石化智能装备集成与协同控制技术研究

武建超唐山三孚新材料有限公司 2026-02-19

分享到

随着石化行业装置规模不断扩大，生产过程呈现出系统耦合程度高、工艺连续性强、设备运行关联性显著等特点。空压机、工艺泵等关键动设备作为装置稳定运行的重要基础，其运行状态直接关系到装置的安全性、连续性和能源利用效率。自动化控制系统在石化装置中已得到广泛应用，但在实际运行中，多数控制策略仍以单设备、单回路为主，设备之间的协同关系考虑不足。精益生产理念强调从系统整体出发，通过消除浪费、降低波动，实现运行效率与资源利用水平的持续提升。将精益理念引入石化装置运行控制领域，要求控制模式由“局部最优”向“系统最优”转变。现有研究多集中于单台设备运行优化或局部控制策略改进，对装置内多设备之间的协同控制缺乏系统性研究。在此背景下，有必要结合石化装置工程实际，探索一种基于精益理念的智能装备集成与协同控制技术路径，实现设备运行数据的系统整合与协同利用 ^[1]。本文以氯硅烷装置为研究对象，围绕关键动设备运行数据集成与协同控制问题开展研究。

1 工程对象与数据基础

1.1 氯硅烷装置运行特点

氯硅烷装置属于典型的连续化生产装置，对公用工程系统和动设备运行稳定性依赖程度较高。装置内空压系统承担着关键气源保障功能，工艺泵组广泛分布于物料输送与循环环节，设备数量多、主备配置复杂。

1.2 关键设备运行数据构成为支撑协同控制研究，本文选取装置内空压机油泵及多台工艺泵作为研究对象，重点采集设备运行状态信号（DI）与电流参数信号（AI）。运行状态信号用于反映设备启停情况，电流信号用于表征设备运行负载特征。通过对多台主备设备运行数据的同步采集与整理，形成覆盖装置主要动设备的运行数据基础，为设备集成分析与协同控制策略设计提供数据支撑 ^[2]。

2 智能装备集成与装置树优化方法

2.1 装置树结构优化为实现设备运行数据的系统集成与协同分析，构建“装置—系统—设备—信号点”四级装置树结构。该结构以氯硅烷装置为顶层单元，在系统层面对空压系统、物料输送系统等进行功能划分，在设备层面明确主备关系及运行角色，并在信号点层面统一纳入运行状态与关键运行参数。

图 1 所示为 HiaPlant 工业互联网平台的登录界面。该平台作为装置层与管理层之间的数据集成与交互入口，承担着设备运行数据汇聚、用户权限管理以及应用功能访问等基础支撑作用。通过统一的工业互联网平台，将现场控制系统采集的设备运行状态与关键参数上传至平台，实现装置运行数据的集中管理与可视化展示。平台采用账户权限控制机制，不同用户可依据授权范围访问相应的功能模块，为后续设备运行监测、协同控制策略配置及运行分析提供安全、稳定的系统环境。该平台的应用为石化装置智能装备集成与精益化运行管理提供了可靠的信息化支撑基础 [3]。通过该结构，将原本分散在控制系统中的设备与信号点进行系统化组织，为多设备协同控制逻辑的建立提供清晰的数据结构基础。

2.2 设备运行数据集成建模

在装置树结构基础上，对设备运行状态信号与电流参数信号进行统一建模。通过将设备启停状态与运行负载特征进行关联表达，实现对设备运行工况的综合表征。该方式突破了传统单参数监控的局限，使设备运行状态由 “点状感知”向“系统感知”转变，为设备运行评估与异常识别提供可靠的数据基础 ^[4]。

图 2 展示了 HiaPlant 工业互联网平台中规则执行与分析任务的运行记录界面。该界面以时间序列方式记录了系统内各类规则配置、规则审核、规则提交以及数据分析任务的执行情况，包括执行时间、任务类型、执行内容及执行结果状态等信息。通过对规则执行过程的完整记录，实现了设备协同控制策略从配置、审核到执行全过程的可追溯管理。从记录内容可以看出，平台支持多种分析任务的自动触发与执行，如规则驱动的数据分析任务、周期性统计分析任务等，且任务执行结果状态清晰可见。这种基于规则与数据分析相结合的运行机制，使设备协同控制不再依赖人工经验判断，而是通过平台规则进行统一调度和自动执行，有效提升了装置运行管理的规范性与执行一致性。

