到將工業控制網絡同企業管理網絡之間隔離，安全隔離網關采用物理隔離和安全通道隔離，將以太網進行物理級安全隔離，安全通道隔離即通過專用通信硬件和私有路由協議等安全機制來實現內外部網絡的隔離和數據交換，有效地把內外部網絡隔離開來，而且高效地實現了內外網數據的安全交換。

另一種方法為照相數據傳送技術，DCS要上傳的數據由專門的數據采集計算機采集，并且將這些數據顯示在計算機的屏幕上。另外有一個攝像頭將屏幕上顯示的實時數據自動拍攝下來，拍下來的數據畫面經過智能機器閱讀系統自動解讀后得到要上傳的數據，通過局域網送到實時數據庫和辦公網上。這樣，局域網和DCS之間完全沒有網絡的物理連接，病毒和黑客不可能通過網絡竄到DCS中。無論病毒如何變化，都從本質上保證了DCS的安全。

5.高級應用與DCS系統完全融合

在系統設計時考慮了高級應用與基礎控制的融合，例如統一的人機界面，先進控制與基礎控制數據交換，設備診斷信息和報警信息的統一，以及與MES應用的交互等。先進控制可以直接從DCS控制器通過容錯以太網（FET）以位號讀寫數據，確保控制信息的可靠。采用統一的人機界面，操作員既可以用DCS界面（如點細目畫面，流程圖，報警，趨勢等）管理和操作先進控制，同時融合了先進控制的組態和維護功能。

6.高級控制嵌入控制器

霍尼韋爾是將模型預估控制算法（Profit Loop）植入DCS控制器（C300/C200）的自動化廠商，使得使用這種先進的控制算法變得與組態一個PID算法一樣簡單，從而解決了許多采用PID控制效果不好的過程控制問題，例如純滯后時間長的回路、非線性回路等。國內一家化工廠的聚甲醛裝置的精餾塔塔底溫度控制回路采用該算法后，一年就因為節省蒸汽消耗獲得了九萬元的效益。

7.全局數據庫

對分散控制系統來說，全局數據庫是一個很好的技術。沒有全局數據庫的系統通常面臨數據嚴重重復、高網絡負荷、不同數據庫中不匹配的組態和重復報警而導致的困難，最終造成系統的運行性能低下、可靠性降低和工程維護成本高昂的后果。采用分布式系統結構，PKS系統的全局數據庫使之可以從多個PKS系統中透明地進行全局數據訪問，從而把全局數據庫技術發展到一個新的高度。

圖1-35表示一個全廠系統的例子，由一個高速的全廠網絡把諸服務器連接在一起。每個服務器可以從其他一個或多個服務器存取信息。同樣，這里所說的服務器可以是連接過程控制器的PKS系統服務器，或者是連接像PLC或RTU之類的Experion SCADA系統服務器。

動態緩存的數據訪問使得過程控制器能夠最大化地利用其廣泛的控制和診斷信息，同時保證了大規模的控制能力。

8.現場總線技術應用

早期的DCS在現場檢測和控制執行方面主要采用模擬或開關信號進行傳輸。現場總線出現以后，新一代DCS除了繼續提供常規的模擬信號接口和開關量接口外，還提供各種形式的現場總線接口，可以支持各種標準的現場總線儀表、執行機構等，充分體現了它的靈活性、方便性和適應性。對于現場總線儀表，可以把控制模塊放在現場，也可以按常規做法放在控制站內。系統可以適應多種現場安裝方式。

近15年，石化系統對DCS不斷提出更高的要求：乙烯、煉油等聯合大型工程約有幾十套裝置集中于中心控制室并在全廠連成網絡。這是一個全廠管理與控制綜合系統，是一個大型網絡系統。所以要求DCS主供貨商能提供成熟、可靠的大型網絡系統，要求DCS主供貨商有應用大型DCS系統的經驗和能力。石化聯合大型工程是我國大型工業生產廠，因此要求DCS應是成熟的控制系統，而且DCS高可靠性是第一位的，以保證石化等聯合大型工廠開車一次成功。

