第三节　石油和化工信息化发展需求

数字油田建设总体方案

近几年在油气田信息化建设方面经常使用的几个词汇，如信息化油田、数字油田、智慧油田、智能油田，虽然提法不同，其本质都是一样的，就是综合利用现有的计算机技术、网络技术、通信技术、感知技术、信息分析等技术方法和手段，解决油气田勘探、开发、生产、安全、人员等方面的问题，提升油气田企业综合管理水平，最终提高油气田企业的综合经济效益。

一、油田应用数据类型及来源

油气田生产管理业务可分为：油藏地质研究与管理，采油工艺研究与管理，地面工程建设与管理，生产运行调度与管理，油区生产安全、环保、治安管理，生产经营管理，后勤辅助生产管理。油气田从纵向不同管理到横向的不同业务环节都会产生不同种类的数据，再与油田的开采历史结合在一起，构成一个复杂的大型数据集合。从数据的类型又分可分为实时数据、历史数据、视频数据、图像数据、地震数据等。因此，油气田的数据是一个典型的大数据体。

二、数字油田建设及目标

数字油田建设与智慧油田建设不是完全分离的两个阶段，它们可以根据数据和生产管理的需要，互相交叉、互相渗透地进行建设，这完全取决于生产的需要和业务模型的建立。数字油田建设的目标是：

（1）根据业务需求确定应用模型，以应用模型确定数据需求，根据数据需求确定数据采集的内容和方式，使油田管理水平和资源消耗明显降低；

（2）建立结构合理、安全可靠、使用方便、反应快速、面向未来的数据中心架构；

（3）建立切实可行的管理制度、企业标准规范。

三、数字油田建设主要内容及要求

1.总体思路

将油气田范围内产生的各种信息实时地、全方位地进行采集，通过各区域的区控中心（作业区、采油厂）汇集之后通过网络将其传送到油气田数据中心，同时也将上级有关部门和有关工程技术服务部门的相关信息传送到数据中心。数据中心根据油气田的需要对这些数据进行分类、预处理、存储等管理。油气田根据业务特点建立相应的应用平台，应用平台从数据中心获取数据，根据业务模型和生产需要，在平台中对其进行进一步的加工、处理，然后通过WEB发布到各应用者的终端上，管理和操作人员通过这些信息管理和控制油田，同时平台将深度处理和加工的有用数据再回存到数据中心，区控中心（作业区、采油厂）只负责管辖范围内的油气水井、计注站、油区的生产监控、管理、控制，如图1-31所示。

2.数据中心

数据中心的作用，首先是汇聚油气田生产、经营、管理有关的各种信息；其次是对这些信息进行分类、加工、处理；再次是对其进行存储，通过这些工作将数据加工成半成品，以供各业务平台使用。

数据中心是数字化油田、智能油田建设的核心内容之一。油气田生产过程中产生的数据是典型的大数据。对数据管理的基本要求是使用方便快捷、检索容易、存储空间占用尽量少。

数据中心的数据一是直接从生产现场采集的产生数据；二是上级管理部门发布的各种信息；三是生产技术服务公司提交的成果、测试资料信息；四是各应用平台产生的有用的综合信息。

数据中心一般需包括现场信息接收、外部信息接收、信息处理、信息存储、信息提供，如图1-32所示。

3.区控中心（作业区、采油厂）

数据采集包括生产现场数据实时采集、现场数据阶段性录入、上级管理部门的数据接入，如图1-33所示。现场设置六个区控中心，即北部区控中心、中部区控中心、南部区控中心、跃进油田区控中心、砂西油田区控中心、联合站区控中心。这六个区控中心将现场信息采集到本中心，一方面利用这些数据，通过应用平台实施对管辖区的监控、管理和控制，另一方面进行短期存储，第三方面将信息传送到数据中心进行集中存储。

现场数据阶段性录入、上级管理部门的数据通过外部信息接口传送到数据中心。

区控中心的主要功能和作用，是监控辖区内油气水井的生产状态；监控辖区内的治安状态；监控计注站的生产状态、治安状态和生产安全预警、报警；日常生产管理和报表的生成。具体见表1-1。

4.联合站监控中心

联合站监控中心主要负责监控站内生产设施的生产状态及工艺参数的预警报警、生产安全预警报警和站区及周界的安全预警报警。具体包括见表1-2。

5.安防监控中心

安防监控中心主要是配合油区治安管理人员维护油区的社会治安，发现、抓捕在油区从事非法或活动的犯罪分子。因此，它应具备如下功能：实时监视各油气水井、油区、路口检查站、站库、办公楼内外的视频图像，监控中心治安管理人员能随时与各监控点（路口检查站、站库、办公楼）监控人员通话，当发现不法分子时，监控中心与抓捕人员保持通话联络。

6.应用平台

无论是数据采集还是数据中心建设，其目的都是为了应用，所以应用平台的建设十分重要。应用平台建设应根据各业务的特点建立业务模型，统一架构设计方案，平台的基础数据来源于数据中心，平台产生的有用数据再回存到数据中心，见图1-34。

