摘要： 結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，分析了現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)IT技術(shù)、綜合自動(dòng)化在石油化工工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)
關(guān)鍵詞： 自動(dòng)化 現(xiàn)場(chǎng)總線 工業(yè)IT 綜合自動(dòng)化
ABSTRACT： Based on the analysis of worldwide industrial automation technologies, this paper presents the application and development analysis of fieldbus, industrial IT and integrated automation used in petroleum and chemical engineering automation.
Keywords: automation, fieldbus, industrial IT, integrated automation
一、引言
在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，作為傳統(tǒng)工業(yè)的石油化工工業(yè)仍然是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。
幾十年來(lái)，石油化工工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)隨著工藝和裝備技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展，從初期簡(jiǎn)單的手工操作到連續(xù)工藝及負(fù)荷不斷加大，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，對(duì)控制的要求及自動(dòng)化水平也越來(lái)越高，儀表使用越來(lái)越普遍，從簡(jiǎn)單回路的閉環(huán)控制到單元裝置的全面自動(dòng)化，使用的控制工具也從氣動(dòng)單元組合儀表、電動(dòng)單元組合儀表到DCS的廣泛應(yīng)用；控制水平也從單參數(shù)簡(jiǎn)單控制回路到多變量復(fù)雜控制回路，先進(jìn)控制系統(tǒng)、優(yōu)化控制系統(tǒng)在各種場(chǎng)合都有成功應(yīng)用的典范。
隨著工業(yè)規(guī)模的進(jìn)一步推廣，快速反應(yīng)、臨界穩(wěn)定工藝、能量綜合平衡等工藝的開(kāi)發(fā)成功，對(duì)自動(dòng)化提出了更高的要求。另外，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也對(duì)自動(dòng)化提出了新的目標(biāo)與要求。同時(shí)，信息技術(shù)對(duì)石油化工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展也注入了新的活力。
二、現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用將逐步推廣
現(xiàn)場(chǎng)總線（fieldbus）是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)儀表（包括變送器、執(zhí)行器、記錄儀，單回路調(diào)節(jié)器、可編程序控制器等）之間、現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化、串行、雙向、多變量數(shù)字通信的網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)。它的出現(xiàn)，給工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了非常大的影響。
雖然現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158包含了FF、Profibus、ControlNet、WorldFIP、P-NET等在內(nèi)的八種類型（現(xiàn)已增加到十種類型）的現(xiàn)場(chǎng)總線，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)它最初的“制定單一現(xiàn)場(chǎng)總線”的目標(biāo)，同時(shí)也宣告了多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存的局面已經(jīng)形成。但與現(xiàn)有的DCS、PLC等相比，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS由于具有的全數(shù)字多點(diǎn)通信、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)可控、開(kāi)放性、互可操作并能實(shí)現(xiàn)分散控制等特點(diǎn)，仍然是石油化工行業(yè)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。
但今后一段時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)CS的推廣應(yīng)用將呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）FCS將與DCS共存
DCS自上個(gè)世紀(jì)七十年代問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷了發(fā)展、成熟到大規(guī)模應(yīng)用幾個(gè)階段，并采用了大量先進(jìn)成熟技術(shù)。DCS技術(shù)成熟，性能可靠，軟件豐富，功能完善，得到了用戶的信任，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的主要手段。而FCS還處于發(fā)展階段，技術(shù)本身還不太成熟，（如網(wǎng)絡(luò)冗余性問(wèn)題至今還沒(méi)有得到很好的解決）可靠性尚未得到充分驗(yàn)證，功能還不如DCS完善。所以用戶雖然關(guān)注FCS的發(fā)展，但還存在疑慮，多持謹(jǐn)慎觀望的態(tài)度。
另外，對(duì)于系統(tǒng)規(guī)模較小、控制對(duì)象分布比較集中的場(chǎng)合，以及沒(méi)有擴(kuò)展設(shè)備智能診斷和管理要求的場(chǎng)合，現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)越性并不能得到充分體現(xiàn)，大規(guī)模更換已有的DCS設(shè)備勢(shì)必造成巨大的浪費(fèi)。
