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1、項(xiàng)目背景介紹

根據(jù)省委十四屆八次全會和全省數(shù)字化改革大會精神、2021年3月16日巨化集團(tuán)黨委理論學(xué)習(xí)中心組會議精神和3月12日數(shù)字化車間建設(shè)專班零手動推進(jìn)會的工作要求，為有效推進(jìn)“綠色化發(fā)展、數(shù)字化改革、新巨化啟航”建設(shè)任務(wù)，加快落實(shí)“一季度出成果、一年大變樣、兩年新飛躍”的目標(biāo)，巨化集團(tuán)不斷促進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈韌性，推動制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展穩(wěn)進(jìn)提質(zhì)。布局上，巨化集團(tuán)不斷強(qiáng)鏈、補(bǔ)鏈、延鏈、增鏈，形成了具有特色的氟化工原料、制冷劑、含氟聚合物材料、含氟精細(xì)化學(xué)品、食品包裝材料、石化材料、基礎(chǔ)化工等產(chǎn)品簇，帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展；生產(chǎn)上，巨化集團(tuán)積極開展“零手動、零備機(jī)、零距離”工程實(shí)施，其中，中智達(dá)和中巨智能深度參與到零手動工程實(shí)施，助力巨化集團(tuán)實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)裝置實(shí)現(xiàn)全過程、全流程“零手動”操作，大幅度降低了人員勞動強(qiáng)度，有效提升了裝置運(yùn)行效率，全面提升了本質(zhì)安全水平，并取得了良好效果。 

2、項(xiàng)目目標(biāo)與原則

實(shí)施對象為巨化集團(tuán)各分廠化工裝置，各裝置零手動智能化創(chuàng)新目標(biāo)為：

1）提高工藝指標(biāo)穩(wěn)定性。通過提高過程綜合自動化水平，穩(wěn)定生產(chǎn)工況，實(shí)現(xiàn)主要工藝參數(shù)的平穩(wěn)度，波動幅度平均減少30%以上；

2）減少操作人員勞動強(qiáng)度，常規(guī)工況下實(shí)現(xiàn)“機(jī)器換人”操作。先進(jìn)控制系統(tǒng)能裝大幅提高自動化水平，常規(guī)工況下，基本能代替人工操作，達(dá)到“黑屏”控制標(biāo)準(zhǔn)。基本統(tǒng)一3個工藝運(yùn)行班的操作模式，有效克服操作人員操作水平參差不齊的現(xiàn)狀。

3）穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。先進(jìn)控制系統(tǒng)能夠模擬最優(yōu)操作人員的操作過程，并且長周期處于同一水平操作，特別是對工藝指標(biāo)平穩(wěn)性的提高，就是產(chǎn)品質(zhì)量提高的保障。

4）降低生產(chǎn)成本?；谘b置平穩(wěn)操作，通過“卡邊”控制，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的情況下，根據(jù)裝置特點(diǎn)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化各重要裝置的工藝指標(biāo)、挖掘裝置的潛力，節(jié)能降耗，提高裝置的整體經(jīng)濟(jì)效益。

5）裝置正常生產(chǎn)情況下，先進(jìn)控制系統(tǒng)投運(yùn)率達(dá)到100%，自控率100%。

6）裝置連續(xù)3個月實(shí)現(xiàn)零手動操作，通過集團(tuán)公司驗(yàn)收。

3、項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用情況

巨化集團(tuán)團(tuán)全產(chǎn)業(yè)鏈化工裝置全流程“零手動”操作智能化創(chuàng)新項(xiàng)目，于2021年2月正式啟動，巨化集團(tuán)提出“一季度出成果、一年大變樣、兩年新飛躍”的目標(biāo)。項(xiàng)目自啟動至今，2021-2022兩年已完成全部128套流程型生產(chǎn)裝置和20套離散型生產(chǎn)裝置的零手動改造。各裝置零手動智能化創(chuàng)新項(xiàng)目融合機(jī)電儀藝各專業(yè)，以先進(jìn)控制技術(shù)和控制回路整定技術(shù)為先導(dǎo)，融合流程模擬與工藝優(yōu)化、控制方案優(yōu)化、工藝改造、儀表閥門改造、設(shè)備改造等技術(shù)，整個實(shí)施過程一般包含：調(diào)研、功能需求分析、方案設(shè)計(jì)、模型辨識、控制器設(shè)計(jì)、離線仿真、定制化程序編寫、控制器投運(yùn)、上線優(yōu)化等工作步驟，投用后均獲得良好的控制效果并實(shí)現(xiàn)了全裝置生產(chǎn)過程自動控制。其整體技術(shù)路線圖為：