坚持如下原则：①所有平台使用的数据必须来自于数据中心（资源池），不能以业务特殊为由独立于数据中心之外；②统一平台架构体系，只有统一架构体系，才能达到真正的数据共享，平台之间既相互独立又互为一体；③应用平台的人机交互界面和操作方式要充分考虑不同岗位、不同应用层次的人员的使用特点。比如现场操作人员的人机交互界面要尽可能地简单，一目了然，符合现场的使用习惯，否则，由于现场人员不愿意使用而导致系统无法应用或部分无法应用。

7.数据接口及标准

信息技术行业多数业界人士认为数据接口及标准是物联网、数字油田建设的重要内容，也是制约数字油田建设的瓶颈。但是物联网和数字油田建设只是近几年才发展起来的，它的很多概念、理念、技术、方法、应用都还不成熟，甚至不同的专家、学者站在不同的角度有不同的理解和解释，所以就不可能有所谓按某一个或几个标准去执行，更不可能按统一的数据接口去采集数据，进行数据交换。

8.员工培训、企业标准、生产管理制度的调整

实现油气田信息化管理，对员工的工作方式、技术业务素质的要求都会有所改变。因此，在数字油田建设的过程中，对员工的培训、企业标准建立、生产管理制度的调整都要同步进行。

四、智能油田建设

智能油田是在数字油田的基础上，利用油田产生的大数据，以系统科学、人工智能科学为基础，建立更科学、更准确的、更自动化的应用模型，从而使油田生产的油藏、井筒工艺、地面工程达到高度的协调统一，使油气生产过程更安全、更环保、消耗更低、效益更高。

五、对数字化油田建设的建议

1.把实现信息化管理作为数字化油田建设的总体目标

数字化油田建设是手段不是目的，目的是通过数字化油田建设提高油气田的综合效益，包括使油藏、井筒、地面之间更加协调，使油藏采收率更高；油气田生产更安全、更环保，油区社会治安更好；员工工作生活环境更好等。

2.整体设计、重点把控、分头实施

在建设的过程中，在顶层设计的基础上，由油气田数字化油田领导小组或委托有实力的服务公司进行整体把控，具体建设工作可由有专业特色的公司具体实现。

3.以业务应用驱动建设

首先要确立每个业务应用在未来几年内要实现的目标；然后精心研究业务流程、业务需求，并形成业务模型；第三步是根据业务应用平台的整体架构进行应用开发。

刘聪（北京华油斯玛特技术开发有限公司）

石油化工智能化工厂的演变

石油石化行业的快速发展和不断增长的需求，促进了过程控制系统快速的发展。由一个装置集中控制逐步过渡到联合装置的集中控制，而后发展到设一个中央控制室进行全厂集中控制，现在要求100万吨乙烯和1000万吨炼厂等新建大型企业设计集中控制控制室，并以CRT或LCD屏幕显示器作为操作工具。现石化装置的操作由模拟仪表盘操作改用CRT显示器操作，这一变化是随过程控制系统的发展即DCS的出现而实现的，炼化企业推广应用先进过程控制技术（APC）已取得明显的效益。FCS的问世，为石化企业实现数字化工厂创造了条件，今后的目标是发展智能化的炼化一体化工厂。

一、DCS技术的发展

DCS自1975年诞生以来，经过了几次更新换代，产品不断发展和完善，在功能上变得更强大，而价格上变得大众化，目前已成为石油化工装置过程控制系统的主流选择。

新一代DCS集成了30多年的过程控制、资产管理、领域专家的丰富经验，融合当今最先进的控制、各种开放的工业标准、最新的计算机网络等技术，将现有的过程控制和安全系统集成为一个单一且统一的结构。新一代DCS为用户提供了远高于集散系统的能力，包括嵌入式的决策支持和诊断技术，为决策者提供所需信息；安全组件保证系统安全环境独立于主控系统，提高了系统的安全和可靠性。

1.DCS控制站技术

控制站是DCS的核心部件，随着IT技术的发展，DCS的能力不断加强，最初采用的是8位微处理器，后来应用了16位、32位以及64位微处理器。DCS的控制回路数也从几个、几十个到超过100个。随着控制站支持的I/O点数的不断增加，控制站的功能主要体现在它的功能块数量和功能上：控制组态软件是否灵活好用，下载是否可靠。目前控制组态软件都向IEC 61131-3编程语言标准靠拢。

新一代DCS如PKS控制器CEE（Control Execution Environment）是一个集鲁棒性、灵活性和一致性为一体的控制执行环境，该环境可运行在不同的平台上，开放式体系结构使它可以与现有的霍尼韦尔控制器、第三方控制系统及设备集成。

控制执行环境CEE是控制器的核心，它提供了一个可灵活组态的控制执行环境，用户可以通过组态的方式对PKS进行系统配置。单一的、先进的图形化控制策略组态工具软件（Control Builder）可以方便、容易地生成一体化控制策略。控制功能使用的功能块FBs（Function Blocks）是通过算法库来提供的。PKS控制器有C200控制器模件、C300控制器模件和应用控制器（ACE）。系统还支持仿真控制器（SIM）。过程控制器C200/C300是紧凑型的、高性价比的控制器，直接与过程I/O连接。应用控制器ACE作为高级控制平台和与第三方控制系统的集成是非常适合的。

