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FF现场总线技术在大型炼化一体化工厂智能化设计上的应用林融北京,2008年5月一、前言二、智能化生产技术的总体特征三、智能化生产技术的现状与发展趋势四、FF现场总线技术概览五、FF现场总线控制系统技术与经济分析六、FF现场总线工程设计概要七、全厂智能化总体解决方案（案例）八、结束语标题议题一、前言二、智能化生产技术的总体特征三、智能化生产技术的现状与发展趋势四、FF现场总线技术概览五、FF现场总线技术与经济分析六、FF现场总线工程设计概要七、全厂智能化总体解决方案（案例）八、结束语一、前言中国经济的高速崛起推动了石化工业的迅猛发展美联储前主席艾伦·格林斯潘在其刚出版的回忆录《动荡年代：新世界中的冒险》推断：“在2030年之前，中国将是美国的主要竞争对手。中国将在2030年决定世界经济的命运。”中国在2005年超过了英国成为世界第四大经济体。外国经济学家纷纷预测：中国将在10～15年间，将迅速超越德国及日本成为世界第二大经济体，并且同美国形成强有力竞争。石化工业作为基础能源和原材料产业，已经成为国民经济发展中的重要支柱产业，对GDP的贡献和改善人民生活具有不可替代的作用。据2006年底统计，我国的炼油产能超过3.3亿吨，乙烯产能达到985万吨，均居世界第二位；PTA产能达到780万吨，居世界第三位。根据国家发改委石化工业“十一五”发展规划，到2010年，我国的炼油产能将达到4吨，重点建设独山子、福建、青岛、惠州等8个千万吨级炼油厂；乙烯产能将达到1800万吨，重点建设独山子、福建、天津、镇海、成都等7个百万吨级乙烯厂；PTA产能将达到1600万吨，重点建设仪征、济南、涪陵、大连、乌鲁木齐等10个项目，产能一跃成为世第一石化大国。一、前言当前我国石化工业发展中值得关注的几个趋势石化工业的产业链长，产品附加值高，对相关产业的带动面大，而且国内缺口大。因此许多地区将石油、石化项目作为发展重点，争相上马。但必须看到，面对国际、国内两个复杂多变的市场，石化工业也面临着严峻的挑战和沉重的压力。而且石化是资金密集、技术密集的企业，项目建设必须十分慎重。关注以下几个石化工业发展中的趋势，可能有助于一些地区对发展石化工业的思考：1.提高企业集成度，向炼油—化工一体化、大型化、智能化及清洁化等方向发展；2.提高石化企业对全球市场的适应性；3.在炼油—化工一体化企业中炼油厂需要多产石化原料（宜烯则烯，宜芳则芳）；4.丙烯需求增长快于乙烯，增产丙烯的各种新技术受到高度重视；5.天然气化工和煤化工正在悄然兴起。国家发改委提出：新建炼油项目产能应在800万吨以上；新建乙烯项目产能应在80万吨以上；新建PX项目产能应在70万吨以上。中石化科技发展部提出：新建项目要符合“大型化，一体化，高科技”的方针。一、前言石油化工智能化生产成为必然趋势跨入21世纪以来，随着中国加入WTO后的承诺：“2005年石化产品零售市场开放；年石化产品批发市场开放”，中国的石化工业已经或即将被纳入到一个全球一体化的、充满激烈竞争的国际市场体系之中。在这个体系中，中国的石化企业如何站稳脚跟，不断提升综合竞争能力，并逐渐取得竞争优势，昀终能够接近和赶上世界一流的跨国企业，在国际竞争中立于不败之地，是摆在我国石化行业面前的重大而紧迫的课题。国家领导人多次指出“凡事预则立，不预则废”；“生于忧患，死于安乐”；“市不相信眼泪”和“世界上比较大的战争多与石油有关”。党的“十六大”明确提出“用信息技术提升传统产业，尽快缩短与发达国家的发展差距”。人类文明发展的历史也证明了：只有不断地汲取先进思想，采用先进技术，与时俱进，才能取得竞争中的主导地位。作为当今世界上发展速度昀快的自动化技术、信息技术和与之相伴而生的现代管理技术，成为国际性企业争相采用、不断提升自身竞争力的技术手段和方法。对此，国家科技委于2003年初将列入国家中长期科学和技术发展战略研究的的重大专题之三——“制造业发展科技问题研究”中的分课题“石油化工流程的进步与智能化制造技术”委托中石化集团公司编制专题发展战略研究报告。