相較常規(guī)的自動化/APC項(xiàng)目，零手動項(xiàng)目需要攻克的難點(diǎn)更多：

· 以往的APC軟件多實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的控制，零手動對軟件使用場景要求是全流程、全時段：中智達(dá)軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)施需求，對公司APC軟件進(jìn)行迭代升級，使其更適應(yīng)零手動使用場景；通過對操作工的處理方式歸納總結(jié)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析、化工原理利用，由實(shí)施工程師將控制器觸發(fā)條件、處理方式等進(jìn)行整合、程序編譯，形成智能專家控制器，實(shí)現(xiàn)諸如一鍵程控、故障自動處理、控制器底層參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)等功能，以應(yīng)對裝置運(yùn)行的多種工況。

· 零手動對現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、監(jiān)測儀表數(shù)量、質(zhì)量要求更高：巨化集團(tuán)配合改造需求，同步實(shí)施精良裝備、零備機(jī)的工程，對現(xiàn)場硬件進(jìn)行自動化改造。

· 零手動控制方案需要考慮的情景、維度更多更復(fù)雜：巨化集團(tuán)調(diào)動優(yōu)秀專業(yè)人才組成賦能團(tuán)隊(duì)，與中巨智能工程/工藝經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師一道進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，在控制器上線后不斷是優(yōu)化、調(diào)試，使整個控制系統(tǒng)實(shí)用、穩(wěn)定。

· 零手動控制系統(tǒng)架構(gòu)于DCS之上，某些現(xiàn)場條件暫無改造對策會影響整個控制的完整性：中巨智能開發(fā)團(tuán)隊(duì)通過智能語音系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器輔助監(jiān)盤，將現(xiàn)場與DCS自控系統(tǒng)通過觸發(fā)式的人聲語音提示進(jìn)行鏈接。

本項(xiàng)目創(chuàng)新性體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

· 軟件新：軟件迭代升級，解決了不同工況模型失真難題，進(jìn)而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)不再超調(diào)、受控對象在不同工況下總能趨向穩(wěn)定，解決以往運(yùn)行條件變更導(dǎo)致的振蕩。

· 方法新：優(yōu)化工程實(shí)施過程，大大減短施工周期，增加后期優(yōu)化、調(diào)試時間占比，進(jìn)而擁有了更多打破常規(guī)控制方式機(jī)會，嘗試更多合理方案使控制效果最優(yōu)。

· 目標(biāo)新：相對普通DCS/APC控制有適用場景，零手動目標(biāo)旨在實(shí)現(xiàn)全流程、全時段的自動控制，且也需要實(shí)現(xiàn)能耗控制，倒逼工藝、儀表、管理、實(shí)施考慮全部工況后進(jìn)行全面自控設(shè)計(jì)。

· 效果新：

（1）推動了生產(chǎn)模式變革。零手動操作后，DCS崗位從“操作員”變“監(jiān)護(hù)員”，解放出更多的生產(chǎn)力，讓更多的員工成為思考者、創(chuàng)造者，不斷將智慧聚集到運(yùn)營管理當(dāng)中，為傳統(tǒng)化工生產(chǎn)變革為數(shù)字化生產(chǎn)。

（2）提升裝置本質(zhì)安全水平。日均操作數(shù)量為0，大大降低了傳統(tǒng)化工行業(yè)人為干預(yù)帶來的安全風(fēng)險，最大程度消除人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)，提高裝置本質(zhì)安全水平；

（3）零手動操作改造讓裝置變得更加“透明”，可以將隱藏在“黑暗”中的隱患暴露在“陽光下”，讓裝置從本質(zhì)上更加安全。操作頻次的下降，最大程度減少操作員誤操作造成的事故隱患，從技能、管理、素養(yǎng)上將操作員培養(yǎng)成監(jiān)控員，提供解決問題的能力，提升員工的幸福感和獲得感；

（4）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)能減排降碳。零手動操作在原來APC的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化升級，對裝置控制的穩(wěn)定和能源控制的精準(zhǔn)性都有了很大的提升，節(jié)能降耗成效比較明顯；

