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从FCS统一系统平台到石化ERP

  2007-06-15 14:15:22    来源: 
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电力18讯:    
作者:钟霖田
摘要:
 
 
一  FCS从大分离到统一系统平台
1  从DDC到PLC、DCS与FCS
    20世纪60年代初出现的DDC(Direct Digital Controller)直接数字控制仪开创了数字化控制之先河,将电子数字计算机应用于工业生产控制。  由于当时元器件质次价高,其安全可靠性难以保障,而从产品价格的竞争力考虑,又必须使单机拥有的回路数愈多愈好。为此,正如外国谚语所言:“把所有鸡蛋都放在一个篮子里”,即危险集中,当然也就形成不了气候。于是,从功能上分成PLC与DCS。前者,运用计算机本能的“与、或、非”等逻辑运算功能,对开关量(DI/O)进行加工处理,满足一些诸如机组的开停等离散控制的生产需求;而后者延至70年代中期才面市。DCS的设计思路是控制分散、信息集中,即将危险分散。但是,分散到什么程度?是彻底分散到诸如单回路数字调节器还是一个控制站拥有局部集中的I/O容量?这个看似很简单的问题,却是一个令DCS乃至FCS设计者不太容易回答的问题。
    笔者认为,DCS或FCS作为一种控制工具应满足工业控制、生产系统要求,应从应用系统总体角度予以考虑。
    笔者曾在文献[1]、[2]、[3]中指出:在大规模集成芯片的可靠性已无需顾及并采用冗余措施以后,采用I/O大容量的局部集中控制,彻底分散到诸如单回路数字调节器早已在市场消失就是反证,国产四回路数字调节器夭折于投产之中。现代工业生产,一个生产单元涉及的范围愈来愈广。过去,考虑生产安全因素而多采用中间缓冲储槽罐已多予取消。例如钢铁企业的联铸联轧,炼油厂的常减压一催化联合装置,用连续的延迟焦化取代过去间歇焦化(釜)生产,这要求一个控制站的I/O容量能尽量覆盖一套生产单元,绝对应避免有Timelines(及时性)控制信息交换以确保整体控制安全可靠,这种从控制(应用)系统总体角度考虑控制工具结构体系的思路未必被有关产品设计人员所接受,FCS的FF-H1就是如此。
2  FCS的Profibus与FF-H1
    由IEC通过的现场总线规范多达8种,其中World Fip与FF十分相近,而其它6种均是由PLC拓展过来的,就实质而言,就是PLC与DCS之争。前者以Profibus为代表,后者以FF为代表。
    从某种意义上讲,Profibus似是先有产品后完善规范,以抢占市场,作为商家无可厚非。其早期以DP为中心,下联PA,上接FMS,彼此以网关(或称耦合器)相连,所谓高速的FMS也不过12.5Mbps。其中PA无应用层,事实上PA是DP的RI/O(远程I/O)。PA虽放在现场,但控制运算却在DP上,由通信线予以连接,其安全可靠性实乃堪虞。毋庸置疑,在所有数字控制设备中,如靠通信及通信线将其构成闭环控制,则可靠性瓶颈非其莫属,这是工业控制之大忌。国内现在宣称有FCS面市者,包括e网在内,均是仿效于此,均是其DCS的RI/O。RI/O者,早在Y公司的DCS产品中就出现了,其缩写也为FCS,即Field Control Station,用RS-232或RS-485将其与DCS相连。所以,笔者赞同文献[5]的结论,并再次强调:称FCS(Fieldbus Control System)者,控制运算必须在现场。