基于現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備管理，也曾經(jīng)被作為現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)熱賣點(diǎn)進(jìn)行炒作，但對(duì)目前世界各大公司提供的設(shè)備管理產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)真分析之后來(lái)看，并沒(méi)有什么新意。比如，設(shè)備的故障診斷就是一門復(fù)雜的科學(xué)，它需要結(jié)合機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科知識(shí)，建立設(shè)備的故障模型，并采集大量設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息以后，進(jìn)行詳細(xì)分析，才能作出準(zhǔn)確和有意義的判斷，對(duì)設(shè)備的維護(hù)才具有真正的指導(dǎo)意義。但遺憾的是，目前的設(shè)備管理軟件產(chǎn)品基本上都沒(méi)有做到這一點(diǎn)。
總之，DCS至今已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟和實(shí)用，仍是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用及選型的主流，并不會(huì)隨著FCS的出現(xiàn)和發(fā)展馬上退出歷史舞臺(tái)，相反，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，DCS將會(huì)與FCS共存下去。
（2）現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS相結(jié)合
將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)集成到現(xiàn)有控制系統(tǒng)中，將現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表連接到DCS上，利用DCS豐富而成熟的控制功能和軟、硬件產(chǎn)品帶動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)總線的推廣應(yīng)用。一般來(lái)講，現(xiàn)場(chǎng)總線與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)之間的集成主要有三種途徑：一是現(xiàn)場(chǎng)總線在DCS、PLC的I/O層次上的集成，現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備作為I/O卡件集成在DCS、PLC中；第二是現(xiàn)場(chǎng)總線集成在DCS、PLC網(wǎng)絡(luò)上，現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備通過(guò)網(wǎng)關(guān)集成到DCS、PLC上，統(tǒng)一組態(tài)、監(jiān)控與管理；第三則是獨(dú)立FCS與DCS、PLC之間的信息集成，即FCS與DCS、PLC都獨(dú)立工作，兩者之間通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)信息的映射與互訪。在目前傳統(tǒng)控制系統(tǒng)仍在大量使用的情況下，以上幾種方法不僅可以利用DCS、PLC成熟的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，也可以發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)。
同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)總線推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)上，逐步完善管控一體化功能。利用現(xiàn)場(chǎng)總線的全數(shù)字通信功能，收集現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備所提供的大量非控制信息，建立現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，建立和完善現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、預(yù)防維護(hù)、在線調(diào)校等遠(yuǎn)程管理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的一體化管理與控制。
�。�3）多總線集成與“自動(dòng)化孤島”
現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158沒(méi)有能夠統(tǒng)一所有的現(xiàn)場(chǎng)總線，除了市場(chǎng)利益方面的因素外，由于不同的現(xiàn)場(chǎng)總線針對(duì)某一特定的應(yīng)用領(lǐng)域而開(kāi)發(fā)出來(lái)的，在技術(shù)上各有特色，所以至今還沒(méi)有一種總線能夠代替所有其他的現(xiàn)場(chǎng)總線。如FF、HART在連續(xù)信號(hào)的處理中具有一定的特色，而PROFIBUS、INTERBUS等在開(kāi)關(guān)量信號(hào)的處理中又有一定的優(yōu)勢(shì)。
因此，今后一段時(shí)間內(nèi)，無(wú)論何種形式的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，都將具備多種現(xiàn)場(chǎng)總線互聯(lián)與信息集成能力。
無(wú)論采用何種形式的控制系統(tǒng)，都必須解決不同現(xiàn)場(chǎng)總線、不同類型的控制系統(tǒng)之間的“自動(dòng)化孤島”問(wèn)題，將各個(gè)廠家DCS、PLC以及其它智能設(shè)備連接到一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)上，以統(tǒng)一調(diào)度和共享。
�。�4）以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及，以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、成本低廉、通信速率高、軟硬件資源豐富、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮忍攸c(diǎn)，正從商用通信領(lǐng)域逐步滲透到控制領(lǐng)域，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)的控制層、管理層設(shè)備間的通信。
為此，國(guó)際跨國(guó)公司紛紛推出了基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，如浙大中控的EPA、西門子的ProfiNet I/O、歐洲開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合會(huì)IAONA的EtherCAT和PowerLink等。這些實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議已列入IEC正在起草的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)應(yīng)用行規(guī)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61784-2。
