蘭州石化計量數字化轉型探索與實踐

劉 仁 高飛青 王宏建 劉 微 王新輝 鄭 邠

（中國石油蘭州石化公司計量部）

蘭州石化歷經60 年的發展，煉化裝置齊全，計量業務繁雜，有原油、乙烯原料、天然氣、蒸汽及水等各類物資的采購監督計量， 有大宗成品油、化工產品的貿易交接計量，還有廠際間、裝置間物料能源的互供計量，運輸方式有管輸、公路和鐵路，各有對應的不同的計量方式。 傳統的管理方式已很難滿足精細化管理的要求，計量信息化、數字化轉型需求迫切。

1 計量數字化轉型的背景和意義

1.1 背景

計量數據的采集以人工采集為主， 實時性、準確性差。 公司生產裝置絕大多數采用控制系統，方便操作人員查看生產和操作狀態，但是各級管理人員無法看到實時數據并依據數據進行管理。 人工抄量、人工錄入數據方式較為普遍，計量數據的審核、運行記錄、計量單的生成、計量結賬及計量報表等依靠人工操作完成，員工勞動強度大、工作效率低，數據的及時性和準確性得不到保證。 2012 年以前計量數據自動采集率僅為13%， 計量自動化和信息化基礎薄弱， 人工成本高。

采用紙質計量單據，單據流轉、管理不便。 紙質計量單每天靠人車取送成本高、 儲存不方便，產銷銜接不能實現數據及時共享，紙質計量單流轉慢，影響企業及時結算，按照管輸、公路和鐵路發送業務規模測算，每年會產生紙質計量單據約10 萬張，造成了大量紙張浪費，也給計量單核查造成困難，迫切需要計量單電子化。

計量衡器自動化、信息化落后，維護管理困難。 汽車衡、軌道衡等計量衡器自動化、信息化落后，各個計量點衡器有不同的系統軟件，數據采集方式不一致，單據、票據格式不一致，給維護升級管理帶來困難。 軌道衡計量單據采用手工填寫、人工傳送方式，并且需要將每個罐車的計量數據輸入制造企業生產過程執行管理系統（MES），每月還要對單一介質再統計一次總量，月末在企業資源計劃（ERP）系統重復錄入一遍，這種工作方式無法對衡器計量信息進行實時查詢、監控，計量數據不能共享。 操作人員在自然減員的情況下不能滿足過衡量持續增長的需求，迫切需要對汽車衡過衡計量實現無人值守的信息化管理模式。

計量設備種類多、分布廣，未實現動態管理。公司計量設備管理還停留在靜態管理層面，一般一年才完全更新一次信息。 由于計量管理人員少且多為兼職，導致計量設施信息與實際情況不一致，計量設備管理不到位。 計量設備在使用周期內的運行維修、 檢定等信息不能及時更新和共享，給計量業務帶來不便。

1.2 意義

煉化企業數字化轉型是順應時代潮流的必然要求， 更是企業打造新時代競爭力的必然選擇，以人工智能、云計算、大數據為核心技術的共享經濟、數字經濟迅猛發展，在減少人為誤差、改善產品品質、降低成本、提高效率及增加營收等方面發揮著重要作用。 中國石油天然氣集團有限公司已明確提出要求：要更加注重數字化轉型和智能化發展；要轉變發展理念，充分認識數字化轉型的重要性和緊迫性，推進數字化轉型、智能化發展。

蘭州石化從以下幾個方面進行了計量信息化和數字化轉型的探索與實踐工作，并取得了一定的成效。

2 蘭州石化計量信息化和數字化轉型探索與實踐

2.1 應用新技術實現計量數據自動采集

2.1.1 OPC 技術在數據自動采集工作中的應用

針對艾默生、霍尼韋爾、橫河及西門子等公司的DCS、PLC 系統以及無紙記錄儀等設備的通信方式、通信協議、數據格式不一致的情況，通過增加應用站，并安裝OPC 接口軟件，將不同的數據格式轉換成標準數據格式輸出，通過增加上位MES 設備和生產網，上傳標準格式的數據實現數據的自動采集。

圖1 為DCS-OPC 接口數據采集示意圖。 在每套裝置上增加OPC 服務器、 生產網、 交換機、MES 設備， 通過OPC 服務器采集并傳輸過程數據， 獨立的OPC 服務器的網關型結構確保了MES 與DCS 的網絡隔離， 保證了生產系統的穩定運行。

圖1 DCS-OPC 接口數據采集示意圖

2.1.2 應用無線技術實現數據自動采集

部分計量點現場計量儀表安裝分散，離控制室遠，附近無公司生產網絡，信號引入各計量點操作室導致鋪設信號電纜距離遠、成本高且施工難度較大，無法實現計量數據自動采集。

采用基于WIA-PA (Wireless Networks for Industrial Automation) 的工業無線技術， 通過符合WIA-PA 技術標準的智能無線網關、無線適配器、中繼設備、OPC Server 及BUFFER 機等設備或接口系統，部署無線網絡，通過無線技術對部分無法接入計量點控制室的計量數據實現自動采集。

