關(guān)于火電廠廠站智慧輔助運(yùn)行系統(tǒng)綜述

陶鑫，余德雷，印偉

（國家電投集團(tuán)協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司，江蘇 鹽城 224500）

0 引言

20世紀(jì)70年代進(jìn)入電氣自動化的時(shí)代開始，智慧電廠逐漸出現(xiàn)在人們的視野中。火電廠當(dāng)中應(yīng)用電氣自動化可以實(shí)現(xiàn)對火電廠全方位的管控，以此來對火電廠作出全面的監(jiān)控管理。在此種情況下，可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對火電廠的科學(xué)化數(shù)據(jù)管理，其中包含數(shù)據(jù)采集、信息反饋等，對于火電廠設(shè)備器械本身的自動控制、集中控制、就地控制、故障控制可以實(shí)現(xiàn)全方位的管理和控制。在現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，電廠的發(fā)展也需要進(jìn)入到數(shù)字化的時(shí)代。電廠內(nèi)部利用原始數(shù)據(jù)的積累，和電廠的DCS、SIS、ERP、MIS等多個(gè)系統(tǒng)聯(lián)合打造出一個(gè)清晰邏輯關(guān)系的數(shù)據(jù)池。借助于收集到的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分析自動判斷。對于現(xiàn)階段的電力需求來說，發(fā)電的燃料成本不斷地增加，因此需要最大限度地改善其經(jīng)營狀況，實(shí)現(xiàn)電廠的智慧運(yùn)行。借助于信息化、網(wǎng)絡(luò)化以及虛擬化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電廠全生命周期內(nèi)的企業(yè)資產(chǎn)最優(yōu)分配，以及生產(chǎn)質(zhì)量最優(yōu)控制[1]。

1 智慧電廠

在進(jìn)行智慧電廠的建設(shè)過程當(dāng)中，需要對電廠全生命周期進(jìn)行掌握了解，在現(xiàn)階段全新技術(shù)的應(yīng)用下，比如云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能算法、數(shù)據(jù)深度分析以及機(jī)器人、視頻識別等多項(xiàng)技術(shù)，來為電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)智慧化和業(yè)務(wù)管理的全面智慧化提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為發(fā)電廠本身的生產(chǎn)運(yùn)營創(chuàng)造出安全、靈活、清潔、經(jīng)濟(jì)的電力環(huán)境。智慧電廠的特點(diǎn)可以分為多個(gè)方面，第一為感知性，也就是借助于先進(jìn)的傳感測量方式手段以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，需要多電力企業(yè)的生產(chǎn)和管理過程當(dāng)中的多個(gè)方面的因素進(jìn)行分析，比如環(huán)境、狀態(tài)、位置等，以此來實(shí)現(xiàn)對其環(huán)境的多方位感知檢測。第二，對于信息融合，可以借助多個(gè)先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，比如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等，來實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)和管理過程當(dāng)中的海量數(shù)據(jù)的科學(xué)化處理分析研究，以此來對多元化的數(shù)據(jù)作出深入的融合。其三，智能化的業(yè)務(wù)融合方面，主要是利用發(fā)電這一核心業(yè)務(wù)，來借助于多個(gè)先進(jìn)算法，比如預(yù)測控制、魯棒控制、PID自整定控制等，再依靠大數(shù)據(jù)分析以及自迭代的深入學(xué)習(xí)技術(shù)來進(jìn)行多重目標(biāo)的優(yōu)化建設(shè)，對于學(xué)習(xí)、適應(yīng)、診斷以及分析為一體的智能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，為智能管理系統(tǒng)建設(shè)提供基礎(chǔ)的平臺，也可以利用模糊識別等方式對于電力生產(chǎn)經(jīng)營中關(guān)鍵指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性和內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行有效識別，以此來判斷出機(jī)組的狀態(tài)，及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。最后，對于管理控制方面，進(jìn)行智能發(fā)電和智慧管理系統(tǒng)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)聯(lián)動機(jī)制，對于各項(xiàng)指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的分配，對于企業(yè)的安全經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)最大化體現(xiàn)[2]。

