【化工企業(yè)：生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)數(shù)字化必須從線下實(shí)時(shí)走向線上】
化工生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)是化工企業(yè)的核心任務(wù)。他們是高度專(zhuān)業(yè)化的，需要在流程、設(shè)備、能源和自動(dòng)化方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，不能通過(guò)日常生活中的直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷?；どa(chǎn)作業(yè)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)是數(shù)據(jù)生成快、類(lèi)別多、維數(shù)高、關(guān)聯(lián)度高。這類(lèi)數(shù)據(jù)的分析處理門(mén)檻較高，通常是工業(yè)軟件供應(yīng)商和過(guò)程自動(dòng)化供應(yīng)商的傳統(tǒng)領(lǐng)域。
生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)圍繞“穩(wěn)、長(zhǎng)、優(yōu)”的目標(biāo)，包括糾偏控制、異常或故障識(shí)別與診斷、優(yōu)化節(jié)能降本運(yùn)營(yíng)等。生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的數(shù)字化過(guò)程包括測(cè)量與感知、傳輸與存儲(chǔ)、分析與決策、控制與執(zhí)行等一系列活動(dòng)。這些從線下到線上的核心活動(dòng)是化工行業(yè)數(shù)字化降低成本、提高效率的真正關(guān)鍵。
測(cè)量感知：測(cè)量感知是化工生產(chǎn)數(shù)字化的起點(diǎn)。在沒(méi)有測(cè)量技術(shù)的情況下，使用現(xiàn)代過(guò)程控制技術(shù)。數(shù)字化遠(yuǎn)程儀表已成為化工設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置。常規(guī)的溫度、壓力、流量、液位四大測(cè)量基本已實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量并遠(yuǎn)程傳輸至DCS系統(tǒng)。從降低投資成本的角度來(lái)看，只有少數(shù)偏遠(yuǎn)地區(qū)和非關(guān)鍵測(cè)量點(diǎn)仍然使用現(xiàn)場(chǎng)儀器。要確定化工廠是否按預(yù)期運(yùn)行，僅依靠四大測(cè)量值是不夠的。它還取決于關(guān)鍵流（包括原材料、產(chǎn)品和中間重要材料）的組成和性質(zhì)，以及設(shè)備的特征狀態(tài)（如腐蝕）。這些數(shù)據(jù)目前主要依靠線下實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試、人工檢查和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，包括視覺(jué)、耳朵和手觸摸，以及特殊的手持儀器。此類(lèi)測(cè)量技術(shù)的低成本和在線化是未來(lái)化工生產(chǎn)測(cè)量感知發(fā)展的重點(diǎn)。近年來(lái)，我們看到了過(guò)程分析技術(shù)（PAT）的發(fā)展，包括在線光譜（中紅外光譜、近紅外光譜、拉曼光譜、紫外光譜）、在線質(zhì)譜、核磁共振核磁共振、在線測(cè)量材料成分和性能越來(lái)越多的應(yīng)用為后續(xù)的工藝診斷和操作調(diào)整創(chuàng)造了有利和必要的條件。
傳輸和存儲(chǔ)：雖然常規(guī)測(cè)量已經(jīng)發(fā)送到DCS系統(tǒng)，DCS可以存儲(chǔ)1-3個(gè)月的數(shù)據(jù)，但是DCS本身并不是為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)而設(shè)計(jì)的，存儲(chǔ)容量，分析能力，外部接口有很多限制。作為高速時(shí)間序列數(shù)據(jù)，化工生產(chǎn)類(lèi)型數(shù)據(jù)應(yīng)存儲(chǔ)并記錄在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)效率高、壓縮比大、數(shù)據(jù)接口豐富，并具有基本的統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)可視化功能。是化工企業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)不可或缺的工具。十年前，過(guò)程工業(yè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)被幾家國(guó)外公司壟斷，成本高昂，大多數(shù)公司負(fù)擔(dān)不起?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)供應(yīng)商有好幾家，國(guó)外也有社區(qū)化的開(kāi)源產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化集成商也完全可以接受。幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，成本完全在企業(yè)可承受的范圍內(nèi)。 “昔日，王邪堂千言飛入尋常百姓家?！贝罅ν七M(jìn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)施是化工企業(yè)數(shù)字化的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。
分析與決策：化工生產(chǎn)分析與決策主要有以下三種類(lèi)型：設(shè)備異?；蚬收系淖R(shí)別、診斷和定位，偏離過(guò)程既定目標(biāo)的操作調(diào)整，以及優(yōu)化調(diào)整最大限度地降低運(yùn)營(yíng)成本。這三類(lèi)分析的專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)，沒(méi)有統(tǒng)一的方法。他們基本上依靠操作員、工程師和專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)方法。除了常規(guī)的校正運(yùn)算和調(diào)整與比較成熟的反饋PID在線控制外，這些方法幾乎都是離線分析。在線分析和決策是化工生產(chǎn)數(shù)字化的核心。方法包括經(jīng)驗(yàn)規(guī)則、機(jī)制模型、統(tǒng)計(jì)模型和機(jī)器學(xué)習(xí)模型（或人工智能模型）。在實(shí)際應(yīng)用中，在線分析決策應(yīng)以前三類(lèi)模型為基礎(chǔ)，輔以第四類(lèi)機(jī)器學(xué)習(xí)模型?；诮陙?lái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、SCADA監(jiān)控平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、自由簡(jiǎn)單的Python編程語(yǔ)音、可視化低代碼開(kāi)發(fā)平臺(tái)的發(fā)展，越來(lái)越多的工藝工程師和生產(chǎn)工程師可以構(gòu)建在線分析自主決策系統(tǒng)，在線分析決策應(yīng)用場(chǎng)景將越來(lái)越廣泛。
控制執(zhí)行：正是由于過(guò)程控制技術(shù)的成熟，大型化、一體化的化工裝備成為現(xiàn)實(shí)。集散控制系統(tǒng)DCS是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的必備設(shè)施。自動(dòng)控制與生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備相結(jié)合。成為化工生產(chǎn)的三大核心要素。盡管如此，我國(guó)目前的化工廠自控率還比較低。一些化工企業(yè)的DCS上幾乎一半的控制回路仍處于手動(dòng)控制模式，內(nèi)部操作要求頻繁操作，工作壓力大。很多企業(yè)的數(shù)字化自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，還是要從基礎(chǔ)的PID定制入手，首先要實(shí)現(xiàn)85%的閉環(huán)自控率，在不投資、少投資的基礎(chǔ)上最大化利用現(xiàn)有資產(chǎn)。具有良好基礎(chǔ)的化工企業(yè)可以在常規(guī)PID整定的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)施包括級(jí)聯(lián)、超控和分程控制在內(nèi)的復(fù)雜控制（ARC）和包括模型預(yù)測(cè)控制在內(nèi)的高級(jí)過(guò)程控制（APC）。我的朋友馮紹輝博士創(chuàng)辦了公眾號(hào)“虎凱PID”，定期舉辦線上線下公益交流活動(dòng)，積極推廣基于Lambda方法的標(biāo)準(zhǔn)化、工程化PID整定方法。自動(dòng)化和閉環(huán)自動(dòng)控制是化工行業(yè)數(shù)字化的基礎(chǔ)工作。要利用數(shù)字化、智能化的優(yōu)勢(shì)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，提高我國(guó)化工企業(yè)的自控率。只有生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定，才能保證生產(chǎn)過(guò)程的安全，才能保證運(yùn)行優(yōu)化。繼續(xù)。