其中的关键子课题“石油化工智能化生产技术”由中石化信息系统管理部和SEI联合编制，并于2003年9月完成。一、前言石油化工智能化生产成为必然趋势当前世界各国十分重视发展“石油化工智能化生产技术”，包括：企业资源规划系统（ERP）、供应链管理系统（SCM）、工厂信息管理系统（PIMS）、先进计划系统（APS）、生产运营管理系统（MES）、实时数据库（RTDB）、先进过程控制/实时优化（APC/RTO）、分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。许多跨国公司应用上述系统并将他们集成在一起，实现了设计、生产管理和经营的一体化，大大增强了企业的竞争实力，加强了在国际市场上的垄断地位。例如，世界上前500强企业中有70%以上正在使用美国SAP的ERP决方案。世界上几乎所有的大型跨国石化公司如：Exxon-Mobil，BP-Amoco，Shell，DowChemicals-UCC等均实施了ERP-MES-PCS整体解决方案，取得了明显的经济效益。为了占领“石油化工智能化生产技术”的制高点，许多国家提出了跨世纪的研究计划。例如，美国政府提出了《美国国家关键技术》、《先进制造技术计划》等计划；欧共体的《尤里卡计划（EURE－KA）》、《信息技术研究发展战略计划（ESPRIT）》；德国政府提了《制造2000计划》、《微系统2000计划》；日本的《智能制造系统计划》；韩国的《高级先进技术国家计划》（G7计划）等。这些国家均将”石油化工智能化生产技术”列为重要研究内容。通过政府、企业、大学和科研院所的合作实施，这些计划大大促进了”石油化工智能化生产技术”的发展。议题一、前言二、智能化生产技术的总体特征三、智能化生产技术的现状与发展趋势四、FF现场总线技术概览五、FF现场总线技术与经济分析六、FF现场总线工程设计概要七、全厂智能化总体解决方案（案例）八、结束语二、智能化生产技术的总体特征2.1“智能石化工厂”的概念在20世纪90年代末期，美国ASPENTEC公司率先提出“智能化工厂”（plantelligence）概念及解决方案，已在BP、Shell等公司实施。Honeywell公司也提出了一体化业务解决方案（BusinessFlex）已在EXXON-Mobil，Shell，LG-Caltex等公司实施。Emerson、Invensys等公也相继推出数字工厂（digitalPlant）、智能工厂（SmartPlant）、智能企业(IntelligentEnterprise)等方案。“智能石化工厂”是以自动化技术、信息技术和现代管理技术相结合提升石化传统行业的综合技术，它是集石化业务规划决策优化、计划方案优化、调度优化和在线闭环控制优化于一身的综合技术。“智能石化工厂”是石油化工企业的信息化集成应用平台，其体系结构是灵魂，模型是核心，应用构架是关键，优化技术是企业资源合理配置的手段，而控制技术是提高产品质量降低企业成本的重要途径。“智能石化工厂”到目前为止并没有一个统一的定义，其特征是依托数字化、网络化实现生产过程和经营过程中各环节的集中计划、监控、管理和协调，依托模型化、信息化对生产过程和经营过程以及战略决策进行模拟和调整。也可以说数字化、网络化、模型化、信息化的集成构成了智能化。钱学森先生曾经指出：“信息技术是测量技术、计算机技术和通信技术相结合的产物”。二、智能化生产技术的总体特征2.2智能化生产技术的总体特征通过分析国际经济发展的势态和信息技术发展的趋势，综合其共性和对未来的预测分析，可以归纳出“石油化工智能化生产技术”未来5~15年在国际上的几点发展趋势。其总体特征为：1）充分满足21世纪石油化工企业大型化、一体化、智能化和清洁化需要，充分体现安全、健康、环保和循环经济的理念；2）生产过程自动化与企业生产、经营管理信息化的一体化、集成化；3）生产过程控制装备的数字化、网络化；4）实现设计、生产、经营管理诸环节的柔性化、敏捷化、虚拟化；5）科研、设计、工程、生产、经营和决策的数字化、自动化、网络6）公司与供应商、客户、合作伙伴协同业务的网络化、全球化。