曹慧文 張婷

【摘 要】文章對(duì)基于工程數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的電廠智能化管理系統(tǒng)的研究和開發(fā)情況進(jìn)行了介紹，包括系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)、研究思路，說(shuō)明了系統(tǒng)的主要功能，針對(duì)不同的項(xiàng)目情況，提出了建議的實(shí)施路線。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電工程;數(shù)字化;智慧電廠;管理系統(tǒng)

【中圖分類號(hào)】TM621 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）12-0050-03

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展及發(fā)電行業(yè)對(duì)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)維水平要求的不斷提高，發(fā)電廠對(duì)業(yè)務(wù)及設(shè)備智能化管理的要求也在不斷提高。

面對(duì)能源優(yōu)化配置的新要求，“電廠智能化”已不單純是一個(gè)概念上的問(wèn)題，電廠智能化管理系統(tǒng)的建設(shè)要充分了解國(guó)家各項(xiàng)政策，全面審視國(guó)內(nèi)外的宏觀發(fā)展環(huán)境，不斷進(jìn)行技術(shù)革新，大力應(yīng)用智能化技術(shù)提高電廠管控水平，解決目前電廠面臨的各類問(wèn)題，同時(shí)要積極學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)內(nèi)外已建立智能化管理系統(tǒng)電廠的成功經(jīng)驗(yàn)，建成電廠智能化管理系統(tǒng)，確保電力企業(yè)在新形勢(shì)、新技術(shù)、新管理、新挑戰(zhàn)、新機(jī)遇背景下創(chuàng)造更大價(jià)值。

1 電廠智能化管理系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

電廠智能化管理系統(tǒng)，就是在工程數(shù)字化基礎(chǔ)上，利用過(guò)程控制系統(tǒng)積累的過(guò)程大數(shù)據(jù)，通過(guò)智能化硬件和網(wǎng)絡(luò)，基于信息物理系統(tǒng)（Cyber Phsical System，CPS）實(shí)現(xiàn)設(shè)備、數(shù)據(jù)、控制系統(tǒng)之間的橫向和縱向，以及端到端的集成整合，實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程的智能化，達(dá)到人機(jī)互聯(lián)、自動(dòng)識(shí)別、實(shí)時(shí)感知與智能控制;并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用信息和通信技術(shù)（Information and Communication Technology，ICT）實(shí)現(xiàn)電廠發(fā)電生產(chǎn)管理過(guò)程的智能作業(yè)，保證作業(yè)安全;利用各類大數(shù)據(jù)算法對(duì)電廠系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，在傳統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)視功能的基礎(chǔ)上發(fā)展到實(shí)現(xiàn)設(shè)備診斷、故障預(yù)測(cè)及控制干預(yù)，最終實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修;通過(guò)對(duì)各類型生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)集成分析，為實(shí)時(shí)決策提供數(shù)據(jù)支撐;通過(guò)建立各類設(shè)備故障問(wèn)題庫(kù)、維修方法知識(shí)庫(kù)、遠(yuǎn)程診斷專家?guī)?，?shí)現(xiàn)精益生產(chǎn);最終形成一套智能化的管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電廠的智能高效管理。

2 電廠智能化管理系統(tǒng)建設(shè)總體思路

以工程數(shù)字化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)、成熟的企業(yè)管理理念，以經(jīng)濟(jì)效益為中心、以生產(chǎn)管理為主線、以設(shè)備管控為重點(diǎn)，融合嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、云計(jì)算、移動(dòng)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，以數(shù)字化和信息化對(duì)電廠進(jìn)行全生命周期管理。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能控制和系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化，基于大數(shù)據(jù)的計(jì)算模型可以對(duì)設(shè)備異常進(jìn)行預(yù)判、報(bào)警，甚至自動(dòng)控制和調(diào)整;實(shí)現(xiàn)管理的智能決策，通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，應(yīng)用決策支持系統(tǒng)，對(duì)信息資源進(jìn)行分析和提煉，挖掘數(shù)據(jù)中的“隱性知識(shí)”，幫助解決復(fù)雜的決策問(wèn)題。