二、現場總線控制技術（FCS）

近15年，現場總線是自動化領域中發展很快的互連通信網絡，它具有協議簡單開放、容錯能力強、實時性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特點。目前，國際上各種各樣的現場總線有幾百種之多。較著名的有基金會現場總線（FF）、HART現場總線、CAN現場總線、LONWORKS現場總線、PROFIBUS現場總線、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS-INTERFACE總線等。

通過分析，其中FF（基金會現場總線）、PROFIBUS-PA最適合連續過程控制如石油和石化行業的需要。它具有高度的安全可靠性和實時性，并能滿足安全防爆要求，繼承二線制儀表傳統，多數DCS和變送器、閥門廠商都支持。

目前，全世界已安裝的基金會系統超過12000套，已安裝的現場設備超過百萬臺以上；其中，在中國已安裝系統超過100套，已安裝現場設備超過90000臺。基金會現場總線已在美洲、歐洲、亞洲以及大洋洲得到應用，最終用戶遍及各主要工業發達國家。基金會現場總線和PROFIBUS主要應用領域之一是石油化工行業。

1.數字化控制系統的特點

石化系統的大型項目也有采用數字化控制系統——FCS進行生產過程控制的。現場總線控制系統的特點如下。

（1）開放式系統　現場總線工作站同時掛在現場總線和局域網兩層網絡上，通過后者可與其他計算機系統或網絡進行高速信息交換，以實現資源共享。另外，現場總線的技術標準是對所有制造商和用戶公開的，可實現技術共享。通信總線標準統一全開放。

（2）全數字化通信　由于采用雙向數字信號傳輸，使得系統精度提高；現場設備的信息增多幾十倍，可用于自診斷，系統調試、管理，從而提高系統的有效性；同一電纜掛多臺現場設備，從而節省電纜的施工量，實現數字化、雙向通信。

（3）可互操作性　現場總線智能儀表按統一的技術標準，不同廠家的產品只要遵守相同的現場總線標準就可互連互換，統一組態，即插即用，以方便設備更新或系統擴展。

（4）控制分散度高　現場總線控制系統可實現徹底分散控制。每條總線可連接多臺現場儀表，由智能的現場設備帶PID，可分散地完成DCS控制器的功能，使控制風險徹底分散，提高系統控制的自治性和可靠性。

2.數字化控制系統的實施

石化系統的大型項目已采用FCS進行生產過程控制，實例如下。

（1）賽科90萬噸乙烯裂解裝置的FCS是國內外最大的現場總線系統。該系統包括47000個控制回路、40000臺儀表和與世界最大基金會現場總線設備聯網的13000臺智能設備，集成10套數字化控制系統。DCS采用Emerson公司的Delta V系統，控制站除常規I/O模塊外，配置了FF-H1現場總線模塊，每個模塊的兩個接口分別構成兩段FF-H1總線，每段FF-H1總線設計9臺儀表（實用6臺，備用3臺）。該工程實用FF-H1現場總線段2473條，FF-H1現場總線儀表14375臺，平均每個FF-H1現場總線段上掛5.8臺儀表。FF-H1現場總線段上集成了不同廠家的現場總線儀表。

（2）福建煉油乙烯的應用。項目位于福建泉州，由中石化、Exxon Mobil和Aramco共同投資興建，原有400萬噸/年煉油聯合裝置的改造。全廠采用數字化自動化結構，全面采用基金會現場總線（Foundation Fieldbus）技術。共采用10套DCS系統，2個中央控制室，22個外站，總I/O點數超過4000，FF現場設備12000臺。項目于2009年投入商業運行。

3.現場總線應用效益明顯

世界級乙烯裂解一體化聯合工廠的建成僅花費了27個月的時間，比計劃提前了3個月，10套一體化工廠全部順利建成。這主要是采用石化創新的“IPMT+EPC+監理”的項目管理以及聘用主要儀表供應商（MIV）進行項目管理，采用基金會現場總線的PlantWeb數字自動控制結構，從而加速了施工進程，保證了順利運作，降低了維護費用，并為將來的發展構建了一個先進、開放的平臺。

