智能電站框架研究與信息化工程實踐

王曦釗，劉勝軍，王德軍，何寧

（神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京 100025）

智能電站框架研究與信息化工程實踐

王曦釗，劉勝軍，王德軍，何寧

（神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京 100025）

基于美國工業互聯網、德國工業 4.0 和我國兩化融 合國策帶來的第二產業創新發展 趨勢，從發電 企業實際出發， 闡述了國華電力關于發展智能電站 “三位一體” 建設框架的思考及以 “一控三中心” 管理模式、“APS+現場總線”數字化技術和“一體兩翼三提升”信息化建設為核心的詳細設計方案。 以此為藍圖，創新項目群管理辦法，解決了工程 實踐中的實 施內容多而復雜、關聯性強的問題，取 得 了 6 個方 面 的 初 步成果，提高 了電站整體運營水平，為發電行業智能化發展積累了經驗。

工業 4.0；智能化；發電；兩化融合

1 引言

北京國華電力有限責任公司 （以下簡稱國華電力）作為神華集團以火力發電為主營業務的全資子公司，堅持以“專業化、集約化、扁平化、信息化”為方向，努力建設世界一流的發電企業。在內外部壓力不斷加劇的經濟環境下，公司緊抓國企轉型升級的重要機遇，加強自身建設，利用先進的信息技術，改善發電業務生產關系，提高企業生產力水平，實現“數字化電站，信息化管理”，固本增效，探索企業智能化發展之路。

2 工業智能化趨勢

2008 年的金融危機引發了全球對經濟過度虛擬化的反思，世界各國普遍掀起一股重新審視和定位實體經濟的浪潮。歐美等發達地區和國家不約而同地選擇了高端制造環節和研發設計環節，希望通過技術變革和創新，在第二產業生產模式與全球布局的新一輪調整中搶占先機，力求推動全社會的結構轉型。工業化是一項宏觀的系統工程，雖然困難重重，但也充滿機遇。美國、日本、英國、德國、法國、瑞典等發達國家密集頒布了一系列的產業政策和振興計劃，加強重點領域的投資、研究和實踐，其中具有代表性且影響較大的是美國提出的工業互聯網和德國提出的工業 4.0。

美 國 通 用 電 氣 公 司 （General Electric Company，簡 稱GE）在 2012 年 提 出把互 聯 網 和工業結 合 在一起可 以 帶 來第三次產業革命，即工業互聯網。它描述了從智能裝備上升到智能系統，最后實現人的智慧決策的總體愿景，核心是人和大數據，即人在大數據的支持下，進行更加智慧的決 策［1］。在 行 業 組 織 上 ，GE 與 IBM、Cisco、Intel和 AT&T 組建工業互聯網聯盟，領導和協調美國整個工業界、學術界和政府資源。在具體應用上，GE 提出了大數據發動機、大數 據 風 電 場 ；Intel則 提 出 了 大 數 據 工 廠 的 概 念 。在 預 期 效益 上 ，GE 預測 如 果所有的 工 業 系統能 夠 有 1%的提 升 ，這1%的提升也許是效率的提升，也許是成本的下降，那么未來10 年 會 創 造 19 萬 億 美 元 的 產 值 ，相 當 于 美 國 一 年 的 產 值［2］。

德 國 工 業 4.0 的 目 標 是 建 立 一 個 高 度 靈 活 的 個 性 化和數字化的產品與服務的生產模式。 “整個系統將更加智能，聯網更加緊密，不同組件之間可以相互溝通，工作更快，反應更加迅速。物聯網、服務網以及數據網將取代傳統 封 閉 性 的 制 造 系 統 成 為 未 來 工 業 的 基 礎 ”［3］。具 體 的 路線 是 以 “信 息 物 理 系 統 ”（cyber-physical system，CPS）為 載體，構建智能工廠，進行智能生產，涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及 3D 技術在工業生產過程中的應用。德國電子電氣工業協會預 測 ，工 業 4.0 將 使工業生 產 效 率提高 30%。