早期的I/O卡有模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出四大类，后来又增加了脉冲量输入卡。现在还有现场总线I/O卡。模拟量输入、输出卡提高了信号转换精度和抗干扰能力。

2.DCS-CRT人机界面

人机界面包括操作站、工程师站和各种应用站。在DCS发展的初期，大部分DCS厂家的人机界面设备都自己制造，相应的操作系统、监控软件也是自己开发。到了20世纪90年代中后期，逐步出现了选用PC机作为操作站的DCS，操作站的软硬件逐步通用化。初期操作系统多选用UNIX系统或Windows系统。选用UNIX系统的一般比较稳定，但成本高，选用Windows的成本低，但系统死机多一点。特别是当时选用WIN32操作系统的操作站，处理操作站死机几乎成了日常的基本工作。随着Windows系统的稳定性不断提高及Windows系统的价格优势，Windows系统逐步成为主流。

传统DCS的操作站与控制站的通信方式采用对等或主从方式，操作站直接与控制站通信，传输数据。PKS的人机界面是采用服务器/客户机格式，也可选用直接与控制站通信的操作站，以满足不同用户的各种不同要求。

3.DCS网络系统

通信网络是DCS的重要组成部分，在DCS整个系统的实时性、可靠性和可扩充性方面起着重要的作用。第一、二代DCS通信网络各制造厂独自开发、各自为政，在不同制造厂DCS间通信存在一定的困难。第一代DCS通信网络为数据高速公路，采用双绞线信道或同轴电缆，速率在1Mb/s以下，第二代DCS通信网络为局域网，采用同轴电缆或光纤，通信速率为1～10Mb/s，第三代DCS开放性的通信网络得到了越来越广泛的应用。由于以太网应用的广泛性、成熟性和开放性，使得大多数DCS生产厂家都先后转向了以太网。许多公司还在提高以太网的实时性方面做了很多改进。因此当前以太网已成为DCS等各类工业控制系统中广泛采用的标准网络，但在网络的高层规约方面，目前仍然是各DCS生产厂家自有的技术。

为了提高可靠性和效率，DCS生产厂家也在不断改进和发展DCS的网络结构，容错以太网（FTE，Fault Tolerant Ethernet）就是一种比较新型的DCS通信网络。如PKS的容错以太网FTE（Fault Tolerant Ethernet）是高性能的控制网络。FTE节点之间有4条通信路径；对电缆和电子设备中的各种多重故障具有容错功能快速检测和恢复；组态简单，高性能100/1000Mb/s。容错以太网提供给节点之间更多的网络通信路径，可以承受更多的故障包括所有单个故障和多个多重故障。

4.高度安全的系统网络

新一代DCS采用一种深度防御方法来保护计算机网络安全，它具有的多层保护机制业已成为行业标准。如PKS高度安全网络架构将过程控制网络分成三个层次：第一层负责直接过程控制的节点；第二层连接KPS服务器、工作站和ACE节点；第三层连接到域控制器、厂房级优化器以及PHD历史记录器。在高度安全网络架构中使用特定的交换机和路由器以及霍尼韦尔控制防火墙。PKS的高度安全网络架构保证了过程控制安全。

石化企业已试用安全工业隔离网关。在工业控制网络同企业管理网络之间可采用力控华康安全工业隔离网关Psafetylink，主要起到将工业控制网络同企业管理网络之间隔离，安全隔离网关采用物理隔离和安全通道隔离，将以太网进行物理级安全隔离，安全通道隔离即通过专用通信硬件和私有路由协议等安全机制来实现内外部网络的隔离和数据交换，有效地把内外部网络隔离开来，而且高效地实现了内外网数据的安全交换。

另一种方法为照相数据传送技术，DCS要上传的数据由专门的数据采集计算机采集，并且将这些数据显示在计算机的屏幕上。另外有一个摄像头将屏幕上显示的实时数据自动拍摄下来，拍下来的数据画面经过智能机器阅读系统自动解读后得到要上传的数据，通过局域网送到实时数据库和办公网上。这样，局域网和DCS之间完全没有网络的物理连接，病毒和黑客不可能通过网络窜到DCS中。无论病毒如何变化，都从本质上保证了DCS的安全。

5.高级应用与DCS系统完全融合

在系统设计时考虑了高级应用与基础控制的融合，例如统一的人机界面，先进控制与基础控制数据交换，设备诊断信息和报警信息的统一，以及与MES应用的交互等。先进控制可以直接从DCS控制器通过容错以太网（FET）以位号读写数据，确保控制信息的可靠。采用统一的人机界面，操作员既可以用DCS界面（如点细目画面，流程图，报警，趋势等）管理和操作先进控制，同时融合了先进控制的组态和维护功能。

