致勝新格局：從煉化看過程自動化的創(chuàng)新與一體化

從1853年全球第一家煉油廠誕生至今剛好跨過了170年。

作為一個古老但又始終在不斷發(fā)展和創(chuàng)新的基礎(chǔ)性行業(yè)，煉油工業(yè)經(jīng)歷了從最初的照明用油、汽車/航空燃油用途為主，到目前以化工品為主導(dǎo)的煉化一體化轉(zhuǎn)型歷程。這期間，常減壓蒸餾、催化裂化、延遲焦化、加氫裂化等不同工藝在自身創(chuàng)新迭代過程的同時，又與裝置催生了從計(jì)算機(jī)控制到PLC、DCS和如今煉化一體化工廠的自動化和數(shù)字技術(shù)新革命。

事實(shí)上，從煉油化工到電力、鋼鐵、建材、核電、醫(yī)藥乃至新興的綠氫綠氨、電解鋁等典型的過程工業(yè)，圍繞工藝展開的過程自動化和數(shù)字化創(chuàng)新都在發(fā)生日新月異的變化。其中煉化代表了復(fù)雜的過程工業(yè)，我們就從煉化行業(yè)切入，來看看整個過程工業(yè)的創(chuàng)新與一體化解決方案。

對“安穩(wěn)長滿優(yōu)”的極致追求

在煉化行業(yè)，隨著成品油需求放緩，“控?zé)捲龌薄⒍喈a(chǎn)化工品、提升加工深度早已是全球煉化一體化模式的發(fā)展新常態(tài)，也是當(dāng)今煉化企業(yè)優(yōu)化資源配置、降低生產(chǎn)成本、提高附加值的主要戰(zhàn)略選擇。這一模式不單意味著原料產(chǎn)品互供、能源閉環(huán)利用和公共設(shè)施共用的緊密一體化工藝設(shè)計(jì)，也同時帶來了工藝的復(fù)雜性和裝置的大型化與規(guī)?；?。

為了不斷追求對大規(guī)模一體化工藝裝置運(yùn)行“安穩(wěn)長滿優(yōu)”（即安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、設(shè)備長周期運(yùn)轉(zhuǎn)、滿負(fù)荷生產(chǎn)以及優(yōu)化運(yùn)行）的極致目標(biāo)，煉化企業(yè)在自動化工程設(shè)計(jì)與交付、儀表、控制、運(yùn)營、維護(hù)、設(shè)備管理、公用工程等一系列環(huán)節(jié)上亟需變革，其中就最為核心的控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)而言，需要應(yīng)對的變革挑戰(zhàn)包括：

（1）更高的安全性：為了確保大型復(fù)雜一體化生產(chǎn)過程的安全性，DCS和SIS系統(tǒng)需要具備更高的安全性功能，例如冗余設(shè)計(jì)、安全聯(lián)鎖、容錯能力和故障安全機(jī)制，甚至包括應(yīng)對越來越多IT應(yīng)用所帶來的信息安全風(fēng)險的能力。

（2）更強(qiáng)的穩(wěn)定性：由于大型一體化裝置的運(yùn)行波動“牽一發(fā)而動全身”，DCS和SIS系統(tǒng)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念到網(wǎng)絡(luò)通信，從軟件到物理硬件上都需要經(jīng)過嚴(yán)格的測試和驗(yàn)證，以確保其在各種工況下的穩(wěn)定性和可靠性。

（3）更長的使用周期：為了實(shí)現(xiàn)長周期運(yùn)行，DCS和SIS系統(tǒng)需要在設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中充分考慮系統(tǒng)的可靠性，例如采用冗余設(shè)計(jì)、模塊化結(jié)構(gòu)、優(yōu)秀的設(shè)備報警管理和基于大數(shù)據(jù)的科學(xué)運(yùn)維方式等。

（4）更高的裝置負(fù)荷率：“安穩(wěn)長滿優(yōu)”理念強(qiáng)調(diào)滿負(fù)荷運(yùn)行，對一體化煉化過程來說，DCS系統(tǒng)需要具備高性能的控制器和服務(wù)器，以確保系統(tǒng)的實(shí)時性和響應(yīng)速度。