由于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線不僅融合了現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)，而且與信息領(lǐng)域的成熟技術(shù)相結(jié)合，在石油化工自動(dòng)化控制領(lǐng)域?qū)?huì)得到廣泛的應(yīng)用。
三、信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合——工業(yè)IT
隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷成熟，互聯(lián)網(wǎng)把計(jì)算機(jī)與通信這兩塊原先相互獨(dú)立的領(lǐng)域粘合在一起，不但使單機(jī)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)全面進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，而且迅速推動(dòng)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)與通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
另一方面，隨著信息技術(shù)、微電子技術(shù)在自動(dòng)化儀器儀表和控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與信息管理網(wǎng)絡(luò)的一體化發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)控制、監(jiān)控與組態(tài)設(shè)計(jì)以及設(shè)備維護(hù)、生產(chǎn)管理、經(jīng)營(yíng)決策等環(huán)節(jié)，將通過(guò)一體化的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)統(tǒng)一到一個(gè)完整的綜合自動(dòng)化信息系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化、生產(chǎn)過(guò)程控制的智能化、企業(yè)管理的信息化以及咨詢服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化。據(jù)專家預(yù)測(cè)，在這種自動(dòng)化控制綜合信息系統(tǒng)中、傳統(tǒng)的控制信息將由原來(lái)的85％下降到40％。而經(jīng)營(yíng)管理信息將上升到60％。因此，工業(yè)控制領(lǐng)域已具有了當(dāng)代IT技術(shù)和產(chǎn)業(yè)特征，即所謂的工業(yè)“IT”（Industrial IT），其中，“智能化”的工業(yè)自動(dòng)化儀表和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了工業(yè)“IT”的技術(shù)基礎(chǔ)和硬件平臺(tái)。
在此基礎(chǔ)上，通過(guò)采用一些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、軟測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)處理技術(shù)、先進(jìn)控制與過(guò)程優(yōu)化技術(shù)、ERP技術(shù)等，并采用信息網(wǎng)絡(luò)的IT技術(shù)，如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷與維護(hù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)全廠的管控一體化。
事實(shí)上，自從計(jì)算機(jī)發(fā)明以來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)就和信息技術(shù)緊密結(jié)合到了一起。信息技術(shù)的發(fā)展，給自動(dòng)化技術(shù)提供了越來(lái)越多的手段和越來(lái)越便捷的工具，使得過(guò)去很多自動(dòng)化技術(shù)中高超的技巧（例如各種復(fù)雜的PID算法和諸如均勻控制、解耦控制、模糊控制等高級(jí)算法）變成了一段段比較容易實(shí)現(xiàn)的軟件代碼。也正是因?yàn)橛辛薎T技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)中許多停留在理論上的設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)。
當(dāng)前，隨著IT技術(shù)的蓬勃發(fā)展，如何更好、更快、更多地把IT技術(shù)應(yīng)用到自動(dòng)化產(chǎn)品中，是各個(gè)自動(dòng)化產(chǎn)品供應(yīng)商面臨的共同話題。把IT技術(shù)盡可能多地應(yīng)用到自動(dòng)化技術(shù)中的能力，逐漸成為決定企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。
首先是如何更好的應(yīng)用IT技術(shù)，其次是如何通過(guò)優(yōu)化來(lái)產(chǎn)生效益，和具體的工藝、設(shè)備相結(jié)合，挖掘設(shè)備和工藝潛力，促進(jìn)提高產(chǎn)量、降低消耗、并使生產(chǎn)過(guò)程更加安全。簡(jiǎn)言之就是：“向控制、優(yōu)化要效益”。
另外，如何將企業(yè)中的“自動(dòng)化孤島”變成一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“過(guò)程可視化”的同時(shí)，擴(kuò)大信息共享，提高信息利用率，提高企業(yè)決策水平和實(shí)效性，實(shí)現(xiàn)管控一體化，“向管理、信息系統(tǒng)要效益”，也是一個(gè)重大的課題。
一般說(shuō)來(lái)，工業(yè)“IT”有以下幾個(gè)特征：現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)字智能化、生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化、設(shè)計(jì)數(shù)字化、管理數(shù)字化與信息化。具體表現(xiàn)為：
�。�1）以流程工業(yè)和制造業(yè)為服務(wù)對(duì)象，基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信和現(xiàn)代控制技術(shù)而形成的一種新型工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)，在進(jìn)一步完善信息采集功能的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化了信息的加工處理，尤其是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程測(cè)量和控制信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)更加開(kāi)放并得到飛速發(fā)展。