6.高级控制嵌入控制器

霍尼韦尔是将模型预估控制算法（Profit Loop）植入DCS控制器（C300/C200）的自动化厂商，使得使用这种先进的控制算法变得与组态一个PID算法一样简单，从而解决了许多采用PID控制效果不好的过程控制问题，例如纯滞后时间长的回路、非线性回路等。国内一家化工厂的聚甲醛装置的精馏塔塔底温度控制回路采用该算法后，一年就因为节省蒸汽消耗获得了九万元的效益。

7.全局数据库

对分散控制系统来说，全局数据库是一个很好的技术。没有全局数据库的系统通常面临数据严重重复、高网络负荷、不同数据库中不匹配的组态和重复报警而导致的困难，最终造成系统的运行性能低下、可靠性降低和工程维护成本高昂的后果。采用分布式系统结构，PKS系统的全局数据库使之可以从多个PKS系统中透明地进行全局数据访问，从而把全局数据库技术发展到一个新的高度。

图1-35表示一个全厂系统的例子，由一个高速的全厂网络把诸服务器连接在一起。每个服务器可以从其他一个或多个服务器存取信息。同样，这里所说的服务器可以是连接过程控制器的PKS系统服务器，或者是连接像PLC或RTU之类的Experion SCADA系统服务器。

动态缓存的数据访问使得过程控制器能够最大化地利用其广泛的控制和诊断信息，同时保证了大规模的控制能力。

8.现场总线技术应用

早期的DCS在现场检测和控制执行方面主要采用模拟或开关信号进行传输。现场总线出现以后，新一代DCS除了继续提供常规的模拟信号接口和开关量接口外，还提供各种形式的现场总线接口，可以支持各种标准的现场总线仪表、执行机构等，充分体现了它的灵活性、方便性和适应性。对于现场总线仪表，可以把控制模块放在现场，也可以按常规做法放在控制站内。系统可以适应多种现场安装方式。

近15年，石化系统对DCS不断提出更高的要求：乙烯、炼油等联合大型工程约有几十套装置集中于中心控制室并在全厂连成网络。这是一个全厂管理与控制综合系统，是一个大型网络系统。所以要求DCS主供货商能提供成熟、可靠的大型网络系统，要求DCS主供货商有应用大型DCS系统的经验和能力。石化联合大型工程是我国大型工业生产厂，因此要求DCS应是成熟的控制系统，而且DCS高可靠性是第一位的，以保证石化等联合大型工厂开车一次成功。

二、现场总线控制技术（FCS）

近15年，现场总线是自动化领域中发展很快的互连通信网络，它具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多。较著名的有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS-INTERFACE总线等。

通过分析，其中FF（基金会现场总线）、PROFIBUS-PA最适合连续过程控制如石油和石化行业的需要。它具有高度的安全可靠性和实时性，并能满足安全防爆要求，继承二线制仪表传统，多数DCS和变送器、阀门厂商都支持。

目前，全世界已安装的基金会系统超过12000套，已安装的现场设备超过百万台以上；其中，在中国已安装系统超过100套，已安装现场设备超过90000台。基金会现场总线已在美洲、欧洲、亚洲以及大洋洲得到应用，最终用户遍及各主要工业发达国家。基金会现场总线和PROFIBUS主要应用领域之一是石油化工行业。

1.数字化控制系统的特点

石化系统的大型项目也有采用数字化控制系统——FCS进行生产过程控制的。现场总线控制系统的特点如下。

（1）开放式系统　现场总线工作站同时挂在现场总线和局域网两层网络上，通过后者可与其他计算机系统或网络进行高速信息交换，以实现资源共享。另外，现场总线的技术标准是对所有制造商和用户公开的，可实现技术共享。通信总线标准统一全开放。

（2）全数字化通信　由于采用双向数字信号传输，使得系统精度提高；现场设备的信息增多几十倍，可用于自诊断，系统调试、管理，从而提高系统的有效性；同一电缆挂多台现场设备，从而节省电缆的施工量，实现数字化、双向通信。

（3）可互操作性　现场总线智能仪表按统一的技术标准，不同厂家的产品只要遵守相同的现场总线标准就可互连互换，统一组态，即插即用，以方便设备更新或系统扩展。

（4）控制分散度高　现场总线控制系统可实现彻底分散控制。每条总线可连接多台现场仪表，由智能的现场设备带PID，可分散地完成DCS控制器的功能，使控制风险彻底分散，提高系统控制的自治性和可靠性。

2.数字化控制系统的实施

石化系统的大型项目已采用FCS进行生产过程控制，实例如下。

（1）赛科90万吨乙烯裂解装置的FCS是国内外最大的现场总线系统。该系统包括47000个控制回路、40000台仪表和与世界最大基金会现场总线设备联网的13000台智能设备，集成10套数字化控制系统。DCS采用Emerson公司的Delta V系统，控制站除常规I/O模块外，配置了FF-H1现场总线模块，每个模块的两个接口分别构成两段FF-H1总线，每段FF-H1总线设计9台仪表（实用6台，备用3台）。该工程实用FF-H1现场总线段2473条，FF-H1现场总线仪表14375台，平均每个FF-H1现场总线段上挂5.8台仪表。FF-H1现场总线段上集成了不同厂家的现场总线仪表。