我國十六大提出“以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化”，“十二五”規劃強調推進“兩化融合”，一直順應時代發展，走自主的工業化轉型之路。最近 10 年，信息 技術不斷取得新的突破，特別是社交媒體、移動互聯網、物聯網、云計算和大數據等先進技術，已經在深刻地改變著社會的各個方面，對傳統行業造成了強烈的沖擊。在新的智能化時代，如何把握機遇，構建下一代的發電企業競爭力，需要深入思考。

3 智能電站建設框架

國華電力成立之初就重視學習和運用先進的管理理念和管理工具，特別是信息化，15 年來經過起步、發展、持續優化和創新突破 4個階段，已經建立了公司范圍的廣域網和廠級局域網，信息系統基本覆蓋了基建、生產、運營、辦公等核心業務領域，實現了業務的信息化支撐。新的形勢下，國華電力提出建設“一鍵啟停、無人值守、全員值班的信息化電站”的總體戰略，確定“三位一體”的總體智能電站建設框架，如圖 1所示。

圖1 頂層設計總體框架

所謂“三位一體”，指管理模式創新、數字化基礎與信息化管理。任何一個方面的改變，都會對另外兩個方面造成影響，當自動化技術跨越式發展時，很多人力工作被替代，必然引起組織模式的變革，從而進一步引發信息化管理的聯動；當管理思想和理念出現新的潮流時，人們會主動地探索支撐這一趨勢的數字化技術和信息化手段；當信息化不斷深化、新技術快速涌現時，新的資源與價值被發現，必然會推動管理的思考與創新，更影響著數字化技術的選擇。三者聯動螺旋上升，不斷地相互匹配、相互推動，能夠讓企業不斷獲得新的競爭能力，實現可持續發展。

國華電力從業務實際出發，應用框架模型，開展示范工程建設，對 3個方面進行針對性的設計。

（1）管理模式創新：“一控三中心多終端”

“一 個控制 中心，3 個監視中心 ，多個數 據終端”是在原有主控室不變的基礎上，根據生產運營需求，將研究、分析、診斷的功能移向后臺并強化，通過信息化手段實現分析診斷中心、安全消防保衛中心、成本利潤中心所需功能，三中心圍繞生產、營運，各有側重。同時面向多終端（智能手機、平板電腦、現場手持設備等）推送數據，實現管理的隨時隨地。

主控室主要負責調度執行、運行管理，對各項生產業務進行監控分析；分析診斷中心開展機組經濟運行、狀態預判和故障重現分析，主要承載兩票執行、技術分析和演練培訓，為檢修維護人員提供設備數據庫，幫助一線管理人員全面了解設備情況，獲取專家建議，提升設備管理水平；安全消防保衛中心實現安全監控、人員識別和消防等業務工作的專業化管理和一體化管控；成本利潤中心整合電站經營、人力、財務信息，為其他中心提供人、財、物支持。

“一控三中心多終端”在組織上要通過服務外包、專業運營和集中管理實現機構精干合成和管理層級扁平，切實減員增效，達成電站管理人員 30人的設計目標。在實現上，必不可少地要借助自動化技術的提升和信息化管理手段的全面應用。

（2）數字化基礎：“APS+現場總線”

為提高機組自動化水平，一方面采用機組自啟停控制系 統 （automatic plant startupand shutdown system，APS），實現機組不同狀態下的覆蓋主輔機的全程無人干預啟停自動控制，減少人為干預機組運行；另一方面應用現場總線技術，將大量的現場設備數據傳到控制系統，實現對設備的實時監視、統計分析、故障維修／維護、歷史數據管理，在分析診斷中心實現設備遠程管理，加強數據采集能力，為管理提供更多的實時信息。

（3）信息化管理：“一體兩翼三提升”

要支撐新的業務模式，就必須充分利用數字化基礎，解決電站獨立系統發展不平衡、信息平臺不統一、數據共享不充分的問題，建設簡潔、高效、實用的信息化平臺，核心思路就是“一體兩翼三提升”。

