水電廠智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

殷召生

（南京佰思智能科技有限公司，江蘇 南京 210012）

在當(dāng)前水電廠運(yùn)行值班過(guò)程中簡(jiǎn)報(bào)數(shù)量繁多，運(yùn)行參數(shù)多，運(yùn)行監(jiān)盤(pán)容易出現(xiàn)信息閱讀遺漏；并且工作人員在工作中需要進(jìn)行參數(shù)監(jiān)視、畫(huà)面切換、運(yùn)行抄表、值班日志填報(bào)等，特別是機(jī)組、閘門(mén)操作和調(diào)節(jié)時(shí)工作量顯著增多，這在增加工作人員工作量的同時(shí)也造成了一些安全隱患。因此，開(kāi)發(fā)智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)非常必要。

1 電廠智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目標(biāo)與任務(wù)

1.1 開(kāi)發(fā)目標(biāo)

通過(guò)水電站智能監(jiān)盤(pán)平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)如下具體目標(biāo)：通過(guò)智能監(jiān)盤(pán)管理平臺(tái)，綜合分析機(jī)組信息、設(shè)備狀況等元素，提高輔助決策能力和運(yùn)維水平；促進(jìn)管理方式變革，提高管理效率，以網(wǎng)絡(luò)化、信息化、數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，通過(guò)WEB、移動(dòng)終端APP、智能監(jiān)盤(pán)、智能報(bào)表、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等的使用，減少運(yùn)維人員工作負(fù)擔(dān)，提升安全生產(chǎn)管理水平。

1.2 建設(shè)任務(wù)

基于水電監(jiān)控的系統(tǒng)現(xiàn)狀，為達(dá)到智能監(jiān)盤(pán)的建設(shè)的目標(biāo)，需要完成以下任務(wù)：

（1）實(shí)現(xiàn)跨安全分區(qū)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

（2）數(shù)據(jù)共享和存儲(chǔ)平臺(tái)(為其他系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口）?？梢越o其他系統(tǒng)（如生產(chǎn)管理系統(tǒng)、ERP）提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史報(bào)表數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)共享方式有：OPC UA 、Webservice、畫(huà)面組件共享。

（3）智能告警功能模塊（告警信息智能組態(tài)、短信、電話(huà)、釘釘、微信、Email 等發(fā)送模塊、報(bào)警信息統(tǒng)計(jì)分析）。所有的告警信息不采用單點(diǎn)判斷，而是采用綜合的腳本計(jì)算方式產(chǎn)生告警信息，告警信息可通過(guò)各種方式推送，如電話(huà)、短信、微信、聲光等，同時(shí)還可以進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)、過(guò)濾查詢(xún)和生成報(bào)表等。

（4）數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析模塊。實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組和輔助設(shè)備特定工況下數(shù)據(jù)對(duì)比、分析，從縱向和橫向判斷分析設(shè)備的健康狀況，如機(jī)組檢修前后瓦溫的高低比較，輔助設(shè)備啟動(dòng)次數(shù)和運(yùn)行時(shí)間的分析和比較。

（5）基于web 的數(shù)據(jù)展示和分析。通過(guò)個(gè)人電腦等通過(guò)局域網(wǎng)或公網(wǎng)可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)方式監(jiān)視電廠的所有的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)；畫(huà)面可以與中控室監(jiān)控系統(tǒng)的畫(huà)面一致。

（6）智能報(bào)表功能模塊（報(bào)表自動(dòng)生成PDF，自動(dòng)Email 發(fā)送）。系統(tǒng)可以自動(dòng)生成各種生產(chǎn)報(bào)表，報(bào)表可以自動(dòng)保存為pdf 或Excel 格式。同時(shí)可以定時(shí)的通過(guò)Email 方式發(fā)送到相關(guān)人員的郵箱。

（7）自動(dòng)交接班模塊。自動(dòng)生成交接班記錄，自動(dòng)把值班過(guò)程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)填入MIS 系統(tǒng)中。