由于采用了現場總線技術，使得設計、繪圖的工作量簡化，布線及調試時間大大縮短，安裝成本得以降低。不僅如此，在其運行應用過程中，現場總線技術所帶來的長遠利益還將會進一步顯現，如：出色的診斷能力；檢修、維護的方便性；提高資產效率，利用資產管理系統功能（AMS）降低設備運行成本等。

4.FCS與DCS共存或相融

FCS與DCS將共存，因為FCS尚無統一國際標準，而DCS以其成熟的發展、完備的功能和廣泛的應用而占據不可替代的地位，故兩者將相互兼容與共存。預計今后很長一段時間，DCS與FCS將共存及互補。

三、安全儀表系統（SIS）發展

石化裝置由于大型化、連續化及工藝過程復雜，易燃、易爆，對環境保護要求高等原因，安全性要求日益提高，由DCS等設備完成安全聯鎖保護的方法，在某些企業已經不能滿足要求，所以出現緊急停車系統（ESD）等與DCS之外的獨立的設備。此外還有火災和可燃氣體檢測系統（FGS）、轉動設備管理系統（MMS）；因防喘振的特殊要求，控制系統發展了壓縮機組綜合控制系統ITCC。

為了滿足石化企業的需求，過程控制行業開發了符合IEC61508和IEC61511要求的安全儀表系統（SIS）。該系統檢測到任何不安全過程事件時，能夠立即采取行動，以減輕可能造成的損失。功能安全還要結合風險度、安全指標、安全完整性等級（SIL）等，正確選用SIS（或直接稱ESD）系統。

目前SIS與功能安全標準已有國家標準及部頒標準，它是石油化工緊急停車及安全聯鎖系統設計的依據。目前，緊急停車安全聯鎖控制系統的種類有：①繼電器邏輯群組緊急停車系統；②可編程邏輯控制器緊急停車系統（安全型PLC）單機；③雙重化可編程控制器緊急停車系統（安全型PLC）雙重化；④三（或四）重化可編程控制器（安全型PLC）三（或四）重化；⑤機組綜合控制系統（ITCC）三重化；⑥模塊化功能組件緊急停車系統。

1.冗余機制的變化

20世紀60年代，以氣動和繼電元件為主。到70年代，由簡單的繼電器系統發展為微處理器和可編程序控制器（PLC或PC），并且由單回路系統發展為冗余系統和容錯系統。SIL3安全度等級是石油化工行業的最高安全等級。最新等級的產品則符合SIL4的要求——航空業。

從20世紀70年代產生于航空領域的三重冗余多數表決機制（TMR，Triple Modular Redundancy）用于安全系統。90年代，國外一些大公司推出三重化（TMR）、冗錯功能的系統。近期又有CPU的四重冗余（QMR，2oo4D）技術和軟件冗余技術出現。新型SIS和ITCC，可以實現系統所有部件和部分相關設備故障的容錯特性。容錯手段主要是冗余、自診斷和再現維護修理。

2.安全系統與控制系統的集成

近15年來，由于PLC和DCS技術的發展，其可靠性大幅度提高，成本降低，柔性增強。現場總線技術也通過了SIL認證，故安全系統也和現場安全儀表產品、現場總線（HART、Foundation Field bus）、DCS產品、工廠儀表設備資產資源管理系統（PRM）集成，使用統一的人機界面和工作站，功能大大增強，安全儀表系統與DCS之間的集成方式多種。

3.機組綜合控制系統技術（ITCC）

ITCC機組綜合控制系統是將傳統的需要多個分立的單元如防喘振控制、聯鎖自保系統、電子調速器、負荷調節器等實現的功能集成在一套可靠性很高的三重模件冗余容錯（TMR）控制系統中完成。

與傳統的壓縮機控制方案相比，ITCC具有高可靠性、功能強大、組態靈活、容易操作等優點。ITCC是集機組的透平調速控制、防喘振控制、性能控制、負荷分配控制、抽氣控制、自保聯鎖邏輯控制為一體的綜合控制系統。