（2）福建炼油乙烯的应用。项目位于福建泉州，由中石化、Exxon Mobil和Aramco共同投资兴建，原有400万吨/年炼油联合装置的改造。全厂采用数字化自动化结构，全面采用基金会现场总线（Foundation Fieldbus）技术。共采用10套DCS系统，2个中央控制室，22个外站，总I/O点数超过4000，FF现场设备12000台。项目于2009年投入商业运行。

3.现场总线应用效益明显

世界级乙烯裂解一体化联合工厂的建成仅花费了27个月的时间，比计划提前了3个月，10套一体化工厂全部顺利建成。这主要是采用石化创新的“IPMT+EPC+监理”的项目管理以及聘用主要仪表供应商（MIV）进行项目管理，采用基金会现场总线的PlantWeb数字自动控制结构，从而加速了施工进程，保证了顺利运作，降低了维护费用，并为将来的发展构建了一个先进、开放的平台。

由于采用了现场总线技术，使得设计、绘图的工作量简化，布线及调试时间大大缩短，安装成本得以降低。不仅如此，在其运行应用过程中，现场总线技术所带来的长远利益还将会进一步显现，如：出色的诊断能力；检修、维护的方便性；提高资产效率，利用资产管理系统功能（AMS）降低设备运行成本等。

4.FCS与DCS共存或相融

FCS与DCS将共存，因为FCS尚无统一国际标准，而DCS以其成熟的发展、完备的功能和广泛的应用而占据不可替代的地位，故两者将相互兼容与共存。预计今后很长一段时间，DCS与FCS将共存及互补。

三、安全仪表系统（SIS）发展

石化装置由于大型化、连续化及工艺过程复杂，易燃、易爆，对环境保护要求高等原因，安全性要求日益提高，由DCS等设备完成安全联锁保护的方法，在某些企业已经不能满足要求，所以出现紧急停车系统（ESD）等与DCS之外的独立的设备。此外还有火灾和可燃气体检测系统（FGS）、转动设备管理系统（MMS）；因防喘振的特殊要求，控制系统发展了压缩机组综合控制系统ITCC。

为了满足石化企业的需求，过程控制行业开发了符合IEC61508和IEC61511要求的安全仪表系统（SIS）。该系统检测到任何不安全过程事件时，能够立即采取行动，以减轻可能造成的损失。功能安全还要结合风险度、安全指标、安全完整性等级（SIL）等，正确选用SIS（或直接称ESD）系统。

目前SIS与功能安全标准已有国家标准及部颁标准，它是石油化工紧急停车及安全联锁系统设计的依据。目前，紧急停车安全联锁控制系统的种类有：①继电器逻辑群组紧急停车系统；②可编程逻辑控制器紧急停车系统（安全型PLC）单机；③双重化可编程控制器紧急停车系统（安全型PLC）双重化；④三（或四）重化可编程控制器（安全型PLC）三（或四）重化；⑤机组综合控制系统（ITCC）三重化；⑥模块化功能组件紧急停车系统。

1.冗余机制的变化

20世纪60年代，以气动和继电元件为主。到70年代，由简单的继电器系统发展为微处理器和可编程序控制器（PLC或PC），并且由单回路系统发展为冗余系统和容错系统。SIL3安全度等级是石油化工行业的最高安全等级。最新等级的产品则符合SIL4的要求——航空业。

从20世纪70年代产生于航空领域的三重冗余多数表决机制（TMR，Triple Modular Redundancy）用于安全系统。90年代，国外一些大公司推出三重化（TMR）、冗错功能的系统。近期又有CPU的四重冗余（QMR，2oo4D）技术和软件冗余技术出现。新型SIS和ITCC，可以实现系统所有部件和部分相关设备故障的容错特性。容错手段主要是冗余、自诊断和再现维护修理。

2.安全系统与控制系统的集成

近15年来，由于PLC和DCS技术的发展，其可靠性大幅度提高，成本降低，柔性增强。现场总线技术也通过了SIL认证，故安全系统也和现场安全仪表产品、现场总线（HART、Foundation Field bus）、DCS产品、工厂仪表设备资产资源管理系统（PRM）集成，使用统一的人机界面和工作站，功能大大增强，安全仪表系统与DCS之间的集成方式多种。

3.机组综合控制系统技术（ITCC）

ITCC机组综合控制系统是将传统的需要多个分立的单元如防喘振控制、联锁自保系统、电子调速器、负荷调节器等实现的功能集成在一套可靠性很高的三重模件冗余容错（TMR）控制系统中完成。

与传统的压缩机控制方案相比，ITCC具有高可靠性、功能强大、组态灵活、容易操作等优点。ITCC是集机组的透平调速控制、防喘振控制、性能控制、负荷分配控制、抽气控制、自保联锁逻辑控制为一体的综合控制系统。

（1）ITCC的主要功能：①机组的安全联锁保护——启动、安全联锁、轴振、位移、超速、油系统、辅助保护；②防喘振控制——响应快、最少回流量防喘振；③速度的控制——测、控；④负荷分配的控制——利用流量、压力控制、气量分配；⑤解耦控制——上述4种控制，变量变化，互相关联、影响，消除干扰或耦合影响；⑥协调控制——机组各子系统协调控制，汽机、锅炉供汽协调控制。