2.1.3 推廣應用符合MODBUS 協議的RS-485通信技術

計量儀表大多具有RS-485 通信接口， 長期以來維護人員習慣采用4～20mA 信號傳輸模擬量，再通過DCS 或PLC 系統進行累積量的計算，在系統上進行累積量的計算誤差大， 特別是用PLC 進行累積量計算誤差高達20%以上，在計量中無法使用，即使實現了數據自動采集，仍然需要去現場抄一次表用于計量結算。 針對此情況，對具備RS-485 通信的計量儀表， 在DCS 或PLC上增加RS-485 轉換卡件實現多參數傳輸， 數據傳輸準確，較好地解決了累積量誤差大的問題。

采用以上多種技術開展計量數據自動采集工作， 對DCS、PLC 等系統進行接口和MES 生產網改造，實現從生產測量控制系統到管理系統的數據自動采集，提高自動化水平，降低勞動強度，提高工作效率，提高數據準確性和及時性，實現數據網上共享。 110 余套煉化生產裝置、罐區、磅房實現計量數據自動采集接口改造，實現計量數據自動采集的同時也打通了生產數據自動采集的通道。 公司計量數據自動采集率從改造前的13%提高到目前的83%。

2.2 計量信息管理平臺的開發與應用

計量信息管理平臺包括4 個功能模塊：計量監控、計量數據、計量設備和計量衡，其架構如圖2 所示。

2.2.1 計量監控管理

開發了計量圖、歷史曲線、數據校正和實時數據功能，對關鍵儀表數據進行實時監測、報警，及時發現儀表異常，查看儀表運行信息。 對物料產品的瞬時值、累積值、溫度、壓力及密度等參數進行實時顯示。

2.2.2 計量數據管理

開發了計量計算管理、物料核算管理、計量單管理、計量報表管理、儀表清零、汽車衡接口數據、 軌道衡接口數據及MES 接口數據等功能，滿足計量數據集中管理、報表自動生成、網上查詢及信息共享等需求。

圖2 計量信息管理平臺架構

2.2.3 計量設備管理

開發計量器具（儀表）臺賬管理、周期檢定計劃管理、器具（儀表）狀態流轉管理及計量人員管理等功能，滿足計量器具（儀表）全生命周期管理和檢定人員動態信息化管理需求。

2.2.4 計量衡管理

開發汽車衡軟件， 替代汽車衡廠商軟件，包括數據管理、稱重管理、單據管理、詞組預置、參數設置及其他業務（包括基礎用戶權限）等模塊，滿足稱重、基礎配置、紅外線、欄桿機、計量單及查詢統計等需求，同時實現網絡查詢。

2.2.5 計量信息管理平臺應用效果

計量信息管理平臺應用效果如下：

a. 計量監控模塊實現了計量數據的實時監控，涉及50 余種物料、產品和能源介質，94 幅計量網絡圖，41 組各類歷史曲線，1 200 余個實時監控計量點，107 個報警點。實現公司、分廠、車間三級生產調度和各級管理人員、計量員共同使用監控模塊，實時查看每條管線的計量數據。

b. 計量數據模塊實現了計量數據的集中管理，涉及各二級單位及其下屬所有生產裝置的1 192 條數據錄入點、19 309 條路由、自動生成的26 類統計報表，線上進行數據的采集、錄入和審核。 實現線上自動提取數據、生成計量單、生成操作運行記錄、生成日報、月報及線上進行月底結賬等工作，提高了工作效率和數據的準確性。

c. 計量設備管理模塊實現了所有計量器具、計量儀表線上全流程操作、 全生命周期統一管理。 涵蓋公司19 000 余臺計量器具、2 600 余臺計量儀表、16 類計量設備統計報表、9 種計量設備相關業務流程。 線上實現9 種業務流程管理和自動考核，計量檢定從計劃、收發、檢定、證書生成、統計、考核全過程實現線上管理。

d. 集中了7 個汽車衡磅房10 套稱重數據管理，開發衡器數據采集、紅外對射設備控制、紅綠燈控制及視頻監控等軟件， 統一了衡器計量軟件。 公司任何一臺電腦都能遠程查看到所有過磅數據和稱重相關信息，能在辦公桌上遠程視頻進行防作弊管理。

2.3 計量遠程電子化交接系統的開發和應用

2.3.1 系統開發

2.3.1.1 系統架構

蘭州石化計量遠程電子化交接系統主要由基礎數據采集、電子簽章管理系統和客戶端3 部分組成，系統網絡架構如圖3 所示。 系統將管輸、公路和鐵路3 種進出廠方式產生的計量交接數據通過數據接口上傳到計量信息管理平臺，計量信息管理平臺根據各計量點的工作實際生成滿足要求的電子計量單， 交接雙方采用在線審核、簽署、流轉的方式完成計量交接過程，并將簽署后的電子計量單上傳到各客戶端用戶單位，有效提高計量交接數據的共享及時性和工作效率。