2 水電廠智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

水電智能管理系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)展示了功能設(shè)計(jì)的主要思想，指明了建設(shè)的具體內(nèi)容、各個(gè)組成部分之間的關(guān)系以及它們?cè)趹?yīng)用體系框架中的位置。

總體功能是在“統(tǒng)一規(guī)劃、融合設(shè)計(jì)、分步實(shí)施、注重實(shí)效”指導(dǎo)思想下，基于統(tǒng)一的硬件網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)，搭建大集中的過(guò)程控制系統(tǒng)層，集成生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在滿(mǎn)足系統(tǒng)安全策略的前提下，應(yīng)用功能分為以下部分：①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集；②基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)；③WEB 展示功能模塊；④智能報(bào)警功能模塊；⑤智能報(bào)表模塊；⑥系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)模塊；⑦智能監(jiān)盤(pán)模塊；⑧趨勢(shì)分析模塊（含設(shè)備月度運(yùn)行分析報(bào)告）。

3 水電廠智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）總體功能分析。①系統(tǒng)軟件可以查看本軟件占用CPU、內(nèi)存和硬盤(pán)使用情況，可以實(shí)時(shí)查看當(dāng)前運(yùn)行的線(xiàn)程數(shù)、當(dāng)前正在組態(tài)開(kāi)發(fā)的人數(shù)。②軟件的管理端可以查看每秒歷史數(shù)據(jù)入庫(kù)的實(shí)時(shí)數(shù)量和數(shù)據(jù)緩沖數(shù)（如果有）。③軟件的管理端可以實(shí)時(shí)查看當(dāng)前歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的連接數(shù)，正在開(kāi)發(fā)組態(tài)的客戶(hù)端和正在運(yùn)行的客戶(hù)端數(shù)量，對(duì)外通信的設(shè)備對(duì)象數(shù)量。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)需支持Oracle、Mysql、Sqlite、sql server2018 以上、mariaDB 等數(shù)據(jù)庫(kù)。④系統(tǒng)腳本需可以指定運(yùn)行在客戶(hù)端、服務(wù)器端等方式；腳本觸發(fā)方式需支持，定時(shí)、測(cè)點(diǎn)變化、消息、計(jì)劃任務(wù)、系統(tǒng)啟動(dòng)、系統(tǒng)停止、系統(tǒng)更新等方式的觸發(fā)?？梢詫?shí)時(shí)查看當(dāng)前正在運(yùn)行的腳本數(shù)量，腳本啟動(dòng)時(shí)間、腳本運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間。

（2）基礎(chǔ)支撐服務(wù)。水電智能監(jiān)盤(pán)管理平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)的模型化資源設(shè)計(jì)，提供實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)分析處理服務(wù)。作為水電公司信息化和智能化的數(shù)據(jù)源，為公司提供各種類(lèi)型的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)；在此基礎(chǔ)之上建立插件式、開(kāi)放、可擴(kuò)展動(dòng)態(tài)應(yīng)用管理平臺(tái)，將公司的各種應(yīng)用作為服務(wù)插件進(jìn)行總體整合；由服務(wù)管理程序控制各應(yīng)用服務(wù)插件的動(dòng)態(tài)裝載、事件發(fā)布、通信、異常處理等，形成各類(lèi)基礎(chǔ)應(yīng)用動(dòng)態(tài)組合，總體采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA），同時(shí)采用OPC UA 技術(shù)，為公司的各種系統(tǒng)應(yīng)用提供可靠的基礎(chǔ)管理模塊。該模塊主要具備下面一些特點(diǎn)：

