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StarForward过程监测、预测和预警（ProcessPerformanceMonitoringandPredicting）--先进的实时数据分析系统北京星步科技发展有限责任公司StarForward第一部分总论第二部分软件平台介绍第三部分运用实例第四部分项目实施StarForward项目主要通过引进加拿大Matrikon公司先进的PPM(ProcessPerformanceMonitoringandPredicting)设备状态监测预警平台，对高温、高压、长周期运转的设备进行动态监测，实现对非正常工况的预测预警，从而达到装置平稳操作、避免非计划停车，长周期安全运行的目的。StarForward企业形势石油石化属易燃易爆、有毒有害、高温高压的高危行业；行业特点企业特点装置复杂，生产任务繁重，迫切需要引进和建立更加高效有力的预测预警平台，通过对现有数据资源进行进一步分析、优化、整合，更好地在预测预警管理方面发挥作用，达到装置安稳长运行的目的。StarForward石化企业广泛采用了DCS、PLC以及实时数据库系统，在保障安全、平稳生产中发挥了重要作用，但这些报警系统只停留在对观测点实施超限报警的水平，无法对生产装置的整体运行状态的扰动进行前瞻性监测和预警，因此DCS、PLC等监控系统存在很大的局限性。这些报警系统也存在自身固有的弱点,以DCS报警系统为例:一是从发出报警到发生事故的时间差很小，通常为几分钟到几小时；二是报警发生频率很高，超出操作人员的报警处理能力。ISA（美国仪器仪表协会）的ISA18.02标准中规定操作人员能够响应的10分钟内平均报警次数为1，而实际的工业统计数多大于6，特别是当生产装置出现扰动和紊乱时，报警次数迅速增加。如果每10分钟的报警次数超过30，持续时间从几分钟到几小时不等，这种情况就被称为报警泛滥，此时操作人员往往会惊恐不安、无所适从，事故也就乘虚而入。现有报警系统的弱点StarForward•建设预测预警系统，可充分利用现有的DCS、PLC等系统的数据资源，用先进的数学方法对这些数据进行分析、建立有关工艺中关键设备、压缩机、塔器等的预测预警模型，建立各重要设备和塔器从数据源到数据预处理、数据分析、检测结果展示和预警信息发布数据处理的流程，实现对生产工艺过程的实时监控和预测预警。该平台可在系统出现紊乱和扰动之前检测出异常征兆，及时将预警信息发送给相关管理和指挥人员。生产管理人员以及一线生产人员根据相关信息可以及时采取措施避免异常工况演变成装置运行的扰动和紊乱，从而避免事故的发生。PPM平台作用StarForward正常过程优化（重要）偏离正常（轻微扰动）生产平稳(很重要)不正常（扰动）设备损坏(紧迫)事故停工安全和环境(紧急)原料消耗增加泄漏问题能耗大磨损增加设备损坏人员伤/亡紧急停车系统切入环境污染不良控制能耗增加工厂状态操作优先级•报警系统开始发出超限报警•距离事故发生有几分钟到几十分钟时间差•预测预警系统可以提前几小时乃至几天发出运行状态偏离正常的预警•可以避免因运行紊乱导致DCS报警系统性能下降乃至出现重大事故的隐患PPM平台作用StarForward故障类型分类故障类型过程参数变化引起“参数故障”生产设备引起的“结构故障”误操作引起的故障控制系统故障外界特殊扰动引起故障•“硬故障”，导致局部或整个装置设备停车，甚至发生严重事故•“软故障”，导致产品质量的下降或者增加各种能耗，使装置的工作状态偏离最优区间•通过对软故障的监测可以实现硬故障的早期预测预警StarForward故障分析方法StarForward第一部分总论第二部分软件平台介绍第三部分运用实例第四部分项目实施StarForward过程工业的应用软件和数据源企业运行非实时应用和数据源实时应用和实时数据源生产管理计划管理生产计划和调度、油品调和管理、产品规格指标管理、原油评价物料管理油罐库存管理、物料移动管理、装置运行管理、实验室信息管理、原料和产品输运管理、物料跟踪统计核算物料平衡和数据整定、产率统计、生产统计运行管理KPI管理和展示、所罗门（Solomon）指数、环境保护操作优化操作日志、操作文档索引过程实时监测预测预警、报警和事件管理、MPC、在线优化资产性能和使用效率设备检测、设备维护计划、备品备件、仪表管理、设备规格指标管理设备状态实时监测预测预警数据源计划数据、ERP、LIMS、财务、生产统计数据、等等DCS、PLC、实时数据库等过程监测、预测和预警所处的位置StarForwardTg1Tg2Tg3.TgnV1t1V2t1V3t1……Vnt1V1t2V2t2V3t2……Vnt2......V1tmV2tmV3tm……Vntm实际上，加工过程连续产生海量实时数据，如何通过数据分析，预测过程运行是否偏离正常工况，已成为当务之急StarForward依据现有硬件以及监测点位，以现有DCS、SCADA控制系统数据资源为基础，结合装置生产特点，建立分析监测预警模型，实现对在DCS、SCADA环境下无法直接监测的装置隐含变量、状态以及运行趋势的监测功能，达到对装置生产安全状态预测预警的目标。在问题出现前期、早期发现，并通过调节运行参数来弥补某一参数不正常所带来的影响，减少停车次数，并避免小问题由于没有及时有效解决而转变成大问题。能够更有效地利用现有数据资源StarForward采用Matrikon公司PPM预测预警平台•致力于集成化的工业智能软件和服务的全球性公司•有18年历史的加拿大上市公司，为油气、石化、电力、采矿等行业提供实时应用、数据集成、及各个专业应用软件和技术服务•应用的业务领域主要是过程企业生产及设备维护，特别是生产监测和预警。