火力發(fā)電企業(yè)智慧電廠建設(shè)探索與實(shí)踐

張 暉，張 勝，何云峰，于俊清*

（1.國(guó)能長(zhǎng)源漢川發(fā)電有限公司，湖北 漢川 431614；2.華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

0 引 言

智慧電廠［1-2］的本質(zhì)是信息化與智能化技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域的深度融合，主要體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、可視化、先進(jìn)測(cè)量與智能控制等技術(shù)的系統(tǒng)化應(yīng)用，其技術(shù)核心是信息融合與智能發(fā)電技術(shù)。智慧電廠的總體理念和目標(biāo)較為明確，但受原有信息化水平和可用資源的限制，目前還沒(méi)有在電廠側(cè)形成一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用架構(gòu)［3-6］。但智慧化建設(shè)絕不是等待條件，而是必須創(chuàng)造條件，要在充分整合利用現(xiàn)有資源的前提下，以實(shí)用和實(shí)效為切入點(diǎn)，用最少的投入實(shí)現(xiàn)最大的智慧。

智慧電廠建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，生產(chǎn)過(guò)程各類業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)范圍和難度有較大差異，因此，智慧電廠的建設(shè)工作必然隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展而不斷迭代，呈現(xiàn)出探索應(yīng)用、循序漸進(jìn)、全面成熟的建設(shè)趨勢(shì)［7-11］。第一，在遵循國(guó)家、行業(yè)以及上級(jí)單位的建設(shè)規(guī)范前提下，從電廠自身實(shí)際出發(fā)，努力學(xué)習(xí)和借鑒行業(yè)內(nèi)智慧化建設(shè)的發(fā)展與創(chuàng)新，充分整合和利用可用資源，提升智能化創(chuàng)新理念和建設(shè)起點(diǎn)。第二，要充分分析自身的信息化現(xiàn)狀，完善信息化基礎(chǔ)條件。上層的智慧離不開底層的支撐基礎(chǔ)，必須將主要業(yè)務(wù)納入信息化系統(tǒng)進(jìn)行完善和管理，能夠全面體系化地采集和處理各類生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，才能有效支撐業(yè)務(wù)的智慧應(yīng)用。第三，注重建設(shè)過(guò)程中的業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)，在典型業(yè)務(wù)中建立智慧標(biāo)桿，起到示范和推廣作用，而不是片面堆砌新技術(shù)。任何新技術(shù)的應(yīng)用，都應(yīng)該是服務(wù)于某個(gè)智能應(yīng)用場(chǎng)景，由點(diǎn)及面，實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)業(yè)務(wù)的智慧小閉環(huán)，從而構(gòu)建整體業(yè)務(wù)的智慧大閉環(huán)。

針對(duì)火力企業(yè)智慧電廠建設(shè)中存在的問(wèn)題［12］，本文結(jié)合國(guó)能長(zhǎng)源漢川發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)能漢川公司”）多年的探索和實(shí)踐，系統(tǒng)闡述智慧電廠的建設(shè)思路、規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)內(nèi)容及建設(shè)效果。

1 總體建設(shè)思路

根據(jù)國(guó)能漢川公司基礎(chǔ)和特點(diǎn)，智慧電廠總體建設(shè)思路如下。

1.1 堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向

智慧電廠建設(shè)一定要以解決問(wèn)題為導(dǎo)向，一定是用“智慧”的手段解決傳統(tǒng)管理方法難以解決的問(wèn)題。國(guó)電漢川公司目前面臨著電熱雙主業(yè)全面發(fā)展的歷史機(jī)遇期，同時(shí)在發(fā)展過(guò)程中也存在許多難以解決和突破的問(wèn)題，比如結(jié)構(gòu)性缺員的問(wèn)題、管理效率低下的問(wèn)題、創(chuàng)新能力不足的問(wèn)題等等，都可以嘗試用智能技術(shù)和設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)突破。