（1）ITCC的主要功能：①機組的安全聯鎖保護——啟動、安全聯鎖、軸振、位移、超速、油系統、輔助保護；②防喘振控制——響應快、最少回流量防喘振；③速度的控制——測、控；④負荷分配的控制——利用流量、壓力控制、氣量分配；⑤解耦控制——上述4種控制，變量變化，互相關聯、影響，消除干擾或耦合影響；⑥協調控制——機組各子系統協調控制，汽機、鍋爐供汽協調控制。

（2）ITCC的應用：為了提高壓縮機運轉的安全可靠性，保證合成氨裝置長周期、連續運行，技改中選用這種綜合控制系統是一個很好的選擇。美國TRICONEX公司的ITCC綜合控制系統TS3000已在新建的新疆澤普化肥廠20萬噸/年合成氨裝置上得到采用，投運效果良好。煉油加氫裂化、催化裂化等裝置的聯鎖系統及乙烯裝置包括裂解爐、急冷、壓縮、分離和公用工程等5個生產單元，其中壓縮和分離單元的聯鎖系統由ESD系統實現，壓縮機組的控制系統由ITCC系統實現。

四、APC技術發展與應用

在現代控制論的推動下，各種智能化算法應運而生，其中除智能PID控制器外，多變量預測控制已在煉油、石化行業開始進入生產實踐階段。先進控制（APC，Advanced Process Control）是采用多變量預測及優化技術、基于過程動態數學模型、與常規控制相結合的新型工業控制系統；實施先進控制，裝置被控變量偏差降低，抗干擾能力增強，操作更加平穩，發揮裝置最大潛能，提高產品收率和質量，能耗及物耗降低；Exxon Mobil、Shell、BP Amoco等國外著名石油石化公司早在20世紀80～90年代就在生產裝置上普及了先進控制技術的應用。

目前在煉油廠中應用卡邊控制等以平穩操作為基礎，實現增效比較明顯。國外Honeywell、ABB、Invensys、Aspen、橫河等公司都有先進控制產品，國內中國石油大學、浙江大學、清華大學都有成功的實踐。

1.APC的應用

從1996年起，中國石化進行先進控制應用推廣工作，第一批包括常減壓、催化裂化、聚丙烯共12套裝置試用。近年來，在石化總公司統一組織和領導下，在主要企業常減壓、催化裂化、焦化、重整、加氫裂化、氣分、芳烴、乙烯、PTA、聚丙烯、聚乙烯等100多套裝置上推廣應用先進控制技術，都獲得了明顯的經濟效益。

國內開發的催化裂化裝置先進控制系統，已用于福建煉油廠、洛陽石油化工總廠、茂名石化公司煉油廠；國內開發的多變量約束控制軟件包MCC，是一個處理約束的多變量、多目標、多控制模式和模型預測的最優控制器，已成功應用于石家莊煉化公司催化裂化裝置，取得了較為明顯的經濟效益。

國內有關方面通過多年不懈的努力，在優化控制領域從理論到應用都有所創新和突破，現已開發出相關積分優化理論和應用技術，并獲得多項發明專利。該項技術在反應過程優化的初步試用中顯示了其獨到的效果，已在青島石化催化裂化反應器優化操作中連續多年使用，提高液收1％以上；在洛陽的芳烴裝置的歧化反應器、異構化反應器中長期應用，提高了三苯收率1％以上。

2.先進控制技術應用發展趨勢

先進控制也是石化企業信息化建設的重要組成部分，目前其技術及軟件產品已非常成熟，應用領域不斷擴大。近幾年其應用發展方向應該是“以節能減排”為主題，適用環保要求的APC應用。

（1）在石油化工行業，隨著對環境保護措施的不斷落實，對油品的要求也越來越高。為解決這個越來越突出的矛盾，實施油品在線調合勢在必行。中國石化的多家企業進行了油品在線調合的探索應用，廣州石化的汽油在線調合應用效果較好。

（2）在流程行業的蒸汽動力系統等公用工程方面，以節能降耗、減少操作成本為目標的先進控制的應用必將越來越廣泛。蒸汽動力系統結構龐大，設備多樣化，人工操作強度大。先進控制實施后不但可大幅度降低操作人員勞動強度，減少系統操作成本，而且可達到節能降耗，挖潛增效的目的。