在智慧電廠的建設(shè)路徑方面，需要分為幾個(gè)階段完成。第一個(gè)階段，為數(shù)字化的建設(shè)階段，對于電力企業(yè)內(nèi)部的信息數(shù)據(jù)采集工作進(jìn)行分析，根據(jù)其數(shù)據(jù)信息來最大限度地構(gòu)建出其統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的模型。針對數(shù)據(jù)來說，可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)行，以此來保證電力企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一編碼工作，與此同時(shí)還要在時(shí)間序列的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)化，以此來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集合的轉(zhuǎn)化和整合，將其數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部，建立起數(shù)據(jù)中心，比如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫和其他數(shù)據(jù)庫等，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效利用。

第二個(gè)階段，需要基于數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)完成，根據(jù)電廠情況完成廠內(nèi)無線專用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，來為物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。對于廠內(nèi)的元器件需要進(jìn)行檢測升級，其中包含多個(gè)智能化的設(shè)備，比如傳感器、執(zhí)行器等，對于周圍的環(huán)境以及設(shè)備信息可以有效獲取。在日常的運(yùn)營生產(chǎn)過程當(dāng)中，可以根據(jù)其實(shí)際情況來完成多方面的關(guān)聯(lián)，比如人與人、人與物、物與物等，保證可以在電廠內(nèi)進(jìn)行信息的收集和管理控制。

第三個(gè)階段，需要實(shí)現(xiàn)模型化的建設(shè)，基于成熟機(jī)理算法的基礎(chǔ)上，針對系統(tǒng)當(dāng)中存在的多變量進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)測，以此來根據(jù)數(shù)據(jù)建立起數(shù)據(jù)模型，為智能發(fā)電的策略發(fā)展提供必要的數(shù)據(jù)理論基礎(chǔ)，在這個(gè)過程當(dāng)中，根據(jù)企業(yè)自身的管理流程來建立相應(yīng)的管理模型。在設(shè)備廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行全景三維建模和發(fā)電機(jī)組的三維建模建設(shè)的過程當(dāng)中，可以充分借助于VR、AR、MR等技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)電廠企業(yè)內(nèi)部的安防、運(yùn)行、維護(hù)、檢修的可視化管理。

第四個(gè)階段，需要實(shí)現(xiàn)智能一體化的狀態(tài)。依托現(xiàn)代化的信息處理和通信技術(shù)對企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行信息數(shù)據(jù)資源的高度整合，充分結(jié)合DCS、PLC以及現(xiàn)場總線等設(shè)備，對電力企業(yè)的智能發(fā)電模塊進(jìn)行一體化建設(shè)。

2 智慧電廠建設(shè)

2.1 建設(shè)階段

在智慧電廠的建設(shè)方案當(dāng)中，需要實(shí)現(xiàn)全生命周期數(shù)據(jù)集成平臺的建設(shè)，其中包含了生產(chǎn)信息一體化管控平臺、三維數(shù)字化移交及三維可視化人員定位、智能終端等幾個(gè)系統(tǒng)。

在全生命周期的數(shù)據(jù)集成平臺方面，需要構(gòu)建出全生命周期數(shù)據(jù)集成平臺來實(shí)現(xiàn)電廠數(shù)據(jù)的整合，其中囊括了電廠的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、采購、維護(hù)等各個(gè)時(shí)段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及文件資料，其中還包含了電子檔案、工程數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)管理以及資產(chǎn)管理等系統(tǒng)。在數(shù)字化方面，屬于其系統(tǒng)平臺的重點(diǎn)內(nèi)容。與此同時(shí)，對于數(shù)據(jù)平臺的基礎(chǔ)建設(shè)，需要實(shí)現(xiàn)各參建部門共同構(gòu)建。電廠內(nèi)部需要實(shí)現(xiàn)信息化的交互工作，對于數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)相連接，進(jìn)行不同文檔的編號存檔，利用數(shù)據(jù)集成管理平臺統(tǒng)一存儲、分類、集成，將生產(chǎn)信息進(jìn)行一體化管控平臺的建設(shè)[3]。