3 電廠智能化管理系統(tǒng)功能

基于先進(jìn)的設(shè)備和控制系統(tǒng)，在常規(guī)SIS、MIS的基礎(chǔ)上，在智能智慧管控上出重拳，通過(guò)全過(guò)程數(shù)字化移交、人員定位、三維建模、虛擬仿真、大數(shù)據(jù)分析、人工智能和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高度智能的管控一體化平臺(tái)。系統(tǒng)主要功能包括以下幾個(gè)方面。

3.1 三維虛擬電廠和數(shù)字化移交

工程數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)智能化的前提，通過(guò)工程數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)電廠物理對(duì)象的數(shù)字化，例如設(shè)備或設(shè)施的三維模型、空間信息、數(shù)字化參數(shù)等。

智慧電廠的數(shù)據(jù)積累始于設(shè)計(jì)階段，在建設(shè)物理電廠之前構(gòu)建虛擬電廠，通過(guò)仿真對(duì)工藝系統(tǒng)、設(shè)備選型進(jìn)行優(yōu)化，避免投產(chǎn)后的技術(shù)改造，優(yōu)化電廠投資。

設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)電廠的數(shù)字化設(shè)計(jì)，形成包括工藝、結(jié)構(gòu)、電氣等多專業(yè)的全息數(shù)據(jù)模型。在電廠設(shè)計(jì)階段，依托數(shù)據(jù)模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，避免返工;實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)控制材料數(shù)量，節(jié)省投資，降低造價(jià)。虛擬電廠還是“互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)”的基礎(chǔ)，傳承設(shè)計(jì)院三維設(shè)計(jì)成果。

基于資產(chǎn)全生命周期管理，將電廠設(shè)計(jì)期、基建期及建成后的運(yùn)維數(shù)據(jù)文檔資料放入系統(tǒng)中，與電廠三維模型建立關(guān)聯(lián)，快速定位三維模型，并查閱各種技術(shù)資料。支持的文檔格式有Office文檔、PDF文檔、圖片、視頻等。實(shí)現(xiàn)了工程全過(guò)程的數(shù)字化移交。

3.2 一體化工程編碼

通過(guò)建立統(tǒng)一的電廠標(biāo)識(shí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程從設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工到運(yùn)行維護(hù)的一體化，可以減少溝通聯(lián)絡(luò)過(guò)程中數(shù)據(jù)傳遞不一致帶來(lái)的麻煩。對(duì)電廠所有對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)一編碼的過(guò)程也是實(shí)現(xiàn)電廠所有設(shè)備、儀表、閥門等對(duì)象數(shù)字化的過(guò)程，這是實(shí)現(xiàn)基于工程數(shù)字化技術(shù)的電廠智能化系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)。

由于編碼與編碼庫(kù)是組織信息和實(shí)現(xiàn)集成的關(guān)鍵，因此需要整合目前較為分散的編碼標(biāo)準(zhǔn)，建立一套統(tǒng)一的符合工程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目管理和生產(chǎn)運(yùn)維要求的企業(yè)編碼體系和編碼規(guī)則，統(tǒng)一工程標(biāo)識(shí)編碼，建設(shè)工程材料編碼，促進(jìn)應(yīng)用系統(tǒng)的集成和深化應(yīng)用，消除信息孤島。

為滿足數(shù)字化電廠運(yùn)行和管理對(duì)設(shè)備編碼的要求，結(jié)合《電廠標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50549—2010），我們編寫了《發(fā)電工程KKS編碼實(shí)施細(xì)則》，對(duì)電廠所有系統(tǒng)和設(shè)備元件進(jìn)行詳細(xì)的編碼。KKS標(biāo)識(shí)系統(tǒng)是針對(duì)電廠設(shè)備的工藝工程、相關(guān)位置、安裝地點(diǎn)等特征相關(guān)的編碼，它難以被應(yīng)用到需要表征物性特點(diǎn)的物資編碼中，所以需要進(jìn)行物資編碼，我們以《電力行業(yè)物資編碼》為基準(zhǔn)，細(xì)化了物資編碼規(guī)則，在部件級(jí)做了必要的擴(kuò)展，形成自身的物資編碼體系。