①所有的應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)支持跨平臺(tái)部署，系統(tǒng)可以在Winsows、Linux 和macOS 操作系統(tǒng)下運(yùn)行；②系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)采用B/S 架構(gòu)，所有的業(yè)務(wù)（數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、畫(huà)面運(yùn)行、各類(lèi)組態(tài)功能等）皆運(yùn)行在服務(wù)器上，同時(shí)支持并行開(kāi)發(fā)維護(hù)功能，客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器可以完成數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、畫(huà)面組態(tài)、報(bào)警組態(tài)、運(yùn)行監(jiān)視等；允許不限數(shù)量的客戶(hù)端同時(shí)開(kāi)展每項(xiàng)組態(tài)開(kāi)發(fā)工作；③為方便系統(tǒng)的維護(hù)，完整的工程項(xiàng)目配置文件、數(shù)據(jù)庫(kù)配置、畫(huà)面配置、告警配置需支持一鍵導(dǎo)入和導(dǎo)出功能，數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史庫(kù)皆可支持分布式部署并可以自由擴(kuò)展不限數(shù)量的實(shí)時(shí)庫(kù)節(jié)點(diǎn)和歷史庫(kù)節(jié)點(diǎn)；每個(gè)測(cè)點(diǎn)可以自由的指定部署在哪個(gè)實(shí)時(shí)庫(kù)和歷史庫(kù)節(jié)點(diǎn)；④監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用TCP/IP 規(guī)約，透過(guò)正向物理隔離裝置傳輸?shù)絀II 區(qū)的智能告警數(shù)據(jù)服務(wù)器；⑤系統(tǒng)同時(shí)支持C/S 客戶(hù)端和B/S 客戶(hù)端的畫(huà)面的數(shù)據(jù)顯示和實(shí)時(shí)控制，允許同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)的客戶(hù)端數(shù)據(jù)不限數(shù)量，畫(huà)面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新周期不高于1.5s，所有畫(huà)面可由運(yùn)維人員組態(tài)，畫(huà)面顯示和運(yùn)行操作客戶(hù)端可以部署在Winsows、Linux和macOS 操作系統(tǒng)。

（3）告警展示及推送。告警實(shí)時(shí)信息提供運(yùn)行人員報(bào)警確認(rèn)交互操作，告警歷史信息可提供查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)分析。智能告警系統(tǒng)綜合生產(chǎn)的報(bào)警信息可通過(guò)短信、電話(huà)通知、微信公眾號(hào)等方式推送至運(yùn)維管理人員。告警推送及告警展示交互具備以下功能：

①具備告警信息通過(guò)Email 進(jìn)行發(fā)送的功能，同時(shí)也具備微信、電話(huà)、短信、聲光告警的功能；每條報(bào)警信息可以任意選擇一種或多種報(bào)警方式。每個(gè)報(bào)警的優(yōu)先級(jí)可定義劃分，推薦五個(gè)優(yōu)先級(jí)：0、診斷；1、低；2、中；3、高；4、嚴(yán)重；不用優(yōu)先級(jí)采用聲音和顏色來(lái)區(qū)分報(bào)警優(yōu)先級(jí)。為了便于區(qū)分，當(dāng)報(bào)警被確認(rèn)后，聲音及顏色也應(yīng)有明顯的變化；②使用具有報(bào)警的圖形、日志和報(bào)告功能的報(bào)警分析功能，能分析出每條告警的頻次，以便進(jìn)行策略改進(jìn)或設(shè)備故障排查；③具備報(bào)警擱置功能，報(bào)警擱置時(shí)系統(tǒng)仍然跟蹤其狀態(tài)，并在報(bào)警擱置過(guò)期前一分鐘內(nèi)向操作員發(fā)送消息，以便運(yùn)行人員可以取消報(bào)警擱置或再次擱置；④計(jì)劃報(bào)警，即按時(shí)間計(jì)劃啟動(dòng)報(bào)警條件、按時(shí)間計(jì)劃推送ONCALL 值班人員；⑤具備與報(bào)警系統(tǒng)保持雙向互動(dòng)的功能，即短信、Email 等方式的確認(rèn)功能；⑥每條報(bào)警消息的產(chǎn)生后，觸發(fā)告警流程管理模塊，以便進(jìn)行延時(shí)、重復(fù)、人員選擇等判斷，然后通過(guò)聲光、微信、短信、Emai 任意選擇一種或多種方式推送；⑦具體報(bào)警分析功能，可以分析出每條報(bào)警的頻次、持續(xù)時(shí)間；可以按照關(guān)鍵字、對(duì)象名等信息過(guò)濾篩選查詢(xún)報(bào)警信息。

