基于ERP的燃煤電廠智慧企業(yè)管控一體化提升分析

趙俊杰 羅立權 史松寶 張海濱 劉 曉 楊如意 賈順杰 劉琳鴿 趙 璐 郭 峰

1.國電內(nèi)蒙古東勝熱電有限公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000

2.國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司 浙江 寧波 315800

3.國電電力發(fā)展股份有限公司 北京 100101

4.北京華電天仁電力控制技術有限公司 北京 100143

0 引言

燃煤火力發(fā)電廠基于ERP、OA、EAM等軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)重資產(chǎn)流程型工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理全流程的數(shù)字化和信息化[1-7]。但ERP等流程性的軟件系統(tǒng)缺少專家知識庫、關鍵指標對標、經(jīng)營理念嵌入、數(shù)據(jù)模型深度挖掘、業(yè)務深度融合等高端功能，尚不能滿足工業(yè)4.0、兩化融合、智慧火電廠建設的火電行業(yè)發(fā)展需要[5-11]。因此，有必要深度應用業(yè)務與績效一體化的理念、邊緣層與云端融合的理念、設備故障專家知識庫、云計算、物聯(lián)網(wǎng)感知技術、大數(shù)據(jù)建模、移動應用技術等，升級形成支撐生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營決策等高端應用的上層工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)平臺，以指導火電企業(yè)進一步防范風險、挖潛提效[9-14]。

本研究擬在燃煤火力發(fā)電廠ERP等已有信息系統(tǒng)的基礎上，搭建更高層級的智慧管控一體化平臺，通過機理算法、專家知識庫、大數(shù)據(jù)分析和挖掘等方法，提供更有價值的診斷、報警、預測和決策信息，以實現(xiàn)火電廠經(jīng)濟效益最大化。本文的分析有助于了解基于傳統(tǒng)ERP等流程型或基礎數(shù)據(jù)型信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)故障診斷、趨勢預測、健康評估、風險預控和優(yōu)化推薦等高端功能的方法和路徑，以助力實現(xiàn)火電大數(shù)據(jù)驅(qū)動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的管理價值提升。

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

能源企業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設的數(shù)字化和信息化基礎包括：集團主數(shù)據(jù)平臺、ERP系統(tǒng)、DCS數(shù)據(jù)鏡像系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)、EAM系統(tǒng)等?；痣姀S的數(shù)據(jù)來源包括：安全數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)、燃料數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)、財務經(jīng)營數(shù)據(jù)。智慧火電廠管控一體化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的技術包包括：SOA架構、J2EE技術、B/S模式和主流數(shù)據(jù)庫、圖形化操作的工作流平臺、報表平臺、柔性敏捷的二次開發(fā)平臺。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、匯總、分析、監(jiān)控、管理，實現(xiàn)生產(chǎn)和管理全業(yè)務過程的管控。

生產(chǎn)實時管控的功能放在更底層的智能發(fā)電運行控制系統(tǒng)ICS，包括：生產(chǎn)實時狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)視、故障診斷、故障報警、性能計算、設備狀態(tài)監(jiān)測、運行統(tǒng)計分析、閉環(huán)優(yōu)化等。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設內(nèi)容包括：生產(chǎn)運行管理、設備資產(chǎn)管理、項目管理、安全管理、經(jīng)營管理、燃料管理、人力資源管理、黨建紀檢管理、協(xié)同辦公管理、對標管理、績效管理、移動應用、領導駕駛艙。

(1)安全管理的內(nèi)容包括：安全目標、安全教育、應急管理、事件管理、隱患管理、重大危險源管理、風險管理、兩措管理、應急管理、安全定期工作。安全管理方面，可基于全廠可視化、風險二維碼、外委人員二維碼、人員定位、視頻智能識別、移動終端等物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術，將安全風險落實到班組，對人員實時管控，從而實現(xiàn)全廠的安全風險三級管控。環(huán)境安全的管理內(nèi)容包括：安全區(qū)域劃分、安全區(qū)域準入授權、區(qū)域危險點識別、智能風險提醒、區(qū)域設備報警推送等。人員防護的管理內(nèi)容包括：劃設作業(yè)安全邊界、作業(yè)人員定位、作業(yè)人員偏離報警、車輛軌跡偏離報警、管理人員到崗到位等。設備防護的管理內(nèi)容包括：智能操作票、檢修工作防護、巡回檢查防護、定期工作防護等。