（3）由石化行業拓展到其他領域，如熱電生產、造紙等行業，生產過程多變量特征明顯，適于推廣先進控制的應用。在國外已有成功案例。

五、管控一體化系統（ERP-MES-PCS）

ERP與MES以及相關系統的集成應用，形成了經營管理層以ERP為主、生產管理層以MES為主的兩個應用平臺的完整架構，解決了流程行業物料管理和計劃調度方面的難點，充分地發揮了ERP系統的功能，提高了企業生產管理水平和經營管理水平。

石化信息化應用的實踐表明，ERP系統在加強企業財務管理、采購供應管理、成本費用管理，強化銷售環節的數量、價格控制，堵塞管理漏洞，提高集團管理控制能力和管理水平等方面發揮了重要作用，ERP系統已成為企業經營管理的主體支撐平臺。MES已在石油化工行業穩步推進，在生產優化和精細化管理方面取得良好效果，可以實現物料的日平衡，并將月平衡工作由三天縮短到半天左右，取得明顯的效益。

由于市場競爭和管理需求，石化行業逐步建立了管控一體化系統即綜合控制系統——ERP/MES/PCS，稱為企業資源計劃/制造執行系統/過程控制系統。今后，石油化工企業將采用信息技術，進一步提高業務過程的精細化、管理的科學化，實現企業全面的資源優化，以提升企業的綜合競爭力。

1.企業資源管理系統（ERP）

企業資源管理系統ERP系統的主要作用是流程規范、業務集成、信息透明。ERP系統通過信息的動態集成實現了業務功能的無縫集成，不但能夠最大限度地保證信息的完整性、及時性和共享性，而且能夠對核心業務進行自動化驅動和有效控制。

ERP系統通常包含財務會計、管理會計、銷售分銷、物流管理、生產計劃、設備維護等核心模塊。一個典型的ERP除了上述功能外，在不同的應用中可能還包括項目管理、投資管理、資金管理、人事管理等輔助功能。

2.制造執行層（MES）

MES是企業數字化系統的中心環節，在ERP/MES/PCS整個系統中起到承上啟下的作用。MES主要完成生產計劃的調度與統計、生產過程成本控制、產品質量控制與管理、物流控制與管理、設備安全控制與管理、生產數據采集與處理等功能。MES主要功能：①實時數據庫與信息管理；②生產計劃與調度優化；③流程模擬與工程；④數據校正與物料平衡；⑤實時動態模擬系統；⑥先進控制與優化。

3.智能化工廠的規劃

為了進一步提高石化信息化和自動化應用水平，中國石化對“智能工廠試點”方案進行規劃并通過審定，“智能煉廠”試點以工廠經營管理與生產過程的“實時化、自動化、模型化、可視化、智能化”為發展目標，將實現計劃調度、能源管理、安全環保、裝置操作、IT管控的智能化，建設成為國際先進水平的智能化的千萬噸級煉化企業。

解懷仁（中國石油和石化工程研究會）

云計算引領石油石化行業信息化變革

通過建設云平臺、云數據中心，可實現資源共享，提升資源利用率，消除信息孤島，并可加快業務信息系統上線部署的速度。當今石油石化行業正朝著信息化、智能化、集約化方向發展。如何整合IT資源并提供統一的智能平臺，發揮IT資源的最大效用，成為目前石油石化行業共同面臨的問題，而這也正是云計算的用武之地。石油石化行業應用云計算技術能夠充分整合現有資源，形成資源配置與服務的集約化發展途徑，構建穩定可靠、低成本的云服務新模式。云計算作為一種迅速發展的信息技術，不僅催生了新的服務方式，而且給企業管理、商業模式、未來產業鏈帶來了全新的變化。