· 一體是基礎：即建設一體化業務工作臺，將主要應用系統整合集成，為管理人員提供統一視圖，做到數據一體、平臺一體、應用一體、展現一體。

· 兩翼是補充：一個是移動作業與管理集成，另一個是消防安全保衛集成，打破地理限制，掃除視覺盲區，任何一點都是中心，隨時隨地都能工作，實踐電站的“互聯網思維”。

· 三提升是突破口：一是加強自動報送，通過就源采集、數據復用和文檔表單化，減輕例行性、重復性填報工作量，推進流程自動化；二是加強分析預判，實現經營指標的實時統計預測，加強生產數據的挖掘預警，推進管理預控化；三是加強決策支持，為領導層提供全面的數據指標、分析模型和預測結果，推進決策科學化。

4 工程實踐方法

在做好數字化技術應用的基礎上，工程實踐的重點在于管理信息化的落地。整體項目覆蓋電站的全業務領域，涉及相關的 20余個業務信息系統，涉及生產運營管理人員和外圍隊伍全部有關人員的使用，內容多而復雜，協調開展困難，實施任務艱巨。

建設工作以項目群管理辦公室（PMO）的方式推進，內部集合國華電力本部、研究院和電廠的專家骨干，外部與一流的設計院、咨詢機構、軟件廠商合作，協同工作。PMO將項目分為咨詢設計和開發實施兩大階段，建立“四縱六橫“矩陣式的組織機制，做到業務從始至終，開發緊抓主線，如圖 2所示。

“四縱”即依據“一控三中心”劃分為 4 個業務組縱貫到底。各個業務組整合業務資源，梳理業務邏輯，重組業務模式。流程方面，建立流程手冊，確定了生產、經營兩大業務域，二級業務能力 17 項，三級業務 能力 113 項，四級業務 流程 360 個，并按社會 化程度和管 控程度，設計 了核心業務 框架；制度方面 ，從 416 個 現行制度中 匹配出 189 個在崗位 工作中需要密切關注和參照執行的制度；指標方面，以 EVA價 值 體 系 為 依 據 ，設 計 流 程 指 標 292 個 、業 務 指 標 133 個 ；在此基礎上，進一步細化新的業務模式落地方式，即針對30 個核心崗位，以每一個崗位為中心，明確相對應的職責、流程、制度、指標以及設備資產負責范圍。以此為依托，4 個縱向業務組為平臺各個系統的設計、開發、實施和測試提供業務知識，保證業務邏輯的一致和延續。

“六橫”即依據“一體兩翼三提升”劃分為六大橫向主線系統組，以此為抓 手整合 20 余個底層業務系統，依據統一設計的業務架構、技術架構和應用架構，打造全面覆蓋、流程貫通、數據共享的一站式業務工作平臺。其中，實現功能 需 求 773 項 ，報表 402 份 ，自 動 化 率 和 數 據 復 用 率 達100%，文檔表單化 514 張，商 務智能分析 指標 380 個，分 析報表 177 張，移動應用 8 項，建立了涵蓋六大專業，600 余 個主要設備的設備數據庫。

圖2 “四縱六橫”矩陣式組織項目

一體化業務平臺的開發 實施采用先進的SOA 架構 ，總 體 分 為 5 層 ，如 圖 3 所 示 。最 底 層 為 專 業 應 用 ，主 要 是 核心的業務系統，包含資產管理系統 BFS++、實時數據系統PI、人財物管理系統 ERP 等 10 余個系統；次底層為技術支撐平臺，部署集成應用環境、企業服務總線、業務流程管理、數據倉庫等核心技術環境；中間層開發跨系統使用數據的綜合應用，包含了自動報表、BI主題分析及設備數據庫；次頂層與業務管理和職能劃分緊密結合，從“一控三中心”角度整合應用、移動辦公和移動作業；最頂層即展現層，為用戶提供一體化的桌面交互界面和移動交互界面。

圖3 一體化平臺技術架構

5 主要實踐成果

一是以崗位為中心的工作臺，根據部門和崗位職責，將流程、制度、績效指標相關的信息化資源有目的地提供給使用人員，既保證了全面、有效數據和應用的獲取，又確保系統和數據的安全，還進行了個性化定制，提供的都是與自己切身工作相關的內容，大大提高了效率，也提高了信息系統的實用化水平。