（2）傳統(tǒng)的自動(dòng)化儀表走向數(shù)字化、智能化，具有開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)通信接口，而成為網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。分布式工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將成為未來(lái)控制系統(tǒng)的主導(dǎo)技術(shù)。
�。�3）以現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)等工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，利用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的軟、硬件資源（如功能模塊），實(shí)現(xiàn)全分散控制，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)、監(jiān)視、調(diào)校、診斷、維護(hù)等管理功能。
�。�4）控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平滑聯(lián)接和多網(wǎng)合一，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在控制領(lǐng)域?qū)⒌玫礁鼮閺V泛的推廣，實(shí)時(shí)控制信息可以通過(guò)Intranet/Internet實(shí)現(xiàn)共享和在線檢測(cè)、控制和管理。
�。�5）工業(yè)控制系統(tǒng)軟件及各種應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)集成技術(shù)成為核心技術(shù)，取代系統(tǒng)硬件而成為高附加值的載體。通過(guò)先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)控制、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制、專家系統(tǒng)控制等高級(jí)智能控制，以及數(shù)據(jù)校正、過(guò)程模擬、質(zhì)量監(jiān)控、計(jì)劃排產(chǎn)與調(diào)度以及故障診斷、安全管理等生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化管理。
�。�6）企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理以企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)軟件（ERP-Enterprise Resource Planning）和企業(yè)供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)軟件（Supply Chain Management）為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物料清單、工藝路線、庫(kù)存管理、生產(chǎn)計(jì)劃、物料需求計(jì)劃、能力需求計(jì)劃、成本管理、財(cái)務(wù)管理、銷售管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、質(zhì)量管理、設(shè)備維修管理、實(shí)驗(yàn)室管理、運(yùn)輸管理、配方管理、人力資源管理、戰(zhàn)略管理、客戶服務(wù)管理、開(kāi)發(fā)與研究管理等的一體化管理。
�。�7）專用IC芯片、各種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信模塊、網(wǎng)橋、中繼器、網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)程I／O節(jié)點(diǎn)、功能模塊成為新一代分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的重點(diǎn)產(chǎn)品，并與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)同步發(fā)展。
四、企業(yè)綜合自動(dòng)化將成為企業(yè)提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段
我國(guó)石油和化工自動(dòng)化經(jīng)過(guò)50年的發(fā)展，通過(guò)技術(shù)引進(jìn)，消化吸收和不斷創(chuàng)新，自動(dòng)化水平取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)的石油化工工業(yè)遇到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。與先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)的石油化工工業(yè)還普遍存在著能耗大、產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)過(guò)程工藝落后、自動(dòng)化水平低、管理水平低、信息集成度低、綜合競(jìng)爭(zhēng)力弱等問(wèn)題。而企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是將先進(jìn)的工藝裝備技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和以先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)為代表的信息技術(shù)相結(jié)合，將企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程控制、優(yōu)化、運(yùn)行、計(jì)劃與管理作為一個(gè)整體進(jìn)行控制與管理，提供整體解決方案，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理，從而成為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的核心高技術(shù)。
國(guó)外大型流程企業(yè)、特別是石油化工企業(yè)均重視信息集成技術(shù)的應(yīng)用，紛紛以極大的熱情和精力，構(gòu)架工廠級(jí)、公司級(jí)甚至超公司級(jí)的信息集成系統(tǒng)。1995年美國(guó)、日本、西歐等國(guó)已有100多家煉油、化工企業(yè)在實(shí)施CIMS計(jì)劃，推動(dòng)了流程工業(yè)綜合自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，如日本三井石油化學(xué)工業(yè)公司、美國(guó)德曹達(dá)公司、高爾公司等化工企業(yè)都相繼建立了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。