3 协同控制策略与实现

3.1 多设备协同控制逻辑设计

基于集成后的设备运行数据，构建多设备协同控制逻辑，将主设备与备用设备纳入统一判断框架。当主设备运行负荷异常或运行状态波动超出设定范围时，系统可结合备用设备运行条件，形成联动控制策略，实现设备之间的协调切换或负荷调整 ^[5]。

图 3 展示了 HiaPlant 工业互联网平台中规则配置及审核流程的运行记录界面。该界面详细记录了规则配置、规则管理、KPI 配置以及班组配置等关键管理操作的申请、审核与生效全过程信息，包括审核状态、审核结果、审核类型、申请与审核时间以及相关操作人员等内容。通过对规则管理流程的全过程记录，实现了设备协同控制策略从配置到实施的规范化管理。从记录内容可以看出，平台采用“申请—审核—生效”的闭环管理机制，确保各类控制规则在投入运行前经过必要的审核流程，有效降低因规则配置不当而引发运行风险。这种规则审核机制不仅提升了协同控制策略实施的安全性和可靠性，也为装置运行管理提供了可追溯、可审计的管理支撑，体现了精益化运行管理对流程规范性与执行一致性的要求。

3.2 异常状态识别与联动响应通过对运行状态信号与电流参数变化特征的综合分析，建立设备异常识别规则。当设备运行状态与负载特征出现不匹配情况时，系统能够及时识别潜在异常，并触发联动响应机制。该机制有助于提前发现设备运行隐患，减少突发故障对装置连续运行的影响，提高装置运行安全性与稳定性。

图 4 展示了 HiaPlant 工业互联网平台中报警分析任务的配置与执行界面。平台通过对设备运行数据进行规则化建模，将设备运行过程中的异常状态转化为可配置的分析任务类型，包括抖动报警、瞬时报警、间歇报警、频繁报警及报警泛滥等多种报警模式。不同类型的报警任务对应不同的异常特征识别逻辑，用于刻画设备运行过程中多样化的异常行为。通过对报警分析任务的分类管理与统一执行，平台能够针对设备运行数据的波动幅度、变化频率及持续时间等特征进行综合分析，实现对异常状态的分级识别与精准响应。该机制有效避免了单一阈值报警导致的误报或漏报问题，提高了异常识别的准确性和实用性，为设备协同控制和精益化运行管理提供了重要的技术支撑。

4 应用效果与运行分析

协同控制技术在氯硅烷装置中的应用效果如图 4 所示。通过引入多设备协同控制策略，装置运行过程中设备启停波动明显减少，运行状态更加平稳，设备负载分布趋于合理。运行人员可从装置整体层面掌握设备运行状态，降低运行管理复杂度。系统化的设备运行数据为后续能效分析和检维修决策提供了可靠依据，体现出良好的工程应用价值。

图 5 展示了 HiaPlant 工业互联网平台中报警管理与分析相关的功能模块构成。平台围绕设备运行异常的识别、分类与处置需求，构建了多层级报警管理体系，包括溢流报警、陈旧报警、关联报警、Top 报警、班组报警以及类型分析等功能模块。各模块从不同管理维度对设备运行报警信息进行组织和分析，实现对异常事件的多角度刻画。通过对报警信息的分层分类管理，平台能够有效识别高频报警、长期未处理报警以及具有关联特征的复合报警事件，避免报警信息冗余对运行人员决策造成干扰。结合班组管理与交接班功能，实现报警信息在运行管理层面的有效传递与责任划分。该报警管理体系提升了异常事件处置的针对性和效率，为石化装置精益化运行管理和协同控制策略的持续优化提供了有力支撑。