    FF则反之,先制定一套完整而严密的技术规范,而产品却迟迟才面市,而且其推出的H1产品是以变送器及阀门(定位器)为主体的真正的FCS,笔者在文献[3]、[4]中对其特点详加了评述。为了下文起见,笔者在此简要概括为:作为仪表智能化而言,已近乎达到极至,包括园卡土要部件并涉及敏感元件在内的故障信息多达百余种,对测量、控制以至ESD均是极为重要而难能可贵的!但从控制角度看来,却是分散到比单回路数字调节器还彻底的程度:依靠发行/订户的强制通信(极强的Timelines要求),完成闭环的单回路控制,通信被紧紧地嵌入控制(回路)之中,犯了控制可靠性全仰仗于通信可靠性之大忌!其技术十分繁复。这种彻底分散到无以复加的结构体系无法实施快速的PLC控制,在Profibus的强力市场宣传面前,只有本无DCS而以变送器为主要产品的Smar公司独撑局面。然而,FF的技术实力是以连续控制称雄,从系统结构入手却成了“柳暗花明又一村”了。
3  将DCS控制站整体搬至现场的局部集中体系结构奠定了统一系统平台的基础结构体系
    文献[3]详述了NI公司FP-3000型FCS,将与下面叙述有关的特点概括如下:①整体搬移的局部集中体系结构为DCS、PLC、ESD转为FCS的共同结构,如图1所示,其中既有NI的FP-3000(与Smar等成为H1节点变送器相连),也有AB公司的Control,Net等:②控制与通信分开,如不采用H1通信协议,而采用HSE则FP-3000就变成另一种HSE型号的多功能控制器了。所以,这种体系结构为各总线所接受,其通信协议可以维持不变。
 


 

    早在1995年初,笔者一位朋友就向笔者提起过这种整体搬移的思路。此处提及,只是想说明这样一件事:从系统总体着眼,所见略同!笔者认为FF有两大亮点,其一是HSE,其二是其Function Block(FB功能模块)。
    FF的H1艰难面市而且在某种程度上遭冷落之后,其原定高速的H2(也只不过是2Mbps)因内部争执不下而夭折,而于1999前后,审时度势地采用HSE(高速以太网)。于是,群起而仿之,Profibus放弃FMS而改为Profinet。终于形成了以局部集中体系结构为硬件平台,其通信均采用以太网+TCP(UDP)/IP,而相当于ISO的OSI七层模型的表示层与会话层均采用OPC(服务器)作为与应用层的接口,为用户的应用层提供一个统一的系统平台。用户的应用(程序)是多种多样的,但都可以在上述统一的系统平台上运行,用户的应用(程序)有如“剧本”,而统一的系统平台如同大剧院。
4  统一的系统平台是用户应用的一向需求
    以石化生产为例,  间歇过程与连续过程交织在一起是常见的。例如,多个乙烯裂解炉并联运行以轮流清焦;变压吸附的分子筛需定时或不定时卸压再生,再生后再加压运行;迟延焦化的加热裂解过程是连续的,而两个大容量结焦塔却是轮流运行的。以往,多是将间歇生产过程交由PLC执行,连续生产过程由DCS控制,而ESD作为“消防队”单独待命,“养兵千日,用兵一时”。这种原本是同一生产装置或单元的综合控制问题,理应在同一系统平台上按时序、状态或命令,调用不同应用程序予以通盘控制处理的事情,过去均由按各自分割使命的三套独立的控制装置来处理。因为三者的输入大多相同,而常常争执这些信号由谁来采集谁引用;输出信号部分相同而争执不大。现在统一的系统平台是一套控制装置,争抢信号的问题不复存在!所以,DCS、PLC、ESD的使命均可由FCS的统一系统平台予以囊括而不应再有争执了。
    统一的系统平台在响应速度上是有所差异的,这也使各厂家按其以往的特长仍有竞争优势。例如,要执行ESD,则需取得安全许可认证,而Profibus的Profisafe就有明显的优势。所以,统一的系统平台是一种概念性的,其上组合的各种应用程序在执行时间上或执行周期上也是有较大差距的,从某种意义上而言,应按时间划分来执行各(任务组成的)线程予以实时调度,而ESD则应按状态(信号)经甄别处理后予以“唤醒”执行!