一般而言，流程工業(yè)企業(yè)對(duì)綜合自動(dòng)化技術(shù)的需求主要關(guān)注4方面的問(wèn)題。(1)安全：即需要用高可靠性的控制系統(tǒng)、檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備與裝置的運(yùn)行提供保證，進(jìn)而對(duì)關(guān)鍵裝置進(jìn)行故障診斷與健康維護(hù)。(2)低成本：通過(guò)先進(jìn)的工藝及工藝參數(shù)以降低能耗和原料消耗，以及通過(guò)先進(jìn)的建模技術(shù)、控制技術(shù)和實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)品的合格率和轉(zhuǎn)化率。(3)高效率：通過(guò)先進(jìn)的計(jì)劃調(diào)度與排產(chǎn)技術(shù)和流程模擬技術(shù)來(lái)提高設(shè)備利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。（4）提高競(jìng)爭(zhēng)力：通過(guò)數(shù)據(jù)和信息的綜合集成，如先進(jìn)的管理技術(shù)（包括ERP、CRM、SCM等）、電子商務(wù)、價(jià)值鏈分析技術(shù)等，以促進(jìn)企業(yè)價(jià)值的增值，最終提高企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。
根據(jù)國(guó)內(nèi)外綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，流程工業(yè)綜合自動(dòng)化技術(shù)的總體結(jié)構(gòu)可以分成3層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
圖1 流程工業(yè)綜合自動(dòng)化技術(shù)的總體結(jié)構(gòu)
�。�1）以PCS（過(guò)程控制系統(tǒng)）為代表的基礎(chǔ)自動(dòng)化層。主要內(nèi)容包括先進(jìn)控制軟件、軟測(cè)量技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、可靠性技術(shù)、數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)處理技術(shù)、集散控制系統(tǒng)(DCS)、現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)（FCS）、多總線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)、基于高速以太網(wǎng)和無(wú)線技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備、傳感器技術(shù)、特種執(zhí)行機(jī)構(gòu)等等。
2）.以MES（生產(chǎn)過(guò)程制造執(zhí)行系統(tǒng)）為代表的生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行優(yōu)化層。主要內(nèi)容包括先進(jìn)建模與流程模擬技術(shù)（AMT：Advanced Modeling Technologies）、先進(jìn)計(jì)劃與調(diào)度技術(shù)（APS：Advanced Planning and Scheduling）、實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)（RTO：Real-time Optimization）、故障診斷與健康維護(hù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)校正技術(shù)、動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制與管理技術(shù)、動(dòng)態(tài)成本控制與管理技術(shù)等等。
�。�3）以ERP（企業(yè)資源管理）為代表的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)優(yōu)化層。主要內(nèi)容包括企業(yè)資源管理（ERP）、供應(yīng)鏈管理（SCM）、客戶關(guān)系管理（CRM)、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)管理（PqDM)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)、設(shè)備資源管理、企業(yè)電子商務(wù)平臺(tái)等等。
通過(guò)研究生產(chǎn)過(guò)程制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）及相關(guān)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在線成本的預(yù)測(cè)、控制和反饋校正，以形成生產(chǎn)成本控制中心，保證生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化運(yùn)行；可以實(shí)施生產(chǎn)全過(guò)程的優(yōu)化調(diào)度、統(tǒng)一指揮，以形成生產(chǎn)指揮中心，保證生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制；可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量跟蹤、安全監(jiān)控，以形成質(zhì)量管理體系和設(shè)備健康保障體系，保證生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化管理。
企業(yè)綜合自動(dòng)化需要解決的關(guān)鍵技術(shù)有：
（1）信息的集成、挖掘和增值
信息集成是綜合自動(dòng)化的核心，而數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)則是信息集成的基礎(chǔ)。由于流程工業(yè)的特點(diǎn)，有大量的反映生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)的實(shí)時(shí)海量數(shù)據(jù)需要處理、管理和有效地應(yīng)用，因此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督與控制，對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。因而流程工業(yè)信息集成環(huán)境中需要同時(shí)設(shè)置關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，作為整個(gè)系統(tǒng)信息的集散地。這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)既可獨(dú)立地操作，又可協(xié)同動(dòng)作，及時(shí)并行或交叉地處理來(lái)自全廠的各種信息，真正做到信息集成與共享。
信息挖掘和增值的目的是充分、有效地利用信息。
（2）科學(xué)的決策支持
生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的重要內(nèi)容。但是，傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式還處于經(jīng)驗(yàn)決策、具有較大的隨意性、而科學(xué)的決策支持則是企業(yè)經(jīng)營(yíng)成敗的關(guān)鍵。