1.2 堅(jiān)持效益優(yōu)先

企業(yè)的任何管理行為和投資行為一定要突出效益優(yōu)先的原則，不管是安全效益、經(jīng)濟(jì)效益還是社會(huì)效益。智慧電廠建設(shè)決不能做嘩眾取寵、華而不實(shí)的所謂“智慧”或者“智能”項(xiàng)目，沒(méi)有效益就等同于浪費(fèi)。無(wú)人值守、少人值守改造減少了崗位，優(yōu)化了人力資源，有經(jīng)濟(jì)效益；運(yùn)行智能優(yōu)化項(xiàng)目，通過(guò)先進(jìn)算法，實(shí)現(xiàn)更快、更精準(zhǔn)的運(yùn)行調(diào)整，有經(jīng)濟(jì)效益也有安全效益；安全智能管控平臺(tái)減少，提高了安全管理效率，有安全效益，等等。這些“智慧”項(xiàng)目的推進(jìn)一定是建立在解決問(wèn)題和提升效益基礎(chǔ)上的。

1.3 堅(jiān)持技術(shù)先進(jìn)

智慧企業(yè)建設(shè)一定是以先進(jìn)的前沿技術(shù)為基礎(chǔ)，建設(shè)的項(xiàng)目要具備盡可能多的智慧化應(yīng)用特征，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、智能識(shí)別、深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)的智能化技術(shù)，驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)管理模式進(jìn)行變革，形成單項(xiàng)業(yè)務(wù)全面智慧化的標(biāo)桿借鑒效應(yīng)。在應(yīng)用方案上具備復(fù)制能力，在技術(shù)運(yùn)用上具備橫向推廣價(jià)值。應(yīng)充分參考和借鑒各行業(yè)的智慧技術(shù)，進(jìn)行創(chuàng)新性的集成應(yīng)用，需要以發(fā)展的眼光適當(dāng)?shù)爻斑\(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，以避免出現(xiàn)因技術(shù)更新導(dǎo)致系統(tǒng)快速淘汰的狀況。

1.4 堅(jiān)持循序漸進(jìn)

國(guó)能漢川公司目前沒(méi)有基建項(xiàng)目，不可能像國(guó)家能源集團(tuán)大渡河流域水電開發(fā)有限公司或者國(guó)家能源集團(tuán)宿遷發(fā)電有限公司一樣，一次性投入大量資金進(jìn)行大規(guī)模的智慧企業(yè)建設(shè)。同時(shí)，在全國(guó)范圍內(nèi)，智慧企業(yè)建設(shè)還處于摸索階段，還沒(méi)有形成一個(gè)成型的、成熟的技術(shù)路線和總體規(guī)劃。因此，只能“摸著石頭過(guò)河”，有需求、有成熟的技術(shù)應(yīng)用或者可行的技術(shù)創(chuàng)新，就大膽地進(jìn)行實(shí)施，以實(shí)用和實(shí)效為切入點(diǎn)，用最少的投入實(shí)現(xiàn)最大的“智慧”。通過(guò)實(shí)際使用效果和累積的經(jīng)驗(yàn)，在后續(xù)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)方案中完善針對(duì)性地設(shè)計(jì)，有序推廣應(yīng)用并擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

2 建設(shè)規(guī)劃與實(shí)踐

按照“問(wèn)題導(dǎo)向，效益優(yōu)先，技術(shù)先進(jìn)，循序漸進(jìn)”的總體建設(shè)思路，國(guó)能漢川公司持續(xù)在各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的智能化建設(shè)中進(jìn)行探索，按照企業(yè)的主要業(yè)務(wù)分別在智慧運(yùn)行、智慧檢修、智慧安全、智慧燃料、智慧物資、智慧管控等幾方面進(jìn)行了規(guī)劃和典型項(xiàng)目建設(shè)，取得了一定的成果和經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)規(guī)劃如圖1所示。

圖1 國(guó)能漢川智慧電廠建設(shè)規(guī)劃Fig.1 Construction planning of Hanchuan Smart Power Plant

2.1 智慧運(yùn)行

智慧運(yùn)行建設(shè)主要突出操作優(yōu)化和效益尋優(yōu)，以智慧發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，銜接電網(wǎng)體系，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)源協(xié)調(diào)互動(dòng)與策略最優(yōu)，并通過(guò)對(duì)燃燒優(yōu)化控制，最終達(dá)到安全環(huán)保約束條件下的效率最優(yōu)化。智慧運(yùn)行的應(yīng)用規(guī)劃如圖2所示。

圖2 國(guó)能漢川智慧運(yùn)行應(yīng)用規(guī)劃Fig.2 Intelligent operation application planning of Hanchuan Smart Power Plant

2.1.1 已建設(shè)的系統(tǒng)