5  有关ESD的一些问题
    笔者在文献[7]中提出预联锁的概念是:正常运行的控制系统应在异常情况下力挽狂澜,在确保安全的前提下阻遏“唤醒”ESD的因素出现。现在这一概念已拓展为软联锁,并有相应的IEC标准。过去ESD制造商在其硬件结构上多采用了冗余,并以3取2的表决方式予以决策,而对输入信号真伪的诊断却往往少有涉及。笔者认为,现在在统一系统平台上运行的正常的调节控制程序已作为第二道关口尽量阻遏“唤醒”其执行,而第一道关口则是对输入信号的“智能化”处理断定其可信度,已经相当可靠地在确保安全的前提下拒绝ESD的误动作!至于是否要冗余,  由用户选择,按文献[3]所提采用二节点整体冗余即可。
    然而,ESD的主要问题并不是上述信号冗余而是参数设置。例如,文献[7]中提到水/碳联锁跳车
(ESD),当水/碳比值连续7秒低于2.0时,则A-A级(全厂停车)跳车,这个7秒是怎么定的?据笔者所知,包括工艺、自控设计在内的人员均难以说明。笔者贸然认为,这个时间应是负荷的函数,应从过程动态学角度予以探索、研究!设计人员所定的7秒钟有相当大的裕度,宁愿让其跳车,也不愿让其结炭。当生产设备发生器质性故障时,则应立即停车;反之,如因操作失误或原料成份大幅度变化等,则采取软联锁方式予以处理。统一系统平台可提供或创造这些条件,关键在于用户如何择定控制方案和设置其中的参数,特别是时间参数。
二  统一系统平台上的集成
    将应用程序(用户层)挂到统一系统平台上就集成为FCS,笔者在文献[4]、[6]中已详述了这种系统集成。据笔者所知,符合FF标准的HSE型FCS一些生产厂商其本身就是系统集成商,其应用层FB(功能模块)就是花了不少代价委托另一家软件公司开发的,而系统平台则部分或大部分外购OEM产品,其集成的FCS近来为市场看好。据悉,最近又有什么国产化FCS攻关立项。“九・五”期间,原机械部承担的以FF-H1为目标的攻关立项花了几千万,除攻关方向错误之外,缺乏总体技术把关,是其失败的主因,结果除了花费纳税人的钱,唯一的收获是参与五年攻关的部分技术骨干现为一些民营企业所网罗!
    笔者不反对国产化FCS立项,而是积极支持,只是国产化应当有范围,文献[4]、[6]中已提议在国外OEM供应厂商提供的统一系统平台上挂上FB,以集成国产的FCS!笔者对这家OEM供应厂商有深入了解,许多集成厂商及一些知名的大公司都委托其开发系统软件,有的已成国际标准。这是国人拥有国产FCS的捷径。笔者花了近2年时间,潜心编制的FF的全部功能模块(FB)及其传送模块,就是完全按其功能模块壳(Function Block Shell)的要求予以一一写就的,自信可以无任何阻碍地通过FF的互测试。
1  FF的FB(功能模块)
    FF的FB有两个亮点。其一是对连续生产平稳控制及安全性要求考虑十分周密、细致,其最多可达8种模式切换,确保无任何冲击,绝不会造成阀门有任何跳动。笔者曾广泛研究各种DCS算法(FB),也曾自己编制过经现场考核了的FB,但FF的FB(注:FF的HSE与H1使用相同的FB)对切换是如此严谨却是笔者始料不及的,笔者从中受益匪浅。
    FF的FB的第二大亮点是对离散输入/输出留有数码化的余地。在目前离散型的执行从部件只有2态(on/off)或3态(on/off/stop)的状况下,只能从这二者中予以选择。
2  编制FB的要求
    FB的功能完全决定了FCS的功能;FB的可靠性极大地决定了FCS的可靠性,一有闪失则招致极大的事故,文献[4]、[6]、[7]中均提到了笔者在现场使用Y公司DCS所遇到的事故。
    FB的功能除了FF所规定的一些FB之外,就应根据FB编制者的应用行业及应用经验另行添加一些有行业特色的FB。也可以在FF的FB中添加一些参数使之予以适用。例如Blending PID(调合PID)不仅适用于石化行业的油品调合,饮料的勾对,而且似乎可适用于转炉炼钢的纯氧输入量的控制。笔者并非从事冶金行业应用,而是在参观过程中看到生产过程:一炉钢水快速定碳之后即将氧枪插入,一定时间通氧之后即完成转炉炼钢工序,似乎是按供氧总量控制,而Blending PID恰是按沿给定值正、负波峰面积相等的定总量控制,当否?愿冶金行业同仁赐教。笔者之所以赘述这些,只是想说明这样一个问题:FB编制者一定要深刻理解生产过程控制需求,并拥有丰富的现场应用经验,才能针对行业应用特点,提供可靠、实用的FB。例如,石化行业屡见不鲜的相变过程,从潜热到显热会使温度有大的变化;单体聚合生产在未起聚时是吸热反应,而起聚之后是放热反应,且聚合速率的增加与温度的升高呈平方关系而易于发生暴聚,这些生产过程控制均要求有适用的FB。