（5）促進(jìn)以設(shè)備完整性為基礎(chǔ)，對檢維修頻次、預(yù)防性檢修和維護(hù)保養(yǎng)、儀表選型匹配性、工藝條件優(yōu)化都提出了更高的要求，這些都是零手動操作的基礎(chǔ)和保障，通過“零手動操作”這一結(jié)果導(dǎo)向，倒逼硬件裝備水平提升裝備精良管理提升。

以下對巨化集團(tuán)主要產(chǎn)品鏈的零手動實(shí)施效果舉例說明：

（1） 氟化工原料——氟制冷劑事業(yè)部701裝置

零手動系統(tǒng)試投用后，主要CV被控變量的標(biāo)準(zhǔn)偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動強(qiáng)度，通過物耗和電耗降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟(jì)效益291.0萬元。指標(biāo)平穩(wěn)對比效果如下：

105%酸預(yù)熱溫度標(biāo)準(zhǔn)方差降低了73%：

零手動投用前

零手動投用后 

混酸預(yù)熱溫度標(biāo)準(zhǔn)方差降低了66%：

零手動投用前

 零手動投用后

預(yù)洗酸槽溫度標(biāo)準(zhǔn)方差降低了76%：

零手動投用前

 零手動投用后

預(yù)洗酸槽液位標(biāo)準(zhǔn)方差降低了76%：

零手動投用前

零手動投用后 

（2）制冷劑——氟聚合物事業(yè)部2R22裝置

零手動系統(tǒng)試投用后，主要CV被控變量的標(biāo)準(zhǔn)偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動強(qiáng)度，通過物耗、蒸汽耗、電耗降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟(jì)效益318.7萬元。指標(biāo)平穩(wěn)對比效果如下：

反應(yīng)系統(tǒng)液位標(biāo)準(zhǔn)方差降低了80%：

零手動投用前

零手動投用后 

HCL精餾塔下部溫度標(biāo)準(zhǔn)方差降低了84%：

 零手動投用前

零手動投用后

成品塔下部溫度標(biāo)準(zhǔn)方差降低了87%：

 零手動投用前

 零手動投用后

成品塔塔釜液位標(biāo)準(zhǔn)方差降低了93%：

 零手動投用前

零手動投用后

經(jīng)過實(shí)施零手動操作后，裝置的平穩(wěn)性得以提升，報警次數(shù)顯著下降，操作次數(shù)降低到0次，預(yù)計(jì)全年可降本增效318.7萬元。

（3） 含氟聚合物材料——精細(xì)化工事業(yè)部六氟丙烯低聚物裝置

零手動系統(tǒng)試投用后，主要CV被控變量的標(biāo)準(zhǔn)偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動強(qiáng)度，通過蒸汽耗、電耗降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟(jì)效益180.8萬元。指標(biāo)平穩(wěn)對比效果如下：

1#精餾塔塔底溫度標(biāo)準(zhǔn)方差降低了79%：

零手動投用前

 零手動投用后

1#精餾塔塔底采出流量標(biāo)準(zhǔn)方差降低了67%：

零手動投用前

零手動投用后

2#精餾塔回流比標(biāo)準(zhǔn)方差降低了96%：

 零手動投用前

零手動投用后

2#精餾塔液位標(biāo)準(zhǔn)方差降低了52%：

 零手動投用前

零手動投用后

經(jīng)過實(shí)施零手動操作后，裝置的平穩(wěn)性得以提升，報警次數(shù)顯著下降，操作次數(shù)降低到0次。

（4） 精細(xì)化學(xué)品——精細(xì)化工事業(yè)部甲基硅烷裝置

零手動系統(tǒng)試投用后，主要CV被控變量的標(biāo)準(zhǔn)偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動強(qiáng)度，通過產(chǎn)量增加及水耗、蒸汽耗、電耗、高純氮耗降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟(jì)效益612.9萬元。指標(biāo)平穩(wěn)對比效果如下：