1）MIS系統(tǒng)運(yùn)行管理模塊

主要完成運(yùn)行基礎(chǔ)業(yè)務(wù)電子化、信息化的目標(biāo)，目前已相對(duì)比較成熟完善，能夠?qū)θ粘Ｓ涗?、臺(tái)賬、績(jī)效、兩票、定期工作等進(jìn)行全面管理。

2）能損系統(tǒng)

用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電廠的運(yùn)行狀況，監(jiān)測(cè)主要參數(shù)是否運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)。

3）隔離閉鎖系統(tǒng)

運(yùn)用電子鑰匙和鎖具，并與MIS系統(tǒng)無(wú)縫集成，將設(shè)備上鎖/掛牌，閉鎖形成安全工作范圍。

2.1.2 近期規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)

智慧運(yùn)行的近期規(guī)劃主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作的智能化應(yīng)用，以及競(jìng)價(jià)輔助的高級(jí)應(yīng)用，通過(guò)圖像識(shí)別、智能操作、優(yōu)化計(jì)算，盡量降低現(xiàn)場(chǎng)人員重復(fù)工作的負(fù)荷，提升工作效率。逐步對(duì)電熱雙主業(yè)的市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)展開智慧化系統(tǒng)運(yùn)用，提高供熱自動(dòng)化控制水平和節(jié)能挖潛，滿足對(duì)電價(jià)實(shí)時(shí)成本、利潤(rùn)計(jì)算和競(jìng)價(jià)策略的需求。

1）智能供熱管控平臺(tái)

針對(duì)國(guó)能漢川公司供熱主業(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)提高熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組深度調(diào)峰背景下的運(yùn)行水平，以及進(jìn)行全廠供熱運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，達(dá)到廠級(jí)供熱效益最大化。

2）鍋爐智能吹灰系統(tǒng)

在全面監(jiān)測(cè)和量化的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)鍋爐燃燒參數(shù)的充分監(jiān)測(cè)和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)最佳吹灰策略，提高鍋爐吹灰安全性和能效最佳。

3）圖像識(shí)別智能巡檢[13-14]

針對(duì)重復(fù)而繁重的運(yùn)行巡檢工作，通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)手段代替人工記錄，保障效果的同時(shí)大幅降低巡檢工作負(fù)荷。

4）競(jìng)價(jià)輔助決策系統(tǒng)

應(yīng)對(duì)電力市場(chǎng)化的發(fā)展，解決實(shí)時(shí)成本、利潤(rùn)計(jì)算和競(jìng)價(jià)策略的需求，逐步建立實(shí)時(shí)報(bào)價(jià)系統(tǒng)。

2.1.3 遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)

遠(yuǎn)期規(guī)劃進(jìn)一步提升機(jī)組運(yùn)行管控能力，通過(guò)智能ICS平臺(tái)、運(yùn)行優(yōu)化和運(yùn)用機(jī)器人技術(shù)等，進(jìn)一步節(jié)能降耗，提升獲益能力。通過(guò)三維平臺(tái)、大數(shù)據(jù)的建設(shè)，形成全廠運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)可視化，并通過(guò)人工智能平臺(tái)實(shí)現(xiàn)成本和邊際收益的自動(dòng)快速計(jì)算和預(yù)測(cè)能力。主要有以下幾個(gè)方面：

1）機(jī)器人巡檢[15-16]

利用機(jī)器人為載體，結(jié)合圖像識(shí)別和自動(dòng)測(cè)溫等采集技術(shù)，代替人工進(jìn)行巡檢工作。

2）智能控制ICS平臺(tái)

在原來(lái)DCS 基礎(chǔ)上構(gòu)建高級(jí)智能應(yīng)用，包括智能計(jì)算、智能控制、開放應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析，在原來(lái)的APS控制基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、分析、監(jiān)控、報(bào)警。

3）智能運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)

以SIS 系統(tǒng)全面升級(jí)為基礎(chǔ)，在運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面建立更為全面和符合實(shí)際的高級(jí)計(jì)算和應(yīng)用；三維工況仿真，通過(guò)三維虛擬場(chǎng)景和仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全廠工況全模擬，可用于培訓(xùn)、指揮和輔助決策等。

4）運(yùn)行大數(shù)據(jù)