    FB是软件,而软件的可靠性目前还无标准可以测定,只能靠仿真测试排除隐患。不要以为按FF规范编制并通过互换性测试就以为可靠性有了通行证!FF规范说得很清楚,FB的可靠性与安全性全由各厂商自行负责。FB用仿真测试全凭考核测试者的现场应用经验,制造各种各样的工况,即使是万分之一可能的工况,以逐一考核测试FB。笔者有一套现场工程数据及考核方案,  曾用于仿真测试过笔者自行开发的DCS的FB,后者已经过现场考核使用被证明正确无误。需要的话,笔者可以提供全方位技术支持。
3  未来FCS的竞争必是应用软件的竞争
    [4]、[6]已详述这一论点。此处只是想说明,这一论点也为目前Profibus与FF的市场范围所印证。离散的机电控制大多是Profibus的属地。然而连续控制范畴,特别是国内的石化行业,Profibus尚付阙如。据悉,其也拟向FF拓展,委托开发FF软件。但是,要想在国内石化行业有零的突破,其应用软件FB与石化现场工程及应用经验则更为重要。与之相反,FF在机电离散控制方面远非Profibus可比,其离散的数码化输入、输出的潜力目前受制于执行部件而仍停留在2态或3态部件上。
三  对FCS部分进展的预期
1  对FF-H1扬其精粹,去其繁冗,构成上述统一系统平台
    FF-H1有两大亮点:①仪表智能化近乎极至;②在线冗余或任务冗余(on-line Redundance or Task Redundance)突破了DCS常用的后备冗余(Back-up)或离线冗余(off-line Redundance)的窠臼,在增加冗余度的同时又提高了多功能控制器的效率。去其繁冗是去掉其构成闭环控制的有极强Timelines要求的通信。于是,笔者在此郑重建议:去掉H1的控制功能,保留其对变送器的智能化处理功能。为此,H1园卡将大大简化,其成本也将大幅下降,而比HART卡可能略高,但这样的智能变送器将比装有HART(协议)卡的变送器的性价比要高出许多,而其智能化水平远非后者可比,为了增加局部集中结构的I/O点数,这种变送器的数据记录[包括状态(S)与数值(V),共5个字节]不再走H1bus总线,而是从其配套的GPIO卡的数字输出口,如模拟信号直接接至如文献[3]中图8所示数字输入卡(8―16通道)上。该种数字输入卡并不是DI,也不是AI,其每个输入通道接受的是数据记录:状态(s)与数值(v)。状态(s)是Un8,表示该数据值的质量,即Un8中b7b6的4种取值为:=11为控制用好值,=10为测量(或计算用)用的好值,=01为该值不定,而=00则为坏值:Un8中b5…b20的16种取值表示智能化处理结果的子状态,表示该值为什么好或坏,而b2b1的00―11分别表示该值未受限幅、低限、高限及双向限幅(手动)。该输入参数的数值是4字节的浮点数,这种数字输入卡不难另行开发,以取代该图AI卡或DI卡[开关量输入也是数据记录(S&V),只不过其中的S与V均是Un8取值]。它所以要另行开发这种数字输入卡,主要是原来的AI、DI卡是模拟信号输入而无以表达该数据的状态。
    在线冗余这种先进技术用于文献[3]中图8的多功能控制器。例如,采用三块CPU卡:一块用于I/O处理,一块用于控制运算(FB),一块用于通信,三者均挂至其内部总线上,在这总线上挂有一个RAM作公用信箱,同时I/O卡均挂在这根总线上。这三块CPU卡在正常时轮流占用总线,用公用信箱交换信息。当某块CPU卡故障,则其任务由下面占用总线的CPU块接过去执行。如此,三块CPU卡中只要一块能正常工作就能使该现场多功能控制器正常工作,这种3:1的冗余岂不是比Back-up的2:1冗余度高,而且总体效率也高否?望同仁赐教(笔者开发的一套小型DCS样机就是如此)。
2  执行部件数码化
    执行部件,例如调节阀,一直是调节(控制)系统的麻烦部分:回滞、非线性以及制造厂给出的(离线的)流量系数C对于在线应用误差太大,而使调节阀的选用尺寸计算常常失准。使用智能的阀位定位器(自带PID定位调节)省却了不少麻烦,但要使FCS获得较好的调节品质,调节阀阀芯要作抛物线等特殊加工,现虽用仿型数控机床加工省事多了,但成本不菲。然而,采用线性或等百分比特性的阀(芯)通过在线调整定位器内的(软件)非线性特性使之达到预期的流量特性岂不是简捷、省钱得多吗?事实上,这是把阀门定位器由PID、非线性特性及阀帽的动态(一阶惯性)、回滞(由填料函磨擦及流体压力等引起)等组成的内环看作是流量调节回路的广义对象。例如,一个温度一流量串级回路,其中作为副环流量调节回路与主环温度调节回路都在FCS中予以控制运算,而作为副环流量回路又与阀门定位器上的PID构成串级,后者作内环控制可提供给定的流量。以往,这些内、外环控制回路的信号交换往往都是模拟量,使用诸如AI、AO卡,但如果阀门定位器装上接受数字输入(包括状态与数字,但不经过H1通信)的园卡作为其PID回路的给定值,岂不是可以实行执行部件数码化了吗?