在生產(chǎn)信息一體化管控平臺方面，需要借助于MIS、SIS一體化來對于設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行掌握了解，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的全面分析研究，從而對設(shè)備的可靠性進(jìn)行有效提升。借助于一體化平臺對于電廠知識和財(cái)務(wù)信息可以實(shí)現(xiàn)高度融合，促使電廠各項(xiàng)業(yè)務(wù)在協(xié)調(diào)、統(tǒng)一方面可以實(shí)現(xiàn)高度集中，為電廠奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，最終促進(jìn)電廠本身的健康穩(wěn)定發(fā)展。

針對三維數(shù)字化方面，基于智慧電廠的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，還需要在其設(shè)計(jì)、采購、施工以及安裝等多方面實(shí)現(xiàn)高效的信息溝通和共享機(jī)制，打破其傳統(tǒng)的人工制度，及時(shí)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)交流的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，保證企業(yè)內(nèi)部的工程進(jìn)展、質(zhì)量。在基于三維數(shù)字化的階段當(dāng)中，來實(shí)現(xiàn)對精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的展示，對于企業(yè)內(nèi)部的線路建設(shè)進(jìn)行三維立體展示，將其設(shè)備模型、施工信息以及其設(shè)計(jì)參數(shù)等都進(jìn)行統(tǒng)一的展示。在此種程度上，利用先進(jìn)的信息技術(shù)來對廠區(qū)內(nèi)工程自身的科學(xué)化管理進(jìn)行研究分析，有效地提升其電廠內(nèi)部的管理水平，對智慧電廠的建設(shè)信息化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可以起到有效地提升。

2.2 建設(shè)架構(gòu)

在本文當(dāng)中，主要對智慧安全系統(tǒng)進(jìn)行概述，其整體架構(gòu)如圖1所示，其中前端設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心組成了這一部分。對于前端設(shè)備來說，包含多個(gè)方面的設(shè)備，其中有視頻監(jiān)控?cái)z像頭、探測報(bào)警探頭、門禁讀卡器、設(shè)備二維條碼或射頻卡芯片等，來對廠區(qū)內(nèi)存在的區(qū)域化的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，其中包含了其視音頻、環(huán)境量、報(bào)警信息等多個(gè)數(shù)據(jù)信息，在對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和上傳的過程當(dāng)中，需要借助于數(shù)據(jù)處理的對應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)聯(lián)動上傳操作。如果需要傳輸長距離的數(shù)據(jù)，可以利用光纖來傳輸，以此來實(shí)現(xiàn)對前端音視頻信號、控制信號、報(bào)警信號等的中心上傳，在監(jiān)控中心對其進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)化和分析處理。

3 應(yīng)用功能

在智慧安全系統(tǒng)以及多項(xiàng)基礎(chǔ)性的智能技術(shù)方面，需要包含智能視頻監(jiān)視、人員定位、智能巡檢、故障診斷及趨勢預(yù)警、智能鑰匙、智能門禁、周界防護(hù)各子系統(tǒng)以及報(bào)警聯(lián)動等多項(xiàng)功能，還需要對企業(yè)的安全生產(chǎn)管理培訓(xùn)等所需要的系統(tǒng)平臺來進(jìn)行構(gòu)建，完成對智慧安全系統(tǒng)的功能的完成。在其功能方面，可以實(shí)現(xiàn)智能視頻監(jiān)視、人員定位及管理、機(jī)器人巡檢、人員移動巡點(diǎn)檢、智能鑰匙、周界防護(hù)、智能門禁、故障診斷與趨勢預(yù)警、一體化管理平臺，借助于先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)，進(jìn)行火電廠人員的定位和管理；借助于智能化的機(jī)器人內(nèi)部的多項(xiàng)技術(shù)，比如非接觸檢測技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、模式識別技術(shù)、定位技術(shù)及通信技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對周圍生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境的檢測。借助于云計(jì)算、智能信息處理等先進(jìn)技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理的理念，改進(jìn)傳統(tǒng)的門鎖管理方式，增強(qiáng)其安全性能。對于生產(chǎn)過程當(dāng)中產(chǎn)生的故障可以進(jìn)行診斷分析預(yù)警，實(shí)現(xiàn)一體化管理平臺的建設(shè)，根據(jù)大數(shù)據(jù)智能分析和診斷技術(shù)，來進(jìn)行故障模型的建立，對可能發(fā)生的故障做出預(yù)警，進(jìn)行主動性維護(hù)模式的建立，以此來實(shí)現(xiàn)對機(jī)組安全運(yùn)行條件的基礎(chǔ)保障建設(shè)。在管理平臺的建設(shè)方面，需要實(shí)現(xiàn)全面的管理，比如安全檢查記錄查詢、安全報(bào)告定期匯總、安全事故預(yù)案演練等[4]。

