淺談基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)電行業(yè)數(shù)字化方案

王利 陳逸麟

摘要：隨著新一代信息技術的發(fā)展，傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營方式發(fā)生了重大變革，電廠全面進入數(shù)字化時代。詳細分析了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)字化電廠解決方案，為構建數(shù)字化電廠提供參考，并思考數(shù)字化的發(fā)展方向。

關鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 數(shù)字化 大數(shù)據(jù) 云計算

隨著信息技術和人類生產(chǎn)生活交匯融合，互聯(lián)網(wǎng)快速普及，數(shù)字經(jīng)濟飛速發(fā)展，各行業(yè)數(shù)據(jù)體量呈幾何倍數(shù)增長。電力工業(yè)作為社會發(fā)展的“動力之源”，正面臨空前未有的機遇和挑戰(zhàn)。深度利用信息化技術，建設數(shù)字化電廠，實現(xiàn)兩化融合，已然成為電力行業(yè)首要考慮的目標和方向。同時，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術與工業(yè)生產(chǎn)技術深度融合，誕生出工業(yè)級互聯(lián)網(wǎng)，即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

1 數(shù)字化電廠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

1.1數(shù)字化電廠

數(shù)字化電廠的概念始于二十世紀末期，隨著國內(nèi)信息化技術浪潮和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展而逐漸引入的，可以從不同的角度可以給出不同的論述。在DL/T701-2012《火力發(fā)電廠熱工自動化術語》中，數(shù)字化電廠指電廠各級控制和管理系統(tǒng)（包括現(xiàn)場設備等基礎單元）均進入數(shù)字化后稱為數(shù)字化電廠[1]。數(shù)字化電廠是電廠數(shù)字化達到一定程度后的狀態(tài)。從電廠全壽命周期理論的角度，數(shù)字化電廠應包括項目前期、設計、建設、運營、退役等各個過程的數(shù)字化。綜上所述，數(shù)字化電廠不是一成不變的概念，而是一個隨著技術進步不斷豐富其內(nèi)涵的動態(tài)理論概念。

從電廠生產(chǎn)和管理流程及實現(xiàn)的目標出發(fā)，可將其整個活動劃分為四層體系架構，即現(xiàn)場采集層、過程控制層、生產(chǎn)管控層、決策管理層?，F(xiàn)場采集層包括現(xiàn)場總線設備，智能檢測儀表與執(zhí)行機構 ，以及其它先進檢測設備（如在線分析儀表，視頻與安防系統(tǒng)，機器人等），該層主要功能為生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集。過程控制層是電廠控制的核心，主要包括生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的集中處理，自啟停控制技術等。

歸納概括數(shù)字化電廠的特點主要包括信息化、數(shù)字化、可視化、模型化、標準化，另外還要充分考慮系統(tǒng)的安全體系。

1.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代通信信息技術與工業(yè)技術深度融合的結晶，通過連接機器、物、人、信息系統(tǒng)的基礎網(wǎng)絡環(huán)境，實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的全面感知、動態(tài)傳輸、實時分析，形成科學決策與智能控制，提高生產(chǎn)資源配置效率。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心要素，是鏈接工業(yè)要素的紐帶，是工業(yè)資源配置的核心力量。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是面向工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化需求，構建基于巨量數(shù)據(jù)采集、聚合、分析的服務體系，建設包括存儲、集成、訪問、分析、管理功能的使能平臺，實現(xiàn)工業(yè)技術、經(jīng)驗、知識模型化、軟件化、復用化，最終形成資源富集、多方參與、合作共贏、協(xié)同演進的制造業(yè)生態(tài)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心在于數(shù)據(jù)全面互聯(lián)進而形成智能驅動力，數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡、安全是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)兩個視角的共性基礎和支撐。

“數(shù)據(jù)”是工業(yè)智能化的基礎驅動力，包括數(shù)據(jù)采集互換、匯集處理、分析建模、優(yōu)化決策和控制反饋等功能應用，通過巨量數(shù)據(jù)的采集交換、數(shù)據(jù)異構處理、大數(shù)據(jù)計算分析，進而形成企業(yè)運營的管理決策以及設備運轉的控制指令，驅動從機器設備、運營管理到商業(yè)活動的智能和優(yōu)化。