（4）自動(dòng)交接班記錄。電站目前交接班時(shí)采用最原始的紙質(zhì)日志傳遞日常運(yùn)營(yíng)值班信息。為了減少交接班時(shí)間，推進(jìn)無(wú)紙化辦公、提高交接班效率，特開(kāi)發(fā)線(xiàn)上交接班日志模塊。交接班日志模塊至少要有方便運(yùn)檢人員快速錄入、快速檢索查詢(xún)、日志推送等功能。

（5）缺陷管理。系統(tǒng)通過(guò)打通生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以下缺陷管理功能：①獲取生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的缺陷工單報(bào)告，系統(tǒng)展示缺陷清單列表以及缺陷詳情；②生產(chǎn)管理系統(tǒng)中當(dāng)缺陷工單狀態(tài)變化時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)更新缺陷狀態(tài)；③系統(tǒng)填寫(xiě)缺陷工單及修改缺陷工單狀態(tài)，同時(shí)同步至生產(chǎn)管理系統(tǒng)中。

（6）設(shè)備分析報(bào)告。本模塊能自動(dòng)生成月、季、年分析報(bào)告，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整編、統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)表輸出，促進(jìn)電站專(zhuān)業(yè)管理。設(shè)備運(yùn)行分析報(bào)告在電站日常生產(chǎn)中至關(guān)重要，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、各子系統(tǒng)運(yùn)行情況、枯期設(shè)備狀態(tài)檢修具有指導(dǎo)意義，正確無(wú)誤的設(shè)備運(yùn)行分析報(bào)告是電站安全穩(wěn)定生產(chǎn)的保障。但設(shè)備運(yùn)行分析報(bào)告目前一直依靠運(yùn)行人員手動(dòng)編寫(xiě)，工作量大，過(guò)程繁雜，難免偶爾出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤；結(jié)論分析依靠專(zhuān)業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)積累和子系統(tǒng)計(jì)算分析軟件，可能存在結(jié)論分析偏差大的情況；不能保證設(shè)備分析報(bào)告準(zhǔn)確性和可靠性，也不滿(mǎn)足電站建設(shè)中風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別和智能決策管理要求，嚴(yán)重影響工作效率。

基于此，該系統(tǒng)設(shè)備分析報(bào)告模塊將提供一套設(shè)備運(yùn)行分析報(bào)告定時(shí)生成、結(jié)論自動(dòng)分析的軟件工具。利用豐富的業(yè)務(wù)函數(shù)進(jìn)行預(yù)處理，并部署定時(shí)任務(wù)服務(wù)，提升設(shè)備運(yùn)行分析報(bào)告生成速度，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和結(jié)論分析自動(dòng)化，大量減少運(yùn)行人員工作量，促進(jìn)運(yùn)行人員對(duì)數(shù)據(jù)做深入分析和挖掘，提高工作能力。

設(shè)備分析報(bào)告可根據(jù)用戶(hù)需求自由定義報(bào)告模板、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與圖形關(guān)聯(lián)。報(bào)告模板可以按日?qǐng)?bào)告、周報(bào)告、月報(bào)告、年報(bào)告的時(shí)間周期，定時(shí)生成報(bào)告，也可以根據(jù)觸發(fā)條件，即時(shí)生成報(bào)告。