议题一、前言二、智能化生产技术的总体特征三、智能化生产技术的现状与发展趋势四、FF现场总线技术概览五、FF现场总线技术与经济分析六、FF现场总线工程设计概要七、全厂智能化总体解决方案（案例）八、结束语三、智能化生产技术的现状与发展趋势3.1仪表及自动化技术的历史与发展趋势气动仪表3-15PSI20-100KPa50’s信号与协议特征与功能隔爆型仪表/本质安全型仪表/无火化型仪表4-20mA70’s远程调校仪表依赖不同的协议智能型HARTDEBRAIN80’s现场总线IEC61158标准良好的互操作性90’s电子仪表模数混合仪表全数字仪表无线数字仪表10-50mA0-20mA60’s现场调校气动电动电Ⅲ型模拟量模拟量混合型数字型无线数字型无线仪表IEC无线HART标准良好的扩展性21cn三、智能化生产技术的现状与发展趋势3.2现状图3-11998年中国与世界部分国家能源效率对比图(单位：万吨标准煤/亿美元GDP；资料来源：《自然辩证法》2003年第8期朱训“关于中国能源战略的辩证思考”)12.041.672.143.4210.213.6702468101214中国日本德国美国印度世界平均三、智能化生产技术的现状与发展趋势表3-1欧美石油、石化智能化系统建设与应用现状三、智能化生产技术的现状与发展趋势表3-2拉美、亚太石油、石化智能化系统建设与应用现状三、智能化生产技术的现状与发展趋势表3-3中外石油、石化智能化系统建设与应用现状对比三、智能化生产技术的现状与发展趋势从对以上图表的分析不难看出：我国的石化企业在智能化生产技术应用水平以及能源效率方面与国外发达国家的石化企业差距巨大，即使与国外部分发展中国（如巴西、印度等）的石化企业相比，也存在一定差距。从20世纪末的90年代至21世纪初叶，可以说是信息技术、智能化技术高速发展的时代。由于其特有的先导性、渗透性，使其在石油化工领域的发展呈现以下诸点：1.投资重点向信息技术和智能化装备转移；2.信息基础设施齐备，并超前实施；3.信息集成系统已经成熟为统一的模式—智能工厂；4.生产执行系统（MES）成为10年以来的热点；5.重视建立生产经营管理的模型；6.从ERP推广应用扩展到供应链管理（SupplyChainManagement）；7.电子商务（E－commerce）发展迅猛；8.重视知识管理系统（KnowledgeManagementSystem）；三、智能化生产技术的现状与发展趋势3.3发展趋势专家预测，21世纪世界将全面进入知识经济时代。21世纪初叶主导知识经济社会的仍是信息经济，而到21世纪中叶开始，世界将进入生物经济时代。也就是信经济让位于生物经济，但是信息技术的渗透性仍然保留，先导性则有所降低。信息系统是资金投入的重点，而且认为：把数据转换为信息，把信息转换为识，把知识转换为智慧，把智慧转换为科学决策的方法，以及对信息、知识的应管理、存储和传递，将是石化企业竞争能力的关键。改进和加强信息系统仍然占发达国家石油化学工业发展战略中的核心位置，只有这样才能使整个石化工业高经济地运行。1．开发开放式系统（OpenSystem）。将专业信息系统集成为大系统，从传感器业务系统，从供应商到客户；2．开发专家系统、人工智能决策咨询工具，各个层次都广泛使用辅助决策；3．开发过程科学与工程技术（PS&ET），推广应用工艺过程软件；三、智能化生产技术的现状与发展趋势4．推进工厂智能化，开发虚拟工厂，模拟装置开工、停工和故障异常处理，验证生产过程中的物料、能量平衡，培训操作人员，改进生产方案和设计方案；5．发展智能仪表与现场总线技术。在高新技术推动下，自动化仪表与装置正跨入真正的数字化、智能化和网络化时代，其技术发展主流是测量信息数字化，检测表智能化和控制管理一体化。议题一、前言二、智能化生产技术的总体特征三、智能化生产技术的现状