“網(wǎng)絡”是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)及工業(yè)數(shù)據(jù)傳遞互換的支撐基礎，包括基礎網(wǎng)絡的互聯(lián)體系、標準標識的解析體系和應用服務支撐體系，表現(xiàn)為通過泛在互聯(lián)的網(wǎng)絡基礎設施、健全適用的標識解析體系、集中通用的應用支撐體系。

“安全”是網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)在工業(yè)應用中的安全保障體系，包括設備安全體系、網(wǎng)絡安全體系、數(shù)據(jù)安全體系、控制安全體系、應用安全體系和安全管理體系，表現(xiàn)為通過涵蓋整個工業(yè)系統(tǒng)的安全管理體系，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和商業(yè)系統(tǒng)的全方位保護。

2 數(shù)字化電廠解決方案

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺被稱為新時代工業(yè)體系的“操作系統(tǒng)”。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)字化電廠解決方案是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在發(fā)電行業(yè)的 “開花結果”，實現(xiàn)應用場景具體化。

數(shù)字化電廠解決方案包括數(shù)據(jù)采集層、平臺層、應用服務層三大部分。數(shù)據(jù)采集層包括接入設備，網(wǎng)關，實現(xiàn)現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)的匯集與本地應用。平臺層即PaaS層集成基礎環(huán)境，數(shù)據(jù)清洗，大數(shù)據(jù)分析等。應用服務層即SaaS層主要包括智能輔助決策、運營優(yōu)化服務等。數(shù)字化電廠平臺架構圖見圖1。

借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，數(shù)字化電廠方案解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)營模式下的不利因素，提高了生產(chǎn)效率。

在設備維護場景中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺結合設備歷史數(shù)據(jù)與實時運行數(shù)據(jù)，構建數(shù)字模型，及時監(jiān)控設備運行狀態(tài)，并實現(xiàn)設備預測性維護。

在能耗管理場景中，基于現(xiàn)場能耗數(shù)據(jù)的采集與分析，對設備、生產(chǎn)線、物料能效使用進行合理規(guī)劃，提高能源使用效率，實現(xiàn)節(jié)能減排。

在生產(chǎn)管控一體化場景中，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進行業(yè)務管理系統(tǒng)和生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)集成，實現(xiàn)企業(yè)管理和現(xiàn)場生產(chǎn)的協(xié)同優(yōu)化。

在企業(yè)決策管理場景中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過對企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)的全面感知和綜合分析，有效支撐企業(yè)智能決策。

3 發(fā)展方向

目前發(fā)電行業(yè)處于數(shù)字化電廠的快速普及和高速發(fā)展階段，下一階段是智能化電廠，最終目標是智慧電廠。數(shù)字化電廠是核心，實現(xiàn)各類基礎數(shù)據(jù)的匯集，打通信息孤島，為后續(xù)升級發(fā)展打下堅實基礎。智能電廠在數(shù)字化電廠的基礎上進行智能化融合，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、工業(yè)機器人、虛擬現(xiàn)實等新技術，實現(xiàn)高效的管控一體化并為生產(chǎn)經(jīng)營提供輔助決策；同時智慧電廠在智能電廠的基礎上，利用人工智能、機器深度學習等技術，深度挖掘企業(yè)生廠力，大幅度提高企業(yè)效率，更快更準的預測企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營情況。數(shù)字化、智能化、智慧化是電廠發(fā)展的三個不同階段，三者相互關聯(lián)，相互影響，相輔相成。

4 結論

構建數(shù)字化電廠，是一項長期、充滿挑戰(zhàn)的系統(tǒng)工程。為了建設數(shù)字化電廠，本文從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)出發(fā)，闡述了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化電廠的概念，以及兩者之間的關聯(lián)。討論了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)字化電廠設計方案。隨著社會的發(fā)展，科學技術的創(chuàng)新，數(shù)字化電廠將愈來愈智能化、智慧化。

參考文獻：

[1] 危元華，任曉東，李智，等.數(shù)字化電廠的概念及方案研究[J].電力建設，2013 （4）：52-54.

（作者單位：國電南京自動化股份有限公司1

江蘇南京熱電工程設計院有限公司2）