(2)生產(chǎn)運行管理的內(nèi)容包括：值班管理、交接班管理、定期工作、運行日志、生產(chǎn)日報、化驗報告、巡檢管理等。

(3)設備資產(chǎn)管理的內(nèi)容包括：兩票管理、技術監(jiān)督、檢修管理、缺陷管理、預防性維護等。

(4)燃料管理的內(nèi)容包括：采購計劃管理、采購合同管理、入廠煤管理、計量驗收管理、質(zhì)量驗收管理、數(shù)字化煤場、結算管理、入爐煤管理、燃料統(tǒng)計等。

(5)經(jīng)營管理的內(nèi)容包括：計劃統(tǒng)計、成本管理、費用管理、指標管理、全面預算管理、財務管理、電量營銷、物資管理、合同管理、供應鏈管理、項目前期管理等。在電量營銷管理方面，對市場、大客戶、合同、電價、成本進行精細化和統(tǒng)一化管理，以增強企業(yè)適應電力市場競價上網(wǎng)、現(xiàn)貨交易、調(diào)頻調(diào)峰的能力，提高競爭力和生存能力。全面預算管理有助于實現(xiàn)事前計劃、事中控制、事后分析的預算全過程管理。

(6)績效管理的內(nèi)容包括：績效標準、績效指標、績效評測、績效監(jiān)控、績效考核、績效分析。

(7)圖1示出指標管理的內(nèi)容包括：安全類指標，運行能耗、設備狀況、環(huán)保、原料、庫存、檢修、技改等生產(chǎn)類指標，成本、財務、營銷、收入、績效等經(jīng)濟指標。

(8)領導駕駛艙是上層管理和決策的窗口，動態(tài)直觀地展現(xiàn)安全生產(chǎn)和經(jīng)營營銷動態(tài)，包括：參數(shù)異常安全報警、風險預警、數(shù)據(jù)挖掘分析、設備信息、發(fā)電信息、燃煤信息、銷售日報和周報、決策優(yōu)化建議等信息和功能。領導駕駛艙通過常見的圖表(儀表盤、溫度計、雷達圖、甘特圖等)和企業(yè)運行的關鍵指標KPI，對業(yè)務數(shù)據(jù)和工作流程可知、可視、可控、可溯，以實現(xiàn)隨時、隨地高效管理與決策。1)領導駕駛艙通過對實時數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)的融合，提供更全面、更科學的設備可靠性分析、安全性評價和經(jīng)濟性評價；2)通過人、財、物三者合一，實現(xiàn)精細化成本管理和成本實施管控；3)對生產(chǎn)過程控制，實現(xiàn)企業(yè)本質(zhì)安全管理；4)通過融入點巡檢思想的資產(chǎn)管理，對設備實施狀態(tài)檢修，優(yōu)化檢修模式；5)通過專家知識庫的積累、沉淀和應用，提高企業(yè)管控能力。

圖1 火電廠的指標分類

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的功能包括：(1)業(yè)務全過程、全參數(shù)的一體化管理。對工程建設、安全、發(fā)電運行、設備、技術監(jiān)督、燃料、檢修、物資、經(jīng)營、營銷、風險、應急、物資、人資、黨建等火電廠全業(yè)務的管理標準、模式、要求、規(guī)范與深度進行統(tǒng)一化管理。(2)移動化，利用移動終端便利性，將各項關鍵指標、業(yè)務過程通過移動終端呈現(xiàn)，形成移動端虛擬能源企業(yè)，即便出差、休假均不錯過任何信息，讓管理無處不在，指令可以從任何地點發(fā)出。(3)數(shù)據(jù)量化、推優(yōu)排序、閉環(huán)管理、過程控制、全程追溯，以快速抓住重點要點，快速反應、決策和調(diào)度，保障安全生產(chǎn)，提高發(fā)電企業(yè)績效。