3.3 基于CPS的三維智能主動(dòng)安全管理

電廠的安全管控主要包括設(shè)備安全和人員安全兩個(gè)方面。目前，電廠設(shè)備都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、自動(dòng)化和信息化，對(duì)于設(shè)備的安全管控在手段和機(jī)制上已經(jīng)比較成熟。但是人員安全管控一直沒(méi)有突破，目前人員安全管控仍然是離線的、被動(dòng)的和不可控的狀態(tài)，安全管理仍然采用以下方式：高度依賴于制度的培訓(xùn)和宣貫;高度依賴臨場(chǎng)人員的經(jīng)驗(yàn)、自覺性、甚至精神狀態(tài);管理手段主要是反復(fù)強(qiáng)調(diào)，以及極低比例的現(xiàn)場(chǎng)抽查;無(wú)法做到每個(gè)點(diǎn)都安裝門禁，無(wú)法控制人員流動(dòng);無(wú)法實(shí)時(shí)阻止錯(cuò)誤人員在錯(cuò)誤的時(shí)間出現(xiàn)在錯(cuò)誤的位置。

之所以保持這樣的狀態(tài)是因?yàn)槿鄙儆行У氖侄螢楝F(xiàn)場(chǎng)人員提供過(guò)程實(shí)時(shí)安全保障。只有將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、設(shè)備對(duì)象、人員任務(wù)和位置、工器具、相關(guān)的安全措施和危險(xiǎn)點(diǎn)等信息實(shí)時(shí)有機(jī)地融合為一體，才能為人員提供實(shí)時(shí)、有效、有針對(duì)性的安全保障。

通過(guò)利用電廠三維虛擬模型，應(yīng)用高精度定位技術(shù)、視頻識(shí)別技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)，集成各類設(shè)備臺(tái)賬、運(yùn)行過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、工作票、操作票、巡檢系統(tǒng)等一系列設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，可以建設(shè)一個(gè)與電廠真實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景和生產(chǎn)流程完全一致的虛擬系統(tǒng)（CPS）。在虛擬系統(tǒng)中可以加入各類的安全數(shù)據(jù)，保證各類生產(chǎn)過(guò)程的安全可控。

此外，CPS平臺(tái)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)安全防控，三維平臺(tái)更是一個(gè)生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)的統(tǒng)一前端入口，包括但不限于設(shè)備臺(tái)賬查詢和維護(hù)、缺陷登記、兩票管理、物資申請(qǐng)、巡點(diǎn)檢任務(wù)下達(dá)等功能都可以在三維虛擬電廠模型中發(fā)起。主動(dòng)安全在整個(gè)廠級(jí)應(yīng)用體系架構(gòu)作為安全主線為生產(chǎn)人員提供安全保障。

3.4 以可靠性為中心的設(shè)備維修管理（RCM）

目前，集團(tuán)各個(gè)電廠設(shè)備管理主要基于專家經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)的定檢定修模式，在電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境下，這種管理模式帶來(lái)了巨大檢維修資源和成本的浪費(fèi)。更嚴(yán)重的是，基于這種傳統(tǒng)的管理模式，企業(yè)的數(shù)字化和智能化基礎(chǔ)薄弱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0科技時(shí)代下，向數(shù)字化和智能化電廠的轉(zhuǎn)型。RCM設(shè)備優(yōu)化管理是突破以上兩個(gè)困境的核心技術(shù)體系。

RCM設(shè)備優(yōu)化管理，從管理角度看，結(jié)構(gòu)化了整個(gè)企業(yè)資產(chǎn)管理的數(shù)字化，使得多個(gè)IT系統(tǒng)的分散數(shù)據(jù)，能夠統(tǒng)一在同一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的“三預(yù)”（預(yù)測(cè)、預(yù)知、預(yù)防），在這個(gè)數(shù)字化的基礎(chǔ)上，應(yīng)用多種算法，提供設(shè)備管理專家和管理者需要的決策信息。從社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度講，RCM設(shè)備優(yōu)化管理體系，將集團(tuán)公司對(duì)國(guó)家、社會(huì)、民眾、股東承諾的設(shè)備資產(chǎn)安全運(yùn)營(yíng)、環(huán)保為重和實(shí)現(xiàn)高經(jīng)濟(jì)效益等多個(gè)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，通過(guò)一套“RAM+RCM”的軟件平臺(tái)，轉(zhuǎn)化成每類設(shè)備和每套機(jī)組的設(shè)備管理檢測(cè)和維修策略，提升了企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，同時(shí)通過(guò)提升設(shè)備檢測(cè)和維修的有效率，也提升了設(shè)備檢測(cè)和維修的投資回報(bào)。從技術(shù)角度來(lái)看，隨時(shí)間變化，設(shè)備健康狀態(tài)在變化，RCM是以設(shè)備健康狀態(tài)為中心，對(duì)設(shè)備管理檢測(cè)和維修計(jì)劃和點(diǎn)巡檢任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，智能地推薦可能的故障模式和原因，發(fā)現(xiàn)設(shè)備管理的薄弱環(huán)節(jié)，減少備品備件的積壓，實(shí)現(xiàn)基于設(shè)備狀態(tài)的維修維護(hù)。