    执行部件数码化的另外两个途径是:使用变频调速作为执行部件;使用步进电机经过涡轮涡杆(可增加力矩)减速来启闭阀门。变频调速受目前拖动(泵)电机的限制,其变频范围多是0.01~50Hz(也有0―400Hz)与FCS输出4byte浮点或Unl6的精度比较,有待提高,期望与FCS协调。而且变频调速调节流量大多限于低压流体的输送控制。步进电机经涡轮涡杆带动阀位似是较理想的数码化部件,也可适用于高压阀门的启闭,然而,步进电机制成较大功率则成本较高,能否形成气候,有待有关行家定夺,而且步进电机带动阀门是否会发生“机械性咬死”等问题,也有待阀门专家定夺。
    总之,笔者提出的上述建议,是基于从应用需求予以考虑的,这会导致目前常用的FO卡件都需变成适用数据记录(包括状态与数值)的采集与输出。摒弃常用的Al、DI、AO、DO卡件,采用数字输入、输出卡件,以实现彻底的FCS数字化。FCS彻底数字化既是应用的需要,也是OPC的需要,因为后者传递的数据大多是附有表示该数据(值)质量的状态信息。有关检测(敏感)元件的进展请见文献[5]。
四  石化生产ERP
    FCS是ERP(Enterprise Resource Planning,企业资源计划)的最低层,其间还有一层MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)。就石化ERP而言,例如其销售子系统决定什么牌号油品的数量,MES则根据哪几种现有半成品油配比调分成所需牌号油品,这个配比就是由FCS执行;又如由ERP有关子系统决定常一、二线油要求其馏份有重叠或脱空,则相关MES根据原油恩氏蒸馏或实沸点曲线确定其操作温度交由FCS执行。石化的MES有其自己的特点,与文献[5]、[9]所提到的有很大不同。
    ERP不仅极具行业特性,而且因行业内务企业性质不同差别也极大。笔者在石化行业工作40余年,曾为上海高桥石化公司起草过“高桥石油化工公司CIPS应用工程《初步设计报告》”,对由CIPS拓展而成的ERP略有涉及。近悉,中石化集团总公司已将ERP列为其四大重点开发攻关课题之一,给予了极大的重视;对此,笔者借此机会对石化ERP的总体设计与实施坦言自己的观点,因为ERP的设计,特别是实施不但涉及了许多非技术因素,而且在技术上它是一个巨大的系统工程项目,涉及的面很宽。
1  ERP的宗旨及实施实质
    ERP旨在定期时间内获取最大利润,其实施实质是把全企业的所有资源(物、人、财等)作为原料市场与产品市场的随动系统。其最理想的业绩是:原料与产品库存均为零(石化企业做不到)而利润最大。之所以限定在定期时间内是指该随动系统的灵敏度与稳定性两者有最佳的协调,使该系统的利润/单位时间*定期时间最大为优化指标,用优化术语说明就是追求全局极值而非局部极值。
    笔者认为该随动系统只有一条纵向主线:以原料信息网和产品信息网的有关信息为输入,全企业以生产活动的物流为主干线形成的利润最优,而全公司的人、财、物等其它资源都应当围绕该物流主干线而配合工作。理想的情况是:从上述市场网来的信息经ERP系统决策出物流的安排,经MES下达至各生产单元,由FCS形成的监控系统予以操作执行。
2  石化ERP的复杂性
    以物流为主干线的ERP中,以石化ERP最为复杂。其原因所在不仅存在二级负荷分配,而且以石油作原料的原油本身的差异很大。不但产地不同其原油差别极大,  而且同一产地不同油田甚至同一油井各批原油都存在差异,有的轻油含量高(例如中东原油轻油含量可达30%左右);有的含腊高;有的含胶质高(前者作润滑油较好,后者产较多的石油焦)等。对这些原油应采取不同的加工方案(常、减蒸馏处理),而含硫高者必须在一般的脱盐脱水之外加以脱硫,以免腐蚀后续加工设备。