（2）ITCC的应用：为了提高压缩机运转的安全可靠性，保证合成氨装置长周期、连续运行，技改中选用这种综合控制系统是一个很好的选择。美国TRICONEX公司的ITCC综合控制系统TS3000已在新建的新疆泽普化肥厂20万吨/年合成氨装置上得到采用，投运效果良好。炼油加氢裂化、催化裂化等装置的联锁系统及乙烯装置包括裂解炉、急冷、压缩、分离和公用工程等5个生产单元，其中压缩和分离单元的联锁系统由ESD系统实现，压缩机组的控制系统由ITCC系统实现。

四、APC技术发展与应用

在现代控制论的推动下，各种智能化算法应运而生，其中除智能PID控制器外，多变量预测控制已在炼油、石化行业开始进入生产实践阶段。先进控制（APC，Advanced Process Control）是采用多变量预测及优化技术、基于过程动态数学模型、与常规控制相结合的新型工业控制系统；实施先进控制，装置被控变量偏差降低，抗干扰能力增强，操作更加平稳，发挥装置最大潜能，提高产品收率和质量，能耗及物耗降低；Exxon Mobil、Shell、BP Amoco等国外著名石油石化公司早在20世纪80～90年代就在生产装置上普及了先进控制技术的应用。

目前在炼油厂中应用卡边控制等以平稳操作为基础，实现增效比较明显。国外Honeywell、ABB、Invensys、Aspen、横河等公司都有先进控制产品，国内中国石油大学、浙江大学、清华大学都有成功的实践。

1.APC的应用

从1996年起，中国石化进行先进控制应用推广工作，第一批包括常减压、催化裂化、聚丙烯共12套装置试用。近年来，在石化总公司统一组织和领导下，在主要企业常减压、催化裂化、焦化、重整、加氢裂化、气分、芳烃、乙烯、PTA、聚丙烯、聚乙烯等100多套装置上推广应用先进控制技术，都获得了明显的经济效益。

国内开发的催化裂化装置先进控制系统，已用于福建炼油厂、洛阳石油化工总厂、茂名石化公司炼油厂；国内开发的多变量约束控制软件包MCC，是一个处理约束的多变量、多目标、多控制模式和模型预测的最优控制器，已成功应用于石家庄炼化公司催化裂化装置，取得了较为明显的经济效益。

国内有关方面通过多年不懈的努力，在优化控制领域从理论到应用都有所创新和突破，现已开发出相关积分优化理论和应用技术，并获得多项发明专利。该项技术在反应过程优化的初步试用中显示了其独到的效果，已在青岛石化催化裂化反应器优化操作中连续多年使用，提高液收1％以上；在洛阳的芳烃装置的歧化反应器、异构化反应器中长期应用，提高了三苯收率1％以上。

2.先进控制技术应用发展趋势

先进控制也是石化企业信息化建设的重要组成部分，目前其技术及软件产品已非常成熟，应用领域不断扩大。近几年其应用发展方向应该是“以节能减排”为主题，适用环保要求的APC应用。

（1）在石油化工行业，随着对环境保护措施的不断落实，对油品的要求也越来越高。为解决这个越来越突出的矛盾，实施油品在线调合势在必行。中国石化的多家企业进行了油品在线调合的探索应用，广州石化的汽油在线调合应用效果较好。

（2）在流程行业的蒸汽动力系统等公用工程方面，以节能降耗、减少操作成本为目标的先进控制的应用必将越来越广泛。蒸汽动力系统结构庞大，设备多样化，人工操作强度大。先进控制实施后不但可大幅度降低操作人员劳动强度，减少系统操作成本，而且可达到节能降耗，挖潜增效的目的。

（3）由石化行业拓展到其他领域，如热电生产、造纸等行业，生产过程多变量特征明显，适于推广先进控制的应用。在国外已有成功案例。

五、管控一体化系统（ERP-MES-PCS）

ERP与MES以及相关系统的集成应用，形成了经营管理层以ERP为主、生产管理层以MES为主的两个应用平台的完整架构，解决了流程行业物料管理和计划调度方面的难点，充分地发挥了ERP系统的功能，提高了企业生产管理水平和经营管理水平。

石化信息化应用的实践表明，ERP系统在加强企业财务管理、采购供应管理、成本费用管理，强化销售环节的数量、价格控制，堵塞管理漏洞，提高集团管理控制能力和管理水平等方面发挥了重要作用，ERP系统已成为企业经营管理的主体支撑平台。MES已在石油化工行业稳步推进，在生产优化和精细化管理方面取得良好效果，可以实现物料的日平衡，并将月平衡工作由三天缩短到半天左右，取得明显的效益。

由于市场竞争和管理需求，石化行业逐步建立了管控一体化系统即综合控制系统——ERP/MES/PCS，称为企业资源计划/制造执行系统/过程控制系统。今后，石油化工企业将采用信息技术，进一步提高业务过程的精细化、管理的科学化，实现企业全面的资源优化，以提升企业的综合竞争力。