（5）更好的優(yōu)化運(yùn)行：大型一體化煉化裝置通常由多個工藝單元組成，各種控制變量之間的強(qiáng)耦合、非線性特性增加了運(yùn)行復(fù)雜性和難度，而需要優(yōu)化的多個目標(biāo)如最大化產(chǎn)量、最小化能耗、最大化利潤等之間可能存在相互制約，“卡邊操作”要求更高。

此外，為了節(jié)約資源與能源，優(yōu)化過程還要致力于滿足嚴(yán)格的低碳環(huán)保要求，如果能將電力自動化與控制系統(tǒng)很好地集成起來，便能更好地進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化并監(jiān)測和避免電力供應(yīng)系統(tǒng)造成的故障。

厚積薄發(fā)，完整的過程一體化解決方案

施耐德電氣基于開放的EcoStruxure??架構(gòu)與平臺，為煉化行業(yè)、電力、食品、制藥、綠氫綠氨等眾多過程行業(yè)用戶提供了非常全面的過程自動化與數(shù)字化解決方案，主要涵蓋EcoStruxure Foxboro過程儀表、EcoStruxure Foxboro DCS分布式控制系統(tǒng)、EcoStruxure Tricon CX安全儀表系統(tǒng)解決方案、EcoStruxure顧問軟件以及AVEVA全生命周期解決方案，在滿足過程工業(yè)安穩(wěn)長滿優(yōu)的運(yùn)營目標(biāo)下，推動行業(yè)邁向更加開放、高效與韌性、可持續(xù)和以人為本的未來工業(yè)。

（1）EcoStruxure Foxboro DCS系統(tǒng)的創(chuàng)新優(yōu)勢

誕生于1987年的Foxboro DCS經(jīng)過30多年的迭代和實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，其硬件、軟件和通信網(wǎng)絡(luò)始終圍繞“長壽命結(jié)構(gòu)”的設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行向下兼容，又不斷采用新的技術(shù)進(jìn)行提升，其創(chuàng)新特點(diǎn)主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的開放性、可靠性以及技術(shù)先進(jìn)性等方面。

無論是核心控制器向下對各種過程儀表總線協(xié)議，以太網(wǎng)總線還是串行總線甚至是基于IEC61850配電系統(tǒng)連接協(xié)議的支持，還是向上基于開放協(xié)議連接到生產(chǎn)管網(wǎng)，甚至是基于云的工程開發(fā)、FAT測試、SAT測試，EcoStruxure Foxboro DCS的開放性可謂與時俱進(jìn)。

在可靠性方面，EcoStruxure Foxboro DCS提供多重冗余的通信網(wǎng)絡(luò)、冗余的供電系統(tǒng)、互為備用的操作站、冗余容錯設(shè)計(jì)的控制處理器，以及從單個組件到整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)連續(xù)正常運(yùn)行。

EcoStruxure Foxboro DCS控制器擁有自整定和多變量自整定等復(fù)雜計(jì)算能力，軟件支持虛擬化技術(shù)，提供動態(tài)感知畫面HMI，并通過遠(yuǎn)程系統(tǒng)管理和系統(tǒng)診斷軟件包提供遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)的能力，以及AVEVA APC先進(jìn)過程控制軟件帶來的深度優(yōu)化能力等，都很好地體現(xiàn)了該系統(tǒng)的先進(jìn)性。

（2）SIS安全系統(tǒng)的創(chuàng)新優(yōu)勢

創(chuàng)立于1983年的Triconex品牌在功能安全和關(guān)鍵控制領(lǐng)域擁有超過40多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，其軟、硬件平臺的設(shè)計(jì)同時涵蓋了ESD緊急停車系統(tǒng)、F&G火氣保護(hù)系統(tǒng)、HIPPS高完整性壓力保護(hù)系統(tǒng)、TMC渦輪機(jī)控制和保護(hù)、DEH汽輪機(jī)控制系統(tǒng)、BMS燃燒器管理系統(tǒng)等多方面的安全應(yīng)用。