報(bào)告按類(lèi)型可劃分為專(zhuān)題報(bào)告、關(guān)聯(lián)性報(bào)告、對(duì)比分析報(bào)告等。專(zhuān)題報(bào)告，針對(duì)特定的設(shè)備組織內(nèi)容，提取設(shè)備運(yùn)行的模擬量與開(kāi)關(guān)量信息，結(jié)合報(bào)表與圖形展示手段，分析設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)，如XXX 電站XF機(jī)組的開(kāi)停機(jī)統(tǒng)計(jì)等；關(guān)聯(lián)性報(bào)告，針對(duì)相關(guān)設(shè)備的信息組織內(nèi)容，展示設(shè)備相關(guān)信息的狀況，如XXX電站XF 水輪機(jī)相關(guān)信息的展示等；對(duì)比分析報(bào)告，針對(duì)同類(lèi)數(shù)據(jù)和設(shè)備組織內(nèi)容，對(duì)比同類(lèi)設(shè)備與運(yùn)行信息的差異，分析運(yùn)行趨勢(shì)，如XXX 電站XF 機(jī)組軸瓦溫度間的比較、不同機(jī)組油壓裝置的啟停間隔與次數(shù)比較等。

（7）系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)應(yīng)用。目前，各電站已均建成了工業(yè)電視系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)，但各自相互孤立，難以在開(kāi)停機(jī)、故障等事件時(shí)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)之間的有效聯(lián)動(dòng)，給電力生產(chǎn)尤其是突發(fā)事件緊急處置帶來(lái)了安全隱患。針對(duì)該問(wèn)題，研究并提出工業(yè)電視系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)與智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)平臺(tái)的聯(lián)動(dòng)策略和標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)動(dòng)接口，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控、工業(yè)電視、消防之間的高效聯(lián)動(dòng)。通過(guò)預(yù)定義聯(lián)動(dòng)模式、聯(lián)動(dòng)策略來(lái)實(shí)現(xiàn)符合日常操作習(xí)慣并符合電力安全生產(chǎn)規(guī)范的一套流程，并通過(guò)相互間標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的消息通信完成整個(gè)聯(lián)動(dòng)過(guò)程，同時(shí)可接入門(mén)禁系統(tǒng)、電纜感溫報(bào)警系統(tǒng)等其他安全防護(hù)子系統(tǒng)降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

4 水電廠智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)應(yīng)用的預(yù)期成果

水電廠智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)信息化系統(tǒng)的界限，實(shí)現(xiàn)了不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享和融合，使水電廠達(dá)成了管理網(wǎng)絡(luò)化、一體化與智慧化的目標(biāo)。

（1）功能全融合，業(yè)務(wù)全覆蓋。水電廠智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，使水電廠的生產(chǎn)業(yè)務(wù)信息實(shí)現(xiàn)了重新整合，不同模塊的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一和暢通，數(shù)據(jù)庫(kù)的共享和互融，更好地保障了數(shù)據(jù)的真實(shí)性、一致性以及同步性，進(jìn)一步降低了數(shù)據(jù)交換的故障發(fā)生率，提升設(shè)備運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

（2）降低投入成本，提升資金利用率。水電廠智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了水電廠各個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃與融合設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的軟硬件趨于統(tǒng)一，避免了不同系統(tǒng)軟硬件體系不兼容的現(xiàn)象，降低了軟硬件投入，提升了電廠資金的利用率。

（3）實(shí)現(xiàn)了電廠管理的創(chuàng)新，提升電廠整體管控水平。水電廠智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)引入了先進(jìn)的信息技術(shù)與智能化技術(shù)，提升了水電廠管理的智能化水平，將技術(shù)、人力、電廠管理進(jìn)行了集成，是企業(yè)管理思想的新突破。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在水電廠運(yùn)行管理中，通過(guò)開(kāi)發(fā)智能監(jiān)盤(pán)及輔助決策系統(tǒng)，有助于優(yōu)化電站綜合生產(chǎn)管理，提升電站安全管理能力和應(yīng)急響應(yīng)能力，推動(dòng)管理體制合理變革，提高電站設(shè)備安全運(yùn)行管理水平，最終將電站建設(shè)成為安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、友好互動(dòng)、綠色環(huán)保的水電廠。因此，水電廠管理方需要提升對(duì)智能化技術(shù)的重視程度，將智能化技術(shù)與電廠原有的監(jiān)控系統(tǒng)與水調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行融合，更好的保障水電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行，提升電廠整體效益。