以智慧安全系統(tǒng)為例，系統(tǒng)通過智能視頻監(jiān)控、人員定位管理、機(jī)器人巡檢、人員移動巡點(diǎn)檢、智能門禁及智能鑰匙等系統(tǒng)提升火電廠廠站安全管理。智能視頻監(jiān)視設(shè)備布置在火電廠內(nèi)部，通過視頻設(shè)備對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)備包含多路定焦、變焦攝像機(jī)，將圖像信息采集后經(jīng)智能分析，篩除無效信息后，過濾關(guān)鍵信息，對廠站內(nèi)部重要區(qū)域、核心地帶人員出入實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)辨別煙霧、丟失物品檢測等可視化、自動化監(jiān)控功能[5]。人員定位管理，是借助uwb高精度定位系統(tǒng)，對火電廠內(nèi)工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位管理，具有抗干擾能力強(qiáng)、容錯(cuò)率高、即時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)勢。機(jī)器人巡檢，是借助人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信、識別、定位于一身的AI機(jī)器人，將機(jī)器人巡查線路設(shè)定在廠站內(nèi)核心地帶，對廠站生產(chǎn)過程中的活力機(jī)組、生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)巡查與管理，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)、記錄與處理安全隱患。人員移動巡點(diǎn)檢，即依靠廠站內(nèi)部3D立體建模、射頻識別系統(tǒng)、WIFI定位等搭建，根據(jù)火電廠具體工作流程、實(shí)際巡檢情況，人員移動巡點(diǎn)檢在管理中可開展多種業(yè)務(wù)活動，提高了火電廠管理的高效性、安全性與便捷性[6]。智能門禁與智能鑰匙，智能門禁管理主要依據(jù)uwb定位系統(tǒng)、射頻識別系統(tǒng)，對出入發(fā)電廠的人員進(jìn)行識別與記錄，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，能夠發(fā)出報(bào)警，防止意外發(fā)生；智能鑰匙則是在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)基礎(chǔ)上，對電廠熱控配電柜、電器柜等設(shè)施配備智能鎖與智能鑰匙，二者與后臺管理系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，解決了傳統(tǒng)門鎖安全性不高的問題[7]。

4 結(jié)語

綜上所述，火電廠的智慧安全系統(tǒng)當(dāng)中，需要具備多個(gè)先進(jìn)的智慧功能，對于各類的前端設(shè)備數(shù)據(jù)可以進(jìn)行一體化的管理，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)平臺的分析整合，實(shí)現(xiàn)火電廠內(nèi)部的主輔控制系統(tǒng)的聯(lián)動，比如單元機(jī)組控制系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、采暖通風(fēng)系統(tǒng)等，以此來最大限度地保障火電廠內(nèi)的設(shè)備安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)企業(yè)更大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的發(fā)揮。與此同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部的構(gòu)建方面也需要具備較大的靈活性，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠智慧安全的目標(biāo)。針對于智慧架構(gòu)方面，需要應(yīng)用全新的多方面技術(shù)，保障智慧電廠的技術(shù)可以應(yīng)用到生產(chǎn)領(lǐng)域的各方面，最終實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的增加。