2 先進管理理念

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心管理理念包括：

(1)基于四色理論實現(xiàn)色帶分級風險管控。

(2)數(shù)據(jù)的可穿透分析。智慧管控一體化平臺能實現(xiàn)對每一項數(shù)據(jù)追根溯源，從結果到業(yè)務全程追溯和穿透。在看到結果的同時，能掌握審批過程，達到集團能源企業(yè)安全生產(chǎn)業(yè)務過程留痕，形成一個完成的虛擬化、數(shù)字化能源企業(yè)。

(3)二次參數(shù)報警及系統(tǒng)性預警。

(4)對標專家知識庫。通過對標先進和標桿，找準差距，不斷優(yōu)化，以優(yōu)秀示范效應帶動企業(yè)管理效益提升。對標的業(yè)務領域包括：工程建設、市場、資本、運行績效、度電效益、燃料、檢修等。

(5)三級報警，包括嚴重告警、軟報警、預報警。建立三級報警管理體系，可隨時監(jiān)控系統(tǒng)及生產(chǎn)過程中的報警數(shù)據(jù)，篩選歸納重要的報警信息，對隨后的數(shù)據(jù)歸納、決策分析，績效考核等提供重要依據(jù)。

(6)設備生命周期管理，包括壽命趨勢預測。基于神經(jīng)網(wǎng)絡算法，對電廠重要設備進行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與預警?；跈C理算法，對設備健康度進行評估，對鍋爐四管剩余壽命進行預測和預警，以提升設備可靠性和經(jīng)濟性。

(7)形成可視化的知識圖譜，包括業(yè)務流程可視化。知識圖譜的構建需要經(jīng)過知識模型建立、知識存儲、知識抽取及知識融合輸出等階段。圖2示出自底向上的知識圖譜構建方法和流程，從開放鏈接的數(shù)據(jù)源中提取實體、屬性和關系，加入到知識圖譜的數(shù)據(jù)層；然后將這些知識要素進行歸納組織，逐步往上抽象為概念，最后形成模式層。經(jīng)由信息抽取之后的信息單元間的關系是扁平化的，缺乏層次性和邏輯性，存在大量冗余甚至錯誤的信息碎片。知識融合的作用就是將多個知識庫中的知識進行整合，形成一個知識庫的過程，在這個過程中，主要關鍵技術包括指代消解、實體消歧、實體鏈接。

(8)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)深度融合。集成物聯(lián)網(wǎng)技術，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)智能化設備防護、人員防護、安全環(huán)境創(chuàng)建、安全大數(shù)據(jù)分析，集成兩票系統(tǒng)、設備資產(chǎn)管理系統(tǒng)，強化對外包商的管理，形成基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能安防系統(tǒng)。1)基于全廠三維可視化建模、視頻監(jiān)視、熱成像監(jiān)視、智能視頻識別、廠內(nèi)道路智能測速、二維碼、5G、RFID、UWB人員定位等物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)全廠安全風險預控。2)將二維碼與設備靜態(tài)、動態(tài)臺賬數(shù)據(jù)關聯(lián)，實現(xiàn)掃描二維碼進行設備缺陷登記，后臺自動關聯(lián)工作票，減少跨專業(yè)業(yè)務人員溝通的時間成本，提高安全風險預控能力和工作效率。3)智能人臉識別系統(tǒng)，利用人臉深度學習算法，集成入口人臉人員通道管理、人臉門禁管理、人臉消費、人臉考勤等功能于一體，在辦公區(qū)與生產(chǎn)區(qū)之間設置人員通道，實現(xiàn)對進出人員的管控，并在生產(chǎn)區(qū)入口LED屏上實時展示生產(chǎn)區(qū)人數(shù)。4)在辦公區(qū)與生產(chǎn)區(qū)之間設置車輛道閘，通過采用電動擋車桿和車牌識別模塊設備的組合，實現(xiàn)設備整合聯(lián)動，對車輛的進出進行管制。內(nèi)部車輛自動放行，外部車輛預約、登記放行，有效加大企業(yè)反恐和防盜能力。5)在生產(chǎn)現(xiàn)場布置安全帽視頻智能識別檢測點，基于服務器深度學習分析，實現(xiàn)報警，并推送給工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。6)在廠區(qū)道路部署雷達測速點，限定車輛行駛最高時速，將車輛超速情況在廠區(qū)LED顯示屏上展示。7)在廠區(qū)生產(chǎn)區(qū)域部署多臺熱成像攝像機，采用熱成像算法、AGC自動增益、DDE圖像細節(jié)增強、3D降噪等技術，對蒸汽泄漏、煤炭自燃、火花等超溫進行報警。