一、云計算發展及戰略

云計算是一種新型的計算模型，使用戶能夠通過無處不在的、便捷的、按需的網絡，訪問共享的資源池中可配置的計算資源（如網絡、服務器、存儲、應用程序和服務等），這些計算資源可以被快速地分配和釋放，而且不需要用戶過多的管理和與服務提供者交互。其核心思想是通過網絡統一管理和調度計算、存儲、網絡、軟件等資源，實現資源整合與配置優化。以服務方式滿足不同用戶隨時獲取并擴展、按需使用并付費，最大限度地降低成本等各類需求。

云計算由全球最大的搜索引擎服務提供商Google在2007年率先提出，之后云計算得到飛躍發展，全球云計算市場迅速增長，世界信息產業強國和地區對云計算給予了高度關注。我國政府高度重視云計算產業發展，國務院《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》（國發〔2010〕32號），把促進云計算研發和示范應用作為發展新一代信息技術的重要任務。預計未來幾年，中國云計算市場規模年均復合增長率將超過80％，主要以政府、電信、教育、醫療、金融、石油石化、電力等行業為應用重點。

國家“十二五”石油石化行業的發展方向主要是通過科技創新，促進傳統產業的結構調整和轉型升級，培養行業新的增長點，全面提升行業整體的競爭能力，實現行業與資源、環境、社會的和諧發展。在石油石化行業應用云計算技術，建設統一軟件平臺，提供IT、CT和M2M等多能力接入，打造基于行業軟件平臺向下延伸到生產現場，向上延伸到生產管理ERP系統融合的綜合信息服務專家，云計算將為行業信息化改革提供新動力。

二、云計算在石油石化行業應用

國內云計算技術在石油石化行業應用越來越多，用來提升企業的工作效率以及降低生產成本，概括地說，云計算目前主要用于企業的資源整合與信息共享平臺、辦公桌面虛擬化、數據存儲與海量數據分析等。

1.資源整合與信息共享平臺

目前，油田各大應用系統大多是采用“豎井”式的開發，信息孤島現象嚴重，系統之間缺乏統一規劃，缺乏聯動機制，數據共享分析能力不足。云計算虛擬化軟件平臺，是一套高可靠、高性能的虛擬化軟件平臺，能夠具備良好的兼容性，可屏蔽不同服務器硬件的差異，方便業務快速部署、配置和動態遷移，提高業務穩定性；可實現系統資源最優利用、動態負載均衡、提升系統自愈功能、提升節能減排能力；具有豐富的虛擬化能力，滿足用戶的各種部署需求；具備大規模集群能力。通過部署虛擬化軟件平臺整合不同部門、系統的IT資源，建立一個強大的信息共享平臺。

2.辦公桌面虛擬化

石油石化行業油井和管道分布分散，地域廣闊，油田生產、管理人員分布在各個地方，分散在廣闊的油田上的員工往往由于不在辦公室而無法及時處理工作。此外，辦公設備陳舊，設備升級困難，數據安全性差。因此，很多石油石化的企業開始考慮支持BYOD（Bring Your Own Device，指攜帶自己的設備）辦公，允許員工自帶智能設備使用企業內部應用。企業的目標是在滿足員工自身對于新科技和個性化追求的同時，提高員工的工作效率，降低企業在移動終端上的成本和投入。

支撐BYOD并達到企業級數據安全及穩定運行成為關鍵問題之一。云計算的虛擬化桌面技術，可利用瘦終端和數據中心來為用戶提供替換傳統PC的解決方案，以達到桌面使用的安全性和靈活性，能夠給用戶帶來低成本、易維護、低Opex、安全管理，而且支持BYOD模式，員工可以隨時隨地訪問，并通過云端存儲和云安全機制等保障系統安全可靠。

3.海量數據分析

石油石化行業在一定意義上是依賴于信息而生存和發展的行業，是技術密集、信息密集和知識密集的重要行業。海量的信息不利于數據的深度加工和利用，而通過云計算的大數據分析技術，可以在處理龐大的數據時提高效率，通過云計算模型數據庫中存儲的海量關聯規則和規律，自動查找符合的模型，找到數據間的關聯規則與規律，使不同數據之間構建起相關聯系，更有利于數據的精加工和深度利用，將信息資源的使用度提升到最大，實現數據的有效商業價值體現。