3.5 基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的設(shè)備智能故障預(yù)警

設(shè)備智能故障預(yù)警以人工智能診斷技術(shù)為基礎(chǔ)，以高水平診斷專家?guī)鞛橐劳?，?shí)現(xiàn)發(fā)電廠系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)、部件級(jí)的故障預(yù)警分析，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備及部件可能存在的潛在故障信息，為運(yùn)行、檢修專業(yè)人員提供安全早期報(bào)警，為檢修人員確定必要的檢修措施贏得時(shí)間，實(shí)現(xiàn)潛在故障的事前預(yù)防處理，將傳統(tǒng)被動(dòng)故障事后處理改為事先主動(dòng)預(yù)防控制，防止非停事故發(fā)生。系統(tǒng)應(yīng)包含數(shù)據(jù)管理、模型創(chuàng)建及訓(xùn)練、趨勢(shì)預(yù)警、集中預(yù)警信息處理等功能，所有功能模塊及應(yīng)用基于統(tǒng)一的系統(tǒng)軟件平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)配置，采用B/S架構(gòu)，用戶數(shù)應(yīng)能滿足公司的管理需求，尤其在多用戶并發(fā)訪問(wèn)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)框架應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性，業(yè)務(wù)必須保持正確性。

該系統(tǒng)應(yīng)充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字化新興技術(shù)。在建模方式上提供豐富的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，保證系統(tǒng)的領(lǐng)先性與實(shí)用性。

3.6 智能培訓(xùn)

基于三維技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真培訓(xùn)，學(xué)員可以在逼真的仿真環(huán)境中進(jìn)行與現(xiàn)場(chǎng)幾乎完全一樣的操作，達(dá)到事半功倍的培訓(xùn)效果。此外，發(fā)揮培訓(xùn)平臺(tái)中的模型開放性和擴(kuò)展性，可以在培訓(xùn)中心建立更多機(jī)組類型和設(shè)備的仿真機(jī)，讓更多學(xué)員在身臨其境的仿真環(huán)境中獲得專業(yè)提升和經(jīng)驗(yàn)積累。本規(guī)劃分別從檢修、運(yùn)行和“兩票”培訓(xùn)3個(gè)角度提供了智能培訓(xùn)方面的建設(shè)思路。

基于虛擬現(xiàn)實(shí)火力發(fā)電機(jī)組設(shè)備檢修工藝培訓(xùn)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能培訓(xùn)考核及機(jī)組設(shè)備檢修工藝的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，并保留傳統(tǒng)的培訓(xùn)考核功能?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以利用軟件技術(shù)和平臺(tái)給受培訓(xùn)人員提供逼真的檢修環(huán)境，降低使用實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)的硬件基礎(chǔ)和費(fèi)用。

3.7 移動(dòng)一體化平臺(tái)