圖2 知識圖譜的通用構建方法

3 業(yè)務主線

圖3示出基于火電企業(yè)智慧管控的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，需要打通五條業(yè)務主線，包括：運行管理、安全管理、設備全壽命周期管理、經(jīng)營和營銷、燃料全過程無人化智慧管理。

(1)基于智能發(fā)電平臺ICS的智能運行管理功能包括：智能檢測、可視化監(jiān)測、能耗計算、智能診斷、智能報警與預警、運行優(yōu)化、閉環(huán)控制優(yōu)化等。

(2)通過對振動監(jiān)控、漏液(油、酸、堿、液)檢測、漏氣(汽)檢測、粉塵檢測、音量檢測、成分分析、溫度遙感、運行專家系統(tǒng)等系統(tǒng)與視頻監(jiān)控相結合，通過專家診斷系統(tǒng)實現(xiàn)安全預測預控。

(3)為實現(xiàn)設備全壽命周期管理，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)和業(yè)務流程需包括：立項或提請需求、采購、合同管理、出入庫和倉儲管理、設備缺陷管理、設備資產(chǎn)折舊和報廢管理等。在設備維護環(huán)節(jié)，通過工單策劃、工單處理、工單狀態(tài)跟蹤、工單成本匯總進行管理?；诠蔚娜斯r間、所耗物料、資源和服務，匯總檢修、維護任務成本，進行實時成本的分析，從而將生產(chǎn)檢修與成本進行關聯(lián)，形成實時生產(chǎn)檢修維護成本匯總分析。

(4)經(jīng)營和營銷管理基于四個成本、四個電價、日利潤系統(tǒng)，實現(xiàn)競價上網(wǎng)和輔助電量交易決策。通過推薦算法和優(yōu)化策略，在現(xiàn)貨交易和調(diào)頻調(diào)峰等電力營銷中取得優(yōu)勢。

(5)國電東勝公司于2018年首次提出智慧燃料建設“六大無人燃料”的管理理念。在無人采制樣、皮帶上煤質(zhì)在線檢測、無人化驗室、數(shù)字化煤場和無人盤煤、無人斗輪機、無人輸煤系統(tǒng)、配煤摻燒與燃料的動態(tài)生產(chǎn)成本分析、燃料與財務一鍵結算等領域?qū)崿F(xiàn)燃料一體化智慧集成。

圖3 火電企業(yè)智慧管控一體化平臺的五條業(yè)務主線

4 結論

本文提出在ERP等基礎信息系統(tǒng)之上，打造更高層次的燃煤火力發(fā)電廠智慧管控一體化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，為火電廠的長周期生產(chǎn)經(jīng)營提供安全生產(chǎn)、精益管理、設備優(yōu)化、遠程診斷、分析預測及全生命周期可視化管控等高端應用功能。結果表明：

(1)智慧火電廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設內(nèi)容包括：生產(chǎn)運行、設備資產(chǎn)、經(jīng)營營銷、燃料、安全、人力資源、黨建、協(xié)同辦公、對標、績效、領導駕駛艙等。領導駕駛艙的效果包括：更實時、全面、科學的設備可靠性、安全性和經(jīng)濟性評價，精細化成本管管控，本質(zhì)安全管理，狀態(tài)檢修，專家知識庫提升企業(yè)管控能力。

(2)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的功能包括：業(yè)務全過程、全參數(shù)的一體化管理，移動化和虛擬能源，數(shù)據(jù)量化、推優(yōu)排序、閉環(huán)管理、過程控制、全程追溯。

(3)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)融入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的場景包括：全廠三維可視化建模，視頻監(jiān)視，人臉識別與門禁管理、考勤管理，安全帽智能視頻識別，跑冒滴漏智能視頻識別，熱成像監(jiān)視與超溫報警，廠內(nèi)道路雷達測速，基于電動擋車桿和車牌識別實現(xiàn)車輛出入管理，二維碼與設備臺賬管理、UWB人員定位與周界防護等，以實現(xiàn)全廠安全風險預控。