    以原油为原料的企业分燃料型、化工型及燃料一化工型。二级负荷分配指的是燃料一化工型,如齐鲁石化、大庆石化、茂名石化等。这些公司又有一个共同特点,是先有大型炼厂(燃料型)后有30―45和60万吨乙烯化工厂。于是二级负荷分配是指:第一级负荷分配往往是常压3、4线(柴油)油去催化裂化装置与加氢裂化装置的负荷分配,前者产催化汽、柴油半成品再经轻油调合成最终产品,后者产生芳烃生产的原料;第一级负荷分配还包括常压1、2线的石脑油等是作油品及调合料与作乙烯裂解原料的分配;  而所产的乙烯单体又存在作聚合体不同的分配,诸如聚乙烯与聚氯乙烯及聚乙烯醇等之间的乙烯单体的分配,而乙烯裂解后的急冷分离的丁二烯又是作顺丁橡胶的原料,而丁二烯的多寡又可由MES决策交FCS执行(操作工况差异)。化工型者,诸如上海石化、扬子石化等,其原油经常(减)压简单分离后,常压1、2线油去作乙烯裂解原料,3、4线油经加氢裂解作芳烃原料。
    石化ERP最为复杂,原因之二是下游产品繁多达上万种。诸如燃料型的炼油厂,其初顶汽油经重整加工不但可直接产生(高辛烷值)重整汽油,  而且有芳烃产生,常(压)级1、2、3的汽、煤、柴组分半成品油经调合可成石脑油、汽油……等成品油,常压4线油经催化加工可产生催化汽、柴油作调合料及液化石油气等,减压侧线油不仅可作重油催化原料而且可作润滑油;液态烃经烷基化加工成烷基化油是辛烷值高的调合料,而油品调合有如“魔术师”是出效益的工序。再者,炼厂的罐区调度非常复杂,因为在某种意义上而言,  它兼有离散型机械加工厂的仓库与产品总装线(车间)双重职责。就仓库而言,它的原油储罐群储存原油,半成品油罐群储存各种半成品油(调合料),但由于油罐数量有限,其容量不同,需要动态知道各油罐是否空罐或满罐,储量多少以及储存的油品,拟储存新油品的是空罐还是余留多少老油品,该老油品对拟存储的新油品的“污染”如何?总之,就仓库职责而言,它的调度频繁及复杂程度远胜于其它仓库。它相当于离散型工厂总装车间是指油品调合加工。各种牌号的成品油都是相应半成品油按一定的质量指标调合(勾兑)而成的。如何用低价的半成品油调合出高价位的成品油并达到所要求的订货量,则在炼厂效益中占很大份量。再者,仅就聚乙烯而言,大的有高、低密度之分,而包括融熔指数不同等质量要求的牌号每一个都达数百种。
    石化ERP复杂还体现在原油期货采购,不仅要考虑价位,更要考虑该原油对本企业的“适用”或“生钱”程度。
    搞清这些物流已属不易,而赋予每种物流的成本或单价构成经济模型均是不太复杂的静态经济模型,这种模型按物料平衡不难推出。然而,一些物料加工需要加热而产生这种加热的燃料来自全厂炼厂气网,后者往往是出自一些加工工序(如催化裂化将产生大量的炼厂汽),此外一些物料加工工序常需供给蒸汽,所以物料平衡伴随有热量平衡以及前述的罐区调度,后二者与物料平衡全流程耦合以及串联加工过程中经过各加工装置容量不同等原因而使这种物流模型呈多维、多制约的复杂的‘动态’模型。
3  石化ERP的设计与实施
    石化ERP的总体设计宜从顶至底加以进行,再从底到顶逐步分级实施。其总体设计与实施应有一个真正的技术统领者,这位技术总领者应是本行业的系统工程师。各石化公司的ERP是绝不能从“外”引入,必须产自石化行业自身!上面不惜花了大量篇幅描述不同石化企业的物流,旨在证实笔者这一看法是有据可依的。石化企业ERP虽有共性,但更具个性。有共性者诸如原油期货市场的预估,决策子系统与产品销售市场的预估,决策子系统可以成套引入或委托行家开发。