三、云計算關鍵技術與產品

目前提供云計算服務主要有基礎設施服務（IaaS）、平臺服務（PaaS）和應用服務（SaaS）。石油石化云計算（石油石化云）是利用云計算模型為基礎技術架構，將石油石化機構的數據中心互聯互通，構成云網絡，進行大數據分析；或利用云計算服務供應商的云網絡，將石油石化產品、信息、服務分散到云網絡中，以提高石油石化機構迅速發現并解決問題的能力，提升整體工作效率，改善流程，降低運營成本，為客戶提供更便捷的石油石化服務和各種信息服務。

1.虛擬化軟件平臺

中興通訊虛擬化軟件平臺，簡稱ZXCLOUD iECS（Integrated Elastic Computing System），基于開源XEN/KVM進行自主研發的，能夠提供完善的管理功能，以及用戶定制化需求的開發，是中興云計算架構中最基礎和最核心的組件之一，為云計算架構提供虛擬化基礎設施，實現包括虛擬機以及管理平臺在內的完善的虛擬化解決方案。

通過使用虛擬化軟件，解決資源的整合問題，在整合過程中對計算、存儲、網絡等各種資源進行標準化；并將資源劃分為更小的可以更好調度的資源單位，以達到調度過程中充分利用硬件資源的能力，如圖1-36所示。

虛擬化平臺分成四個層次：物理資源層、虛擬化層、虛擬化管理層和業務應用層。

（1）物理資源層：現有常規的IT硬件資源，包括服務器、存儲和網絡設備等。

（2）虛擬化層：將物理硬件資源進行虛擬化，以虛擬機、虛擬存儲、虛擬網絡等形式提供給上層。

（3）虛擬化管理層：主要是提供虛擬機管理、存儲管理、網絡管理以及監控告警等功能，實現資源的合理分配、動態擴展。

（4）業務應用層：這是虛擬化平臺所承載的應用，業務應用層向虛擬化平臺申請計算資源，在此技術上部署上層應用軟件，開展業務應用。

2.桌面虛擬化

在后端，隨著服務器虛擬化、存儲虛擬化技術逐漸應用，已經深刻改變了石油石化行業對計算、存儲資源的獲取方式和使用方式。而在前端客戶端，信息主管們已經意識到桌面虛擬化技術及其衍生而來的“桌面云”即將為石油石化的云布局帶來翻天覆地的變化。

桌面虛擬化是使用軟件從用戶的PC中抽象操作系統、應用程序和相關的數據。桌面虛擬化使管理用戶PC、配置新的桌面、使用補丁和強制執行安全政策更加方便。根據軟件和硬件的選擇，桌面虛擬化能夠減少擁有總成本，能夠實現任何地方、任何設備、任意時間的接入辦公，如圖1-37所示。

ZXCLOUD iRAI中興通訊虛擬桌面系統為虛擬桌面應用和管理的云計算服務產品，底層采用中興通訊虛擬化平臺iECS作為承載，上層運行虛擬桌面應用軟件iRAI，同時具備對虛擬化平臺和虛擬桌面資源的運營管理，提供相應的調度策略以及操作維護等功能。

3.大數據分析

中興通訊大數據平臺Golden Data，基于Hadoop分布式技術和HBase基礎上開發，結合中興通訊在大數據項目實踐過程中總結出的豐富經驗與改進，提供了完善的管理、監測、運維、調度工具及Web服務接口，具有NoSQL數據平臺所共有的海量存儲、線性擴展、高并發讀寫和低成本使用等優點，同時可以便捷地與Hadoop生態系統中其他組件交互數據，如圖1-38所示。

在Hadoop通用大數據平臺基礎上，GoldenData還開發了基礎增強組件，對開源產品的相關功能進行封裝，如SQL接口控制、搜索引擎等，以便為上層的開放作業管理和ETL作業引擎等服務層提供接口支撐。在外圍，GoldenData還提供資源統一調配和業務調動管理，構建一個商用的大數據分析平臺。

蔡湘、耿兆森（中興通訊股份有限公司）