StarForwardProvenSuccessWentfromthousandsofalarmsperdaytoafewdozenReducedalarmsby70%injust4weeks!Reducedalarms70%,investmentof1hr/weekfor6monthsReducedstandingalarms50%andnuisancealarms60%“Over50peopleusingProcessGuardforalarmmanagement”70%reductioninalarmswithin4weeks“ProcessGuardwithOSIPIisveryusefulfordiagnosingincidents”StarForward主要客户•石油和天然气–BPISIS，Shell、ValeroRefining，Inc.、AirProducts&Chemicals、PetroleumCompanyLLC、SasolChemicals、Tesoro、Petrotec–Qatar、SyncrudeCanadaLtd.、ChevronPhillips、ChemicalCo.、ConocoPhillips、NexenPetroleumUKLtd、UOP-UniversalOilProducts、Aramco、DowChemicals、MitsubishiChemicalCorp–HuskyEnergy油井监控•业务包括监控钻井井泵、天然气节涌、抛砂等。•电力–MeridianEnergyPAM•变压器、控制器、涡轮。–SouthernCompany•涡轮•水加热器•冷凝器、节能装置StarForward主要客户•美洲一个大炼油厂将ECM用于加氢裂化、重整、烷基化等炼油装置；•美国HOVIC的Hovensa炼油厂，日原油加工量为50万桶，该炼油厂将ECM用于原油蒸馏塔、FCC反应器、再生器、主分馏塔、吸收/稳定、及脱戊烷塔的监测和维护；•MarathonAshland的Robinson炼油厂用ECM监测其多个分馏装置等。StarForward国内主要客户•中石油乌石化公司炼油厂加氢裂化装置•中石化湖北化肥分公司煤气化装置•中石油西南油气田分公司重庆天然气净化总厂长寿分厂StarForwardStarForward预测技术具有先进性一是通过对装置生产流程以及流程历史数据的分析，建立生产流程的状态趋势模型，对非正常工况做出预警判断。发现装置在传统DCS报警系统无法发现的流程系统出现紊乱的迹象，提前做出预警判断和提示，减少非正常工况的发生。二是采用组态模式进行开发，可以方便灵活的利用MATLIB、C++、VB、R等其他工具开发的模型进行扩展。三是采用集成化的图形展示手段，可以集中显示所有监控设备的运行状态。四是系统的设计采用组件化模式，可以方便连接各种现场数据源（DCS、PLC、SCADA、LIMS数据库），可以灵活地与其他系统实现集成。StarForward过程监测、预测预报的要点•连接数据源:DCS、PLC、实时数据库、润滑油分析数据、振动数据等等•实时数据预处理•数据分析（故障诊断）方法–基于规则的故障诊断：如压缩机的工作曲线、KPI–多元统计分析：如PCA、PLS•用正常工况实时数据“训练”预测模型(称为统计模型）•将当前实时数据同预测模型对比，实现状态预报–使用过程动力学模型•软件容易操作：采用鼠标操作•数据展示清晰•预警通告：通过Email、手机通告，并不断升级•同设备维护软件（如Maximo、SAP）集成StarForward过程监测预警平台的特点•平台独立性-可连到所有工业数据源，包括DCS、PLC、历史数据库、关系数据库、文本文件、其它软件等数据源•容易使用-类似于矢量图绘制软件（VISIO的基于目标的‘拖放’式接口，无需程序员编程)•客户/服务器结构-支持多用户同多个不同数据源的连接•分析模式-支持离线、调度、和事件驱动分析•内置各种工具供用户选用以适合具体业务环境•嵌入数学方法库、MVS(MathVisualizationSystem)、6SIGMA函数•MatLab及有关工具（如Fuzzy、NN神经元网络等等)•COM组件对象模型接口支持VB、Java、C、C++等程序语言•监测模版•WEB报表–客户化的报表；可通过电子邮件或WEB浏览器提交或阅览报表StarForwardConnectivity•Foxboro•HoneywellTDC3000•ABBAdvant/Mod300•ABBBailey•Siemens•Moore•Yokogawa•DeltaV•FisherProvox&RS/3•WestinghouseDCSsHMIsHistorians•IntellutioniFix•Wonderware•Citect•RSView•GECimplicity过程监测预警平台可连接各种DCS,HMI,PLC,和历史数据库，如：•AspenTechIP.21•HoneywellPHD•OSISoftPI•YokogawaExaquantum•AnyOPC-compliantprocesshistorian•AllenBradley•Modicon•GE•SiemensPLCsStarForward过程监测预警系统结构PPM应用服务器客户机连接，服务器配置，数据处理流程配置等WEB客户机:报表显示DCSorPLCDataHistorian–PI,IP/21,AIM*,PHDODBC,JDBCText…WEB服务器:报表存储数据源StarForward运行KPI指标装置运行安全因子运行数据装置运行安全分析数据库PPM平台系统架构运行安全状况展示平台其他管理系统装置运行安全分析模型设备运行安全分析模型MES系统装置运行实时数据MES系统装置运行历史数据库分析结果分析结果运行数据分析数据StarForward监测预警平台工作流程预测预警的技术关键是将预测预警模型输出数据为基准，并同实际实时操作数据比较，及早发现设备运行状态异常StarForwardPPM系统构成要素•分析模型设计平台PPMDesigner•在线数据分析服务器•系统配置管理•WEB展示平台StarForward分析模型设计平台•PPMDesigner通用连接性鼠标拖放配置环境支持预