    笔者上述之观点,决非排外,而早在1993年冬应邀在中国自动化学会第六届过程控制科学报告会作“DCS的现状与发展趋势”的大会报告中,曾向国内近110名主要来自高校的博导教授们公开宣称:“开发工业应用软件,首先应由系统工程师从全局观点将实际问题分解,规定各部分的功能及相应接口要求,使之具有可操作性,这是保证软件产品工程化的重要途径”。开发FCS的FB是如此,开发石化ERP同样如此。此外,笔者在石化行业从事石化生产计算机应用开发已逾40年,其中1973―1985年在上海炼油厂现场的经历使笔者受益终身。因此,笔者提出上述看法是出自亲身体会。
五  石化系统工程师应是石化ERP的主体制定者与实施指导者
    笔者在文献[6]中断言:系统工程师只能是那些具有“无为,  而无所不为”潜质的工程师从多年工程实践中造就出来,他们才是工程界的真正精英。与“艺无止境”相对应的是“学无止境”、“知无止境”,成为系统工程师是工程师们的毕生追求。笔者体会,系统工程师是有行业划分的。其学识之广,技术之精湛,可以概括为:“上朔九天揽月,下达四海捉鳖”。
    就石化行业而言,各个专业的工程师都有望争取成为石化系统工程师,但笔者认为,成为石化行业系统工程师应具备下列一些条件。
    (1)  对石油炼制工程、化学工程的学识掌握,应相当熟识,其认知水平不在该专业出身的工程师之下。
    (2)  应当熟知工艺及工艺操作,积有相当丰富的现场经验,能解决现场所出现的异常事故。对此,笔者有亲身体验。笔者本职是控制应用工程师,如不熟知工艺的话,则永远不能自立,只能俯首听命于工艺。事实上,不懂工艺是绝对控制不了生产的!只有比工艺还懂工艺,例如列出的对控制的工艺要求中有工艺不知或不能言明的工艺要求都能一一予以列出并满足,就掌握了主动。
    (3)  应当熟悉生产设备,包括仪表、DCS、PLC、ESD以及FCS等。当笔者了解到催化反应主要在提升管内进行,而原来的反应器已降格为沉降器之后就由此想到会有同轴型催化裂化装置出现。
    (4)  应当有系统工程学识,有坚实的数学基础。
    (5)  应当熟悉计算机及其有关的信息技术。
    (6)  应当熟悉企业管理,熟知生产调度。
    (7)  要能即时解决生产与研究中所遇到的各种问题。例如,1990年春夏之交,笔者应邀去上炼参加某著名高校在一号蒸馏从事的常压塔质量优化与能量优化科研项目成果鉴定前的现场测试,  当能量优化继质量优化之后投运时,生产异常到出“黑油”,在场的研究生与导师们无所适从。笔者应现场负责人之邀予以解决。经问询搞能量优化的研究生,立即断定纯系低级错误:“一仆二主”而导致二中段回流乱动,一刻钟之后生产恢复正常。现场事故被快速诊断、消除。又如,笔者在1994年秋在听了现象详述之后仅花了4个小时思考就诊断出并继而解决了国产DJK-7500样机的通信问题,该问题是笔者早在4年前就指出应予注意的。这两种可以说是风马牛不相及的问题,笔者为什么能如此轻而易举地即时予以诊断并解决呢?当时在场的笔者对其执弟子礼的、著名自动化界老前辈蒋教授曾问及是否已经形成了一种思想方法?答日:是的,“厚积薄发,疱丁解牛”。厚积是基础,如不能薄发,则是“死读书”!要能做到薄发,必须能够“疱丁解牛”,即看什么都必须从系统整体出发看出其构架核心。笔者如此赘言,主要是谈及自己治学的心得体会,与读者共享之。
    要“厚积”必须假以时日,所以其收入之高而占金领阶层前列的系统工程师大都年逾花甲,国外大公司几乎毫不例外不因其年龄超限而解聘,这些人一出场,工程报价则起码翻番,保证如期按质提交钥匙工程。
    只要有心,随时随地都可增加“积厚”。例如笔者在搞渣油气化炉的控制时,曾对德士古专利的渣油气化炉在渣油被10MPa的蒸汽雾化后,被10MPa液氧助燃达1500度左右被气化后的炭黑所高速冲刷环境下能长期正常工作饶感兴趣,尤其是直径达2米多的炉盖,其必定是拱形结构以抵消耐火砖的自重,但耐火砖之间粘结剂如何?且常温到1500度之间巨大温差造成的热胀冷缩对这种粘结剂造成的影响?