圖3 計量遠程電子化交接系統網絡架構

2.3.1.2 功能開發

計量遠程電子化交接系統采用電子簽章技術，通過計量交接管理、用戶管理、證書管理、印章管理、簽署管理、文檔管理及系統管理等實現公司管輸、公路、鐵路進出廠原料、產品、半成品互供的遠程電子化交接， 包括計量數據在線提取，計量單在線生成，計量單在線簽署，計量單作廢，計量單網上流轉，計量單在線打印、下載、歸檔，計量數據的分類統計匯總，用戶功能角色權限分配及系統網絡安全管理等功能。 計量遠程電子化交接系統通過有效的CA 證書、 加密密鑰和Ukey 認證來保證電子簽章有效且安全。

2.3.2 應用效果

目前公司管輸、公路、鐵路涉及的20 個計量點已全部實現計量單的電子簽名、電子簽章和網上流轉， 涉及20 余家單位300 余位用戶在線查詢、統計、打印、下載及儲存等功能，實現了計量數據集合和在線統計，大幅提高了銷售、采購、生產及計量等單位數據匯總、統計、核對、盤點的效率， 徹底改善了公司取送紙質計量單的落后現象，提高了顧客滿意度，提升了企業形象。

2.4 汽車衡無人值守系統的實現

2.4.1 系統架構

汽車衡無人值守系統采用集中管理、分布監控的設計模式，所有的業務數據（數據、語音、圖像及控制信號等）通過自助一體機（終端）和軟件系統進行就地處理，通過計量專用光纖網絡與計量信息管理平臺進行交互。 汽車衡無人值守系統架構如圖4 所示。

2.4.2 功能描述

汽車衡無人值守系統的功能如下：

a. 以自助一體機為中心， 搭建了底層平臺，主要進行車號識別、紅綠燈、紅外對射防作弊系統和圖像監控設備等現場設備的控制。 底層設備的各種信息、數據，通過車輛上衡管理軟件、車輛稱重管理軟件協調， 傳送至計量信息管理平臺。同樣， 遠程操作命令通過生產網傳送至底層設備，從而實現現場計量設備與計量信息管理平臺之間的數據傳送。

圖4 汽車衡無人值守系統架構

b. 計量信息數據庫和計量信息管理平臺主要完成車輛備案信息保存、簽章文檔管理，處理計量信息管理平臺與各計量點自動采集系統的數據接口、電子簽章系統與計量信息管理平臺的接口及電子簽章系統在電子遠程交接的應用集成等問題。

c. 客戶端管理。 主要進行車輛進出廠信息的錄入和生成計量單據的查詢。 為了解決安裝防火墻后外部網絡的用戶不能訪問內部網絡服務器的問題，設立一個DMZ 區。 在這個小網絡區域內可以放置一些必須公開的服務器設施， 以便外部網絡訪問。

過衡司機提前通過手機登錄車輛信息錄入平臺錄入貨運信息，并生成二維碼數據，信息下裝到自助一體機系統， 車輛上磅通過車號識別、紅外對射等防作弊系統，識別出的車號和錄入車號一致時允許自動稱重， 司機自助打印計量單據，如遇到異常情況，可通過對講系統遠程操控過衡。

該系統的上線運行為優化汽車衡計量操作崗位、提高工作效率、降低人力和管理成本奠定了基礎，也為公司汽車衡管理開啟了信息化新模式。

3 數字化轉型效果和作用

通過幾年來的探索與實踐，計量數字化轉型作用顯現， 原先人工抄錄數據變為自動采集數據，各級管理人員在辦公電腦上可以查看各計量點的實時數據，減少了電話量；計量數據操作記錄、計量單、計量日報表、月報表和年報表自動生成，可通過網上查看；電子計量單網上流轉，方便相關人員查看、下載、儲存、打印，改變了傳統取送計量單的方式；汽車衡無人值守系統的成功開發和應用為下一步推廣應用奠定基礎；同時實現了計量信息管理平臺和MES、管輸系統、鐵路裝車系統、公路裝車系統、績效考核系統等的集成，減少了信息孤島，實現了信息共享。

4 結束語

蘭州石化計量信息化和數字化轉型工作還有一些工作要做，下一步將集成計量和ERP 銷售系統，實現計量和銷售數據的信息共享和產銷協同，建設計量數據中心，實現計量監督、計量數據集中管理、視頻監控和衡器集中遠程操控，優化人力資源，提高效率和效能，為大型煉化企業計量數字化轉型提供先進案例。