EcoStruxure Tricon CX安全儀表系統(tǒng)有經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)驗(yàn)證的機(jī)組控制專用軟件包，其綜合應(yīng)用的功能非常強(qiáng)。尤其是系統(tǒng)的 TMR三重冗余設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，不只是簡單的處理單元（CPU）三冗余表決，而是由輸入、CPU、輸出整個通道的三重化表決計(jì)算組成，這種結(jié)構(gòu)原理的設(shè)計(jì)，不但有助于提高系統(tǒng)本身的可靠性和可用性，而且在項(xiàng)目應(yīng)用中的集成設(shè)計(jì)、使用維護(hù)方面也提供了極大的方便。

（3）完全的過程一體化解決方案

一體化的煉化工廠等大型、復(fù)雜的過程工業(yè)呼喚更加一體化的系統(tǒng)平臺。施耐德電氣的過程自動化與數(shù)字化解決方案的一體化集成能力主要體現(xiàn)在：

• 一體化的DCS工程應(yīng)用平臺——EcoStruxure Foxboro DCS系統(tǒng)平臺軟件，現(xiàn)在形成了基于數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理、DCS組態(tài)管理，DCS程序開發(fā)、DCS畫面開發(fā)、設(shè)備管理等多種功能在一起的一體化平臺，還可以提供基于.NET的開放接口，可以把很多第三方應(yīng)用集成在軟件平臺上。

• EP&P（EcoStruxure Power and Process）一體化能源管理與過程自動化——一直以來，配電管理和過程自動化在工廠的整個生命周期中都是獨(dú)立設(shè)計(jì)和運(yùn)行的。在施耐德電氣EP&P集成方案里，通過一個專門的支持冗余的電力控制器，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)把傳統(tǒng)的電氣設(shè)備以工業(yè)以太網(wǎng)的方式接入到系統(tǒng)里——這意味著電氣設(shè)備可以無縫接入DCS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編程組態(tài)，甚至設(shè)備控制。這種一體化主要優(yōu)勢在于降低系統(tǒng)間的復(fù)雜性井簡化項(xiàng)目的執(zhí)行和后期運(yùn)維，并通過合理優(yōu)化電力和生產(chǎn)工藝參數(shù)滿足電氣/自控/運(yùn)維人員的特殊能源需求，以及通過優(yōu)化管理不同能源類型，以最大限度地降低工廠的整體運(yùn)營成本和碳足跡，等等。

• 從過程到運(yùn)營的一體化工廠——基于施耐德電氣AVEVA工業(yè)軟件，貫穿設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營與維護(hù)的全生命周期，包括集成DCS系統(tǒng)的AVEVA APC先進(jìn)過程控制與優(yōu)化，拓展到工程采購與施工、計(jì)劃與調(diào)度、運(yùn)營和資產(chǎn)性能管理等環(huán)節(jié)的軟件平臺，進(jìn)一步為構(gòu)建一體化過程工廠提供助力。

如今，伴隨著過程行業(yè)的不斷發(fā)展，新的工藝裝置技術(shù)和一體化工廠給過程自動化帶來了全新的要求，過程自動化本身也早已超越了DCS的范疇和理念。施耐德電氣過程自動化通過不斷創(chuàng)新，深度融合，正致力于幫助越來越多的過程行業(yè)客戶贏得未來的行業(yè)新格局。

關(guān)于施耐德電氣

施耐德電氣的宗旨，是賦能所有人對能源和資源的最大化利用，推動人類進(jìn)步與可持續(xù)的共同發(fā)展。我們稱之為 Life Is On。

我們的使命是成為您實(shí)現(xiàn)高效和可持續(xù)發(fā)展的數(shù)字化伙伴。

我們推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型，服務(wù)于家居、樓宇、數(shù)據(jù)中心、基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)市場。我們通過集成世界領(lǐng)先的工藝和能源管理技術(shù)，從終端到云的互聯(lián)互通產(chǎn)品、控制、軟件和服務(wù)，貫穿業(yè)務(wù)全生命周期，實(shí)現(xiàn)整合的企業(yè)級管理。

我們是一家擁有本土化優(yōu)勢的全球企業(yè)，致力于推動開放的技術(shù)及合作伙伴生態(tài)圈，積極踐行有意義、包容和賦能的共同價值觀。

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