    一次偶然的机会,遇到搞气化炉国产化设计的工艺设备设计的校友,则不失时机问了上述问题,对方感到吃惊,我这个“旁观”者对这个问题考虑得如此深;答曰‘这是国外专利的核心机密’。举这个例子,无非是要说明这样一个问题:只要有心,随时随地都有“积厚”的机会。所以,系统工程师是那些具有“无为,而无所不为”潜质的工程师从多年工程实践中才能造就出来,是工程师们的毕生追求。
六  对如何开展国内石化ERP的两点建议
     文献[9]提到:“美国ARC公司调查结果显示,53%客户反映ERP对工厂生产存在负面影响。难怪有人说:不上ERP是等死,上了ERP是找死。更何况上ERP项目动辄要投资上千万,甚至上亿元”。
    ERP是起源于离散制造行业的CIMS,其思路与方法大多被生搬硬套形成CIPS,企图适用于连续加工,CIMS与CIPS被凑合成ERP,并企图形成统一国际标准,笔者对此难以苟同。至于国际标准,象现场总线的国际标准多达8种,等于没有标准。现在国际上从事ERP研发应用的公司大多是从搞CIMS转过来的。所以笔者认为应根据行业特点分步开发应用石化ERP。没有国外经验好借鉴,一则现在都在探索,二则各家ERP涉及其公司核心机密怎么可能将真情见诸于报刊杂志呢?笔者认为,对于搞石化ERP,“路漫漫兮,吾将上下而求索”。
    (1)  石化行业宜谨慎从事ERP开发应用工作,宜选择一家基本上是燃料型石化公司,例如高桥石化的上海炼油厂,以及一家化工型石化企业,例如上海石化总厂做试点。上海炼油厂从事计算机控制工业生产起始于1964年并延续至今,这不但在国内是计算机应用于工业生产的鼻祖,在国际上也是先行者之一。20世纪80年代建成的上海石化总厂建厂时就部分引进(如乙烯裂解等)计算机控制,而且其首批技术人员全出自上炼。所以,笔者认为首选这两家作开发应用试点应是无可争议的。
    (2)  鉴于开发应用石化ERP的难度,建议在上海设立石化ERP开发应用中心,对上述两家试点进行开发应用。“三军易得,一帅难求”。笔者在此毛遂自荐。特此,向石化集团公司请战,并公开宣称,就从事石化ERP研发应用技术总负责人一职,笔者愿接受国内外任何人的挑战。为此,笔者已辞去一国外公司的高级技术顾问,等待召回。笔者对此事的信念是,能展平生抱负,当鞠躬尽瘁、死而无憾;应对此事的能力是:“厚积薄发,疱丁解牛”;应对此事的辅助力量是:“一个好汉三个帮”,与笔者同辈且也是1964年就从事计算机控制工业生产而延绵至退休的两位“左膀右臂”,分别负责两个试点;应对此事的期限是5年期间见分晓,并带出一帮技术后继人。最后,笔者以“无为,而所不为”作为总体回答。
    后记:本文捧呈慈父钟松森先生,在一日二餐尚难以为继的极端艰苦条件下,尚使儿完成学业而未享受半日赡养,令儿悔恨终身。40多年来,每当悔恨之余,慈父的克苦坚毅精神更加激发笔者在知识海洋中以苦作舟不断前进以图精神回报。



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