1.企业资源管理系统（ERP）

企业资源管理系统ERP系统的主要作用是流程规范、业务集成、信息透明。ERP系统通过信息的动态集成实现了业务功能的无缝集成，不但能够最大限度地保证信息的完整性、及时性和共享性，而且能够对核心业务进行自动化驱动和有效控制。

ERP系统通常包含财务会计、管理会计、销售分销、物流管理、生产计划、设备维护等核心模块。一个典型的ERP除了上述功能外，在不同的应用中可能还包括项目管理、投资管理、资金管理、人事管理等辅助功能。

2.制造执行层（MES）

MES是企业数字化系统的中心环节，在ERP/MES/PCS整个系统中起到承上启下的作用。MES主要完成生产计划的调度与统计、生产过程成本控制、产品质量控制与管理、物流控制与管理、设备安全控制与管理、生产数据采集与处理等功能。MES主要功能：①实时数据库与信息管理；②生产计划与调度优化；③流程模拟与工程；④数据校正与物料平衡；⑤实时动态模拟系统；⑥先进控制与优化。

3.智能化工厂的规划

为了进一步提高石化信息化和自动化应用水平，中国石化对“智能工厂试点”方案进行规划并通过审定，“智能炼厂”试点以工厂经营管理与生产过程的“实时化、自动化、模型化、可视化、智能化”为发展目标，将实现计划调度、能源管理、安全环保、装置操作、IT管控的智能化，建设成为国际先进水平的智能化的千万吨级炼化企业。

解怀仁（中国石油和石化工程研究会）

云计算引领石油石化行业信息化变革

通过建设云平台、云数据中心，可实现资源共享，提升资源利用率，消除信息孤岛，并可加快业务信息系统上线部署的速度。当今石油石化行业正朝着信息化、智能化、集约化方向发展。如何整合IT资源并提供统一的智能平台，发挥IT资源的最大效用，成为目前石油石化行业共同面临的问题，而这也正是云计算的用武之地。石油石化行业应用云计算技术能够充分整合现有资源，形成资源配置与服务的集约化发展途径，构建稳定可靠、低成本的云服务新模式。云计算作为一种迅速发展的信息技术，不仅催生了新的服务方式，而且给企业管理、商业模式、未来产业链带来了全新的变化。

一、云计算发展及战略

云计算是一种新型的计算模型，使用户能够通过无处不在的、便捷的、按需的网络，访问共享的资源池中可配置的计算资源（如网络、服务器、存储、应用程序和服务等），这些计算资源可以被快速地分配和释放，而且不需要用户过多的管理和与服务提供者交互。其核心思想是通过网络统一管理和调度计算、存储、网络、软件等资源，实现资源整合与配置优化。以服务方式满足不同用户随时获取并扩展、按需使用并付费，最大限度地降低成本等各类需求。

云计算由全球最大的搜索引擎服务提供商Google在2007年率先提出，之后云计算得到飞跃发展，全球云计算市场迅速增长，世界信息产业强国和地区对云计算给予了高度关注。我国政府高度重视云计算产业发展，国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》（国发〔2010〕32号），把促进云计算研发和示范应用作为发展新一代信息技术的重要任务。预计未来几年，中国云计算市场规模年均复合增长率将超过80％，主要以政府、电信、教育、医疗、金融、石油石化、电力等行业为应用重点。

国家“十二五”石油石化行业的发展方向主要是通过科技创新，促进传统产业的结构调整和转型升级，培养行业新的增长点，全面提升行业整体的竞争能力，实现行业与资源、环境、社会的和谐发展。在石油石化行业应用云计算技术，建设统一软件平台，提供IT、CT和M2M等多能力接入，打造基于行业软件平台向下延伸到生产现场，向上延伸到生产管理ERP系统融合的综合信息服务专家，云计算将为行业信息化改革提供新动力。

二、云计算在石油石化行业应用

国内云计算技术在石油石化行业应用越来越多，用来提升企业的工作效率以及降低生产成本，概括地说，云计算目前主要用于企业的资源整合与信息共享平台、办公桌面虚拟化、数据存储与海量数据分析等。

1.资源整合与信息共享平台

目前，油田各大应用系统大多是采用“竖井”式的开发，信息孤岛现象严重，系统之间缺乏统一规划，缺乏联动机制，数据共享分析能力不足。云计算虚拟化软件平台，是一套高可靠、高性能的虚拟化软件平台，能够具备良好的兼容性，可屏蔽不同服务器硬件的差异，方便业务快速部署、配置和动态迁移，提高业务稳定性；可实现系统资源最优利用、动态负载均衡、提升系统自愈功能、提升节能减排能力；具有丰富的虚拟化能力，满足用户的各种部署需求；具备大规模集群能力。通过部署虚拟化软件平台整合不同部门、系统的IT资源，建立一个强大的信息共享平台。

2.办公桌面虚拟化

石油石化行业油井和管道分布分散，地域广阔，油田生产、管理人员分布在各个地方，分散在广阔的油田上的员工往往由于不在办公室而无法及时处理工作。此外，办公设备陈旧，设备升级困难，数据安全性差。因此，很多石油石化的企业开始考虑支持BYOD（Bring Your Own Device，指携带自己的设备）办公，允许员工自带智能设备使用企业内部应用。企业的目标是在满足员工自身对于新科技和个性化追求的同时，提高员工的工作效率，降低企业在移动终端上的成本和投入。