移動(dòng)一體化平臺(tái)是電廠一體化管控智能平臺(tái)管理系統(tǒng)建設(shè)的內(nèi)容之一，是將一體化平臺(tái)系統(tǒng)功能從桌面工作臺(tái)延伸到移動(dòng)端，將系統(tǒng)的工作任務(wù)、通知公告推送到移動(dòng)端，方便相關(guān)人員及時(shí)處理工作和接收通知。手機(jī)的便攜性使移動(dòng)工作臺(tái)更貼近使用者，第一時(shí)間以提示消息的方式提醒用戶最新的工作任務(wù)和待辦事項(xiàng)。信息中心集中個(gè)人所有正在處理中的未完成業(yè)務(wù)和尚未開始的業(yè)務(wù)，方便用戶有序地管理工作進(jìn)程。移動(dòng)待辦也為移動(dòng)審批業(yè)務(wù)提供提醒支持，主動(dòng)提示最新需要處理的審批業(yè)務(wù)，促進(jìn)各級(jí)審批流程更快地推進(jìn)。通過(guò)進(jìn)行專業(yè)化的開發(fā)，可以覆蓋所有重要的需要移動(dòng)化的業(yè)務(wù)點(diǎn)。

4 實(shí)施路線

在晉能電力集團(tuán)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和部署下，為了充分發(fā)揮集團(tuán)的資源優(yōu)勢(shì)，同時(shí)兼顧各電廠的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，建議電廠智能化工作遵循以下的實(shí)施路線。

（1）集團(tuán)級(jí)平臺(tái)應(yīng)用和廠級(jí)應(yīng)用同步建設(shè)。在集團(tuán)統(tǒng)一規(guī)劃框架下，集團(tuán)級(jí)智能化平臺(tái)和廠級(jí)智能化平臺(tái)建設(shè)可以同步建設(shè)實(shí)施，以便固化和細(xì)化整體規(guī)劃的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在建設(shè)過(guò)程中不斷完善數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)信息縱向集成和橫向一體化、業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)全面貫通。

（2）上下協(xié)調(diào)、齊心協(xié)力、分步實(shí)施、持續(xù)優(yōu)化。集團(tuán)級(jí)智能化平臺(tái)建設(shè)要基于電力集團(tuán)級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)現(xiàn)有的信息化建設(shè)現(xiàn)狀，采用逐步過(guò)渡的方式升級(jí)到統(tǒng)一的集團(tuán)大數(shù)據(jù)平臺(tái)中;各電廠可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的子項(xiàng)目分步開展建設(shè)，并在不違反整體規(guī)劃的前提下體現(xiàn)一定的電廠個(gè)性和特色，更好地滿足電廠級(jí)的各項(xiàng)工作需求。

（3）廠級(jí)建設(shè)的實(shí)施建議：集團(tuán)統(tǒng)一規(guī)劃的智能化管理系統(tǒng)架構(gòu)及功能應(yīng)用。對(duì)于正處于基建期的新建電廠，要統(tǒng)一按集團(tuán)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)開展智能化立項(xiàng)和建設(shè);對(duì)于基建已完成新投運(yùn)的電廠并已經(jīng)實(shí)施信息化相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)的電廠，需對(duì)照集團(tuán)整體規(guī)劃，將現(xiàn)有系統(tǒng)升級(jí)達(dá)到規(guī)劃中的廠級(jí)建設(shè)基本要求，同時(shí)能夠滿足集團(tuán)規(guī)劃中的標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)規(guī)范要求;對(duì)于已經(jīng)具有信息化基礎(chǔ)且運(yùn)行期在2～10年的電廠，需要參照規(guī)劃選擇重要模塊有側(cè)重地逐步改造和更新，以最終達(dá)到集團(tuán)規(guī)劃的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

目前，系統(tǒng)的規(guī)劃和方案設(shè)計(jì)工作已經(jīng)完成，下一步將在試點(diǎn)工程中全面開展項(xiàng)目實(shí)施工作。

5 結(jié)語(yǔ)

電廠智能化管理系統(tǒng)是電廠向信息化、智能化發(fā)展的必然階段。通過(guò)建設(shè)電廠智能化管理系統(tǒng)，利用設(shè)備智能監(jiān)控技術(shù)和智能化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電廠運(yùn)行過(guò)程的數(shù)據(jù)集成和智能處理，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行流程可視化、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程高度自控，并避免和減少了人工干預(yù)，從而構(gòu)建一個(gè)高效節(jié)能的、運(yùn)行優(yōu)化的、環(huán)境舒適的人性化智能電廠。智能化管理系統(tǒng)的建設(shè)可以使電廠運(yùn)行更安全、更高效、更綠色、更經(jīng)濟(jì)，必將在電廠生產(chǎn)運(yùn)維中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

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