分離器界面標(biāo)準(zhǔn)方差降低了41%：

 零手動投用前

 零手動投用后

萃取塔界面1標(biāo)準(zhǔn)方差降低了89%：

零手動投用前

零手動投用后

萃取塔界面1標(biāo)準(zhǔn)方差降低了89%：

 零手動投用前

 零手動投用后

萃取槽液位1標(biāo)準(zhǔn)方差降低了81%：

 零手動投用前

  零手動投用后

（5） 石化材料——石化材料事業(yè)部環(huán)己酮裝置

零手動系統(tǒng)試投用后，主要CV被控變量的標(biāo)準(zhǔn)偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動強(qiáng)度，通過蒸汽耗、人力降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟(jì)效益167萬元。指標(biāo)平穩(wěn)對比效果如下：

分解釜液位標(biāo)準(zhǔn)方差降低了81%：

零手動投用前

零手動投用后

 1#分解釜溫度標(biāo)準(zhǔn)方差降低了76%：

 零手動投用前

零手動投用后

1#皂化液分離器液位標(biāo)準(zhǔn)方差降低了96%：

 零手動投用前

零手動投用后 

2#皂化液分離器液位標(biāo)準(zhǔn)方差降低了96%：

 零手動投用前

零手動投用后

（6） 基礎(chǔ)化工——氯堿新材料事業(yè)部二水鈣裝置

零手動系統(tǒng)試投用后，主要CV被控變量的標(biāo)準(zhǔn)偏差降低30%以上，減少人為干擾和操作失誤，降低操作勞動強(qiáng)度，通過產(chǎn)量增加，汽耗、電耗降低，產(chǎn)生年經(jīng)濟(jì)效益631萬元。指標(biāo)平穩(wěn)對比效果如下：

緩沖槽液位標(biāo)準(zhǔn)方差降低了94%：

零手動投用前

零手動投用后

一效蒸發(fā)室液位標(biāo)準(zhǔn)方差降低了53%：

 零手動投用前

零手動投用后

二效蒸發(fā)室液位標(biāo)準(zhǔn)方差降低了92%：

 零手動投用前

零手動投用后

切片機(jī)蒸汽冷凝水溫標(biāo)準(zhǔn)方差降低了89%：

 零手動投用前

零手動投用后

4、效益分析

2021-2022兩年，巨化集團(tuán)已完成全部128套流程型生產(chǎn)裝置和20套離散型生產(chǎn)裝置的零手動改造，其中，中巨智能承擔(dān)了其中的83套。經(jīng)過集團(tuán)嚴(yán)格考核和統(tǒng)計(jì)，整個零手動工程投入1.67億，物耗下降1.6% ，節(jié)降1.0944億；能耗下降2%，節(jié)降6692萬元；人工成本、檢修費(fèi)用等其它因素綜合降本7334萬元，整體經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到2.5億元/年，整個零手動工程同時節(jié)約6萬噸標(biāo)煤/年的能源消耗，減少16.58萬噸/年的二氧化碳排放量。疫情期間，更是為巨化的平穩(wěn)運(yùn)行不停車提供了堅(jiān)實(shí)保障。

圖1-2   1套裝置只留1人監(jiān)盤

圖3  典型裝置零手動操作改造前后操作次數(shù)變化圖

巨化集團(tuán)全產(chǎn)業(yè)鏈化工裝置全流程“零手動”智能化創(chuàng)新項(xiàng)目是數(shù)字化改革落地的先鋒隊(duì)，項(xiàng)目采用最新一代的化工裝置零手動操作軟件Cyb-IDPC V10.0，結(jié)合“精良裝備”等新理念，在巨化成功實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈100多套化工裝置的零手動操作，幫助巨化集團(tuán)獲得浙江省未來工廠、鼎革獎等榮譽(yù)。在本質(zhì)安全的設(shè)計(jì)前提下，通過實(shí)施零手動，大幅提升了裝置自動化水平，解放了生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)化工裝置全流程、全時段的的無人操作。通過控制軟件的迭代升級、技術(shù)提升、方案優(yōu)化，零手動工程既滿足了自動化改造需求，同時也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、提質(zhì)增效——年創(chuàng)效益達(dá)億2.5億元左右，零手動操作智能化創(chuàng)新過程還促進(jìn)了生產(chǎn)車間工藝改進(jìn)、倒逼了設(shè)備改造升級，為正真的無人車間打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過巨化集團(tuán)近兩年的實(shí)際應(yīng)用效果，零手動操作理念的知名度與日俱增，正逐步輻射中國中化、永和集團(tuán)等其它大型化工生產(chǎn)基地并得到了良好反饋。