支撑BYOD并达到企业级数据安全及稳定运行成为关键问题之一。云计算的虚拟化桌面技术，可利用瘦终端和数据中心来为用户提供替换传统PC的解决方案，以达到桌面使用的安全性和灵活性，能够给用户带来低成本、易维护、低Opex、安全管理，而且支持BYOD模式，员工可以随时随地访问，并通过云端存储和云安全机制等保障系统安全可靠。

3.海量数据分析

石油石化行业在一定意义上是依赖于信息而生存和发展的行业，是技术密集、信息密集和知识密集的重要行业。海量的信息不利于数据的深度加工和利用，而通过云计算的大数据分析技术，可以在处理庞大的数据时提高效率，通过云计算模型数据库中存储的海量关联规则和规律，自动查找符合的模型，找到数据间的关联规则与规律，使不同数据之间构建起相关联系，更有利于数据的精加工和深度利用，将信息资源的使用度提升到最大，实现数据的有效商业价值体现。

三、云计算关键技术与产品

目前提供云计算服务主要有基础设施服务（IaaS）、平台服务（PaaS）和应用服务（SaaS）。石油石化云计算（石油石化云）是利用云计算模型为基础技术架构，将石油石化机构的数据中心互联互通，构成云网络，进行大数据分析；或利用云计算服务供应商的云网络，将石油石化产品、信息、服务分散到云网络中，以提高石油石化机构迅速发现并解决问题的能力，提升整体工作效率，改善流程，降低运营成本，为客户提供更便捷的石油石化服务和各种信息服务。

1.虚拟化软件平台

中兴通讯虚拟化软件平台，简称ZXCLOUD iECS（Integrated Elastic Computing System），基于开源XEN/KVM进行自主研发的，能够提供完善的管理功能，以及用户定制化需求的开发，是中兴云计算架构中最基础和最核心的组件之一，为云计算架构提供虚拟化基础设施，实现包括虚拟机以及管理平台在内的完善的虚拟化解决方案。

通过使用虚拟化软件，解决资源的整合问题，在整合过程中对计算、存储、网络等各种资源进行标准化；并将资源划分为更小的可以更好调度的资源单位，以达到调度过程中充分利用硬件资源的能力，如图1-36所示。

虚拟化平台分成四个层次：物理资源层、虚拟化层、虚拟化管理层和业务应用层。

（1）物理资源层：现有常规的IT硬件资源，包括服务器、存储和网络设备等。

（2）虚拟化层：将物理硬件资源进行虚拟化，以虚拟机、虚拟存储、虚拟网络等形式提供给上层。

（3）虚拟化管理层：主要是提供虚拟机管理、存储管理、网络管理以及监控告警等功能，实现资源的合理分配、动态扩展。

（4）业务应用层：这是虚拟化平台所承载的应用，业务应用层向虚拟化平台申请计算资源，在此技术上部署上层应用软件，开展业务应用。

2.桌面虚拟化

在后端，随着服务器虚拟化、存储虚拟化技术逐渐应用，已经深刻改变了石油石化行业对计算、存储资源的获取方式和使用方式。而在前端客户端，信息主管们已经意识到桌面虚拟化技术及其衍生而来的“桌面云”即将为石油石化的云布局带来翻天覆地的变化。

桌面虚拟化是使用软件从用户的PC中抽象操作系统、应用程序和相关的数据。桌面虚拟化使管理用户PC、配置新的桌面、使用补丁和强制执行安全政策更加方便。根据软件和硬件的选择，桌面虚拟化能够减少拥有总成本，能够实现任何地方、任何设备、任意时间的接入办公，如图1-37所示。

ZXCLOUD iRAI中兴通讯虚拟桌面系统为虚拟桌面应用和管理的云计算服务产品，底层采用中兴通讯虚拟化平台iECS作为承载，上层运行虚拟桌面应用软件iRAI，同时具备对虚拟化平台和虚拟桌面资源的运营管理，提供相应的调度策略以及操作维护等功能。

3.大数据分析

中兴通讯大数据平台Golden Data，基于Hadoop分布式技术和HBase基础上开发，结合中兴通讯在大数据项目实践过程中总结出的丰富经验与改进，提供了完善的管理、监测、运维、调度工具及Web服务接口，具有NoSQL数据平台所共有的海量存储、线性扩展、高并发读写和低成本使用等优点，同时可以便捷地与Hadoop生态系统中其他组件交互数据，如图1-38所示。

在Hadoop通用大数据平台基础上，GoldenData还开发了基础增强组件，对开源产品的相关功能进行封装，如SQL接口控制、搜索引擎等，以便为上层的开放作业管理和ETL作业引擎等服务层提供接口支撑。在外围，GoldenData还提供资源统一调配和业务调动管理，构建一个商用的大数据分析平台。

蔡湘、耿兆森（中兴通讯股份有限公司）