成本效益分析是指對(duì)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)應(yīng)用財(cái)務(wù)分析方法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)、以得到全企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的過(guò)程。在煉油企業(yè)綜合自動(dòng)化中，成本效益分析是煉油企業(yè)生產(chǎn)管理中的重要環(huán)節(jié)，也是煉油企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策中的必需步驟。
成本效益分析以企業(yè)獲得最大利潤(rùn)為目標(biāo)。對(duì)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)進(jìn)行成本效益分析、并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行生產(chǎn)方案的盈虧分析，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)提供實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程和生產(chǎn)計(jì)劃的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以提高企業(yè)決策水平，加強(qiáng)企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。
為了達(dá)到公司預(yù)先制定的利潤(rùn)目標(biāo)，就必須協(xié)調(diào)好企業(yè)各部門的工作，即原油采購(gòu)、生產(chǎn)計(jì)劃的制定、生產(chǎn)調(diào)度和產(chǎn)品的銷售等。由于原油是煉油廠生產(chǎn)的主要原料，原油成本占了產(chǎn)品總成本的80—90％，因此，為了實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)目標(biāo)，必須首先控制原油成本，即控制原油的采購(gòu)價(jià)格。
盈虧平衡分析是指利用財(cái)務(wù)分析方法和數(shù)學(xué)工具，對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方案或計(jì)劃進(jìn)行分析，得出實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)目標(biāo)的原油最高采購(gòu)價(jià)格(保利點(diǎn))和保證不虧損經(jīng)營(yíng)(利潤(rùn)為0)的原油最高采購(gòu)價(jià)格(保本點(diǎn))。盈虧平衡分析對(duì)于原油采購(gòu)、控制成本、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的參考價(jià)值、是制定合理生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于控制生產(chǎn)成本、擴(kuò)大利潤(rùn)，從而保證利潤(rùn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，指導(dǎo)全企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，具有十分重要的意義。
�。�3）進(jìn)行流程模擬，建立過(guò)程模型
實(shí)現(xiàn)過(guò)程優(yōu)化操作進(jìn)行流程模擬，建立過(guò)程模型、實(shí)現(xiàn)過(guò)程優(yōu)化操作是流程工業(yè)綜合自動(dòng)化的又一關(guān)鍵技術(shù)。
生產(chǎn)計(jì)劃／調(diào)度的科學(xué)化是煉油生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)一定限度的生產(chǎn)柔性的關(guān)鍵、是被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛重視的研究課題。由于煉油生產(chǎn)具有高度復(fù)雜性的特點(diǎn)，必須將生產(chǎn)工藝機(jī)理建模與系統(tǒng)工程理論緊密結(jié)合起來(lái)，去尋找解決這一問(wèn)題的辦法。實(shí)踐結(jié)果表明，基于全流程模擬，結(jié)合應(yīng)用線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃或動(dòng)態(tài)規(guī)劃的辦法建立計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)計(jì)劃／調(diào)度系統(tǒng)、是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化排產(chǎn)／優(yōu)化調(diào)度的有效途徑。
過(guò)程操作優(yōu)化是煉油工業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)原料和產(chǎn)品需求變化，使生產(chǎn)具有柔性的另一關(guān)鍵。技術(shù)難點(diǎn)首先是建立過(guò)程穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型。由于工藝技術(shù)復(fù)雜，不同的裝置機(jī)理不同，有些復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程機(jī)理尚不清楚，而且建模涉及到工藝機(jī)理和信息處理技術(shù)、是跨學(xué)科的，因此建立工業(yè)應(yīng)用的模型是極為困難的。
此外，還有軟測(cè)量技術(shù)、設(shè)備過(guò)程故障診斷新技術(shù)、生產(chǎn)過(guò)程的安全保護(hù)技術(shù)以及對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)調(diào)整技術(shù)等，都是自動(dòng)化領(lǐng)域急待解決的難題和研究的熱點(diǎn)。
五、結(jié)束語(yǔ)
將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、信息技術(shù)應(yīng)用于石油化工，，發(fā)展綜合自動(dòng)化整體解決方案及集成技術(shù)，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力，是今后石油化工工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的趨勢(shì)。
作者簡(jiǎn)介：
馮冬芹，男，1968年生，工業(yè)自動(dòng)化博士，浙江大學(xué)先進(jìn)控制研究所副教授，浙江中控技術(shù)股份有限公司副總工程師、技術(shù)中心副主任，IEC/SC65C/WG11、JWG10現(xiàn)場(chǎng)總線、實(shí)時(shí)以太網(wǎng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)起草工作組成員，主要研究方面：現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。