二是以國華電力設備數據庫為基礎，通過 KKS碼從電廠設計期、設備采購期、基本建設期到生產運營期形成價值鏈的貫通和一體化數據關聯，應用層面通過設備分類的一致性，保證了三維設計、基建管理、設備管理、故障預警、物流管理等系統的應用功能打通，設計分析診斷應用場景，實現全壽命周期管理貫通的信息化集成能力。

三是實現電廠的實時盈虧分析和預測，提高對市場變化做出快速反應的能力，便于資源配置優化和風險預控。

四是安全、消防、保衛的一體化管理，一個層面是將攝像機、消防報警設施和門禁集成到一個全廠三維平臺上進行集中管控；另一層面是將這些資源一體化聯動，與管理流程相結合，達到快速響應、及時處理的目的，提高管理效率，推動減員增效。

五是報表的自動化，通過就源輸入、數據復用，產生自動報表，方便數據追溯，保證了數據的唯一性和準確性，促進了數據的透明共享，減輕了數據報送的簡單重復勞動。

六 是 隨 時 隨 地 移 動 作 業 ，通 過 全 廠 Wi-Fi覆 蓋 、移 動應用程度開發及其與一體化業務工作臺的集成，實現廠內的移動互聯，提升現場作業和管理的便捷性。

6 結束語

通過數字化、信息化手段將發電設備、人和管理有機互聯，智能電站的探索實踐是互聯網時代、大數據時代下發電企業的軟實力和軟資產，是管理轉變與提升的抓手，支持企業融合創新，更是發電行業響應國家戰略，參與國際競爭，與歐美發達地區和國家共同創造新工業時代的重要途徑，有必要進一步深入研究，推進行業跨越式發展。

［1］ 郭 政. 德 國 “ 工 業 4.0” 對 我 國 制 造 業 發 展 的 啟 示 ［J］. 上 海 質量，2014（4）：23. GUO Z.Enlightenment of German “industrial 4.0” to China’s manufacturing industry［J］.Shanghai Quality，2014（4）：23.

［2］ 王 健. 從 全 球 制 造 業 變 革 看 工 業 4.0 的 提 出 ［J］. 世 界 科 學 ，2014（6）：5. WANG J.The view of industry 4.0：from the global revolution perspective［J］.World Science，2014（6）：5.

［3］ 王 喜 文. 工 業 4.0： 智 能 工 業 ［J］. 物 聯 網 技 術 ，2013（12）：3-4. WANG X W.Industry 4.0：intelligent industry ［J］.Internet of Things Technologies，2013（12）：3-4.

Research of smart power station framework and practice of informatization construction

WANG Xizhao，LIU Shengjun，WANG Dejun，HE Ning
Shenhua Guohua （Beijing）Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100025，China

Based on the innovative development trend brought by industrial internet in America，industry 4.0 in Germany and integration of informatization and industrialization policy in China，from the perspective of power generation enterprise，the thinking of Guohua Power on the development of “three-in-one” construction framework of smart power station，and the detailed design scheme using “one control and three management”center，the “APS+ field bus” digital technology application and “one body two wings three promotion” information construction as the core，were stated.Following this blueprint，program management approach was innovated，the problem that the implementation workis multiple，complex and strongly relevant was solved，initial results in six areas was achieved，the overall operation level of power plant was improved，and experience for the development of smart power industry in China was accumulated.

industry 4.0，smart，power generation，integration of informatization and industrialization

TN918.91

：A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016071

王曦釗（1984-），男，神華國華（北京）電力研究院有限公司信息管理中心主任工程師、高級工程師，主要研究方向為企業架構、管理信息系統、設備數據挖掘、高性能計算等。

劉勝軍（1963-），男，神華國華（北京）電力研究院有限公司信息管理中心資深顧問，主要從事發電企業信息化方面的科研與咨詢工作。

王德軍（1970-），男，神華國華（北京）電力研究院有限公司信息管理中心部門經理、高級工程師，主要從事發電企業信息化方面工作。

何寧（1979-），男，神華國華（北京）電力研究院有限公司信息管理中心部門經理、高級工程師，主要從事發電企業信息化方面工作。

2015-09-20；

2016-01-29