在智慧運(yùn)行建設(shè)達(dá)到較高水平時(shí)，基于全廠統(tǒng)一大數(shù)據(jù)平臺(tái)［17］，形成智慧運(yùn)行的大數(shù)據(jù)運(yùn)用，達(dá)到高級(jí)的數(shù)據(jù)綜合分析和提供關(guān)鍵決策分析的目標(biāo)。

2.1.4 實(shí)際應(yīng)用案例：智能隔離閉鎖系統(tǒng)

為防止在檢修工作未完成時(shí)，向檢修工作范圍內(nèi)釋放能量，從而對(duì)檢修人員及設(shè)備造成傷害，國(guó)能漢川公司建設(shè)了智能隔離閉鎖系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)使用智能電子鑰匙和鎖具，并與MIS系統(tǒng)進(jìn)行了無(wú)縫集成，在MIS中進(jìn)行開工作票操作時(shí)，智能隔離閉鎖系統(tǒng)同時(shí)生成檢修隔離操作票，按照工作票隔離要求的安措，將檢修區(qū)域邊界設(shè)備上鎖/掛牌，閉鎖形成安全工作范圍。智能隔離閉鎖通過(guò)智能設(shè)備和技術(shù)手段保障檢修安全區(qū)域，防止多專業(yè)、多班組人員交叉作業(yè)時(shí)的設(shè)備、人身安全問(wèn)題，保證多工作面檢修的安全。

智能隔離閉鎖由于使用了電子鎖匙和鎖具，避免了傳統(tǒng)機(jī)械鎖具的現(xiàn)場(chǎng)繁瑣操作，通過(guò)與MIS的集成，實(shí)現(xiàn)了線上數(shù)據(jù)與線下作業(yè)數(shù)據(jù)自動(dòng)同步。構(gòu)建了工作票從電子開票、安措執(zhí)行到措施恢復(fù)、設(shè)備試運(yùn)的完整智能管控閉環(huán)，在大幅提高人員設(shè)備安全的基礎(chǔ)上，有效提升了工作效率和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性。

2.2 智慧檢修

檢修以設(shè)備為主要管理對(duì)象，是電廠正常生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是目前比較依賴于人為感知和經(jīng)驗(yàn)判斷的業(yè)務(wù)過(guò)程。其智慧化建設(shè)的過(guò)程需要通過(guò)智能化設(shè)備和傳感器的應(yīng)用，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)和問(wèn)題做到全方位的泛在感知，并通過(guò)外部資料和專家輔助，借助人工智能的不斷自我學(xué)習(xí)和優(yōu)化判斷，才能達(dá)到可信、可控的良好應(yīng)用效果。國(guó)能漢川公司首先夯實(shí)全面設(shè)備數(shù)據(jù)的采集能力，通過(guò)近期規(guī)劃建設(shè)形成體系化的設(shè)備數(shù)據(jù)感知網(wǎng)絡(luò)，以支撐遠(yuǎn)期規(guī)劃的上層自我分析和決策能力。另外，在系統(tǒng)之外，還將逐步規(guī)范檢修技術(shù)的知識(shí)體系，形成以可靠性為中心的狀態(tài)檢修模式，智慧檢修的應(yīng)用規(guī)劃如圖3所示。

圖3 國(guó)能漢川智慧檢修應(yīng)用規(guī)劃Fig.3 Intelligent maintenance application planning of Hanchuan Smart Power Plant

2.2.1 已建設(shè)的系統(tǒng)

1）MIS系統(tǒng)設(shè)備和檢修管理模塊

能夠完成設(shè)備全生命周期的臺(tái)賬管理，對(duì)等級(jí)檢修、預(yù)防性維護(hù)、缺陷、工單等進(jìn)行過(guò)程化管控，并可依據(jù)故障代碼進(jìn)行一定的故障分析。

2）手機(jī)APP系統(tǒng)

通過(guò)手機(jī)應(yīng)用完成現(xiàn)場(chǎng)的缺陷、工單、W/H簽點(diǎn)等工作。已建設(shè)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和檢修過(guò)程數(shù)據(jù)的信息化、流程化和體系化，并在持續(xù)對(duì)MIS系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步集成整合故障代碼知識(shí)庫(kù)、SIS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)圖像和視頻數(shù)據(jù)，并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)主要設(shè)備張貼RFID和二維碼設(shè)備標(biāo)簽。

2.2.2 近期規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)

近期規(guī)劃建設(shè)的主要是設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)感知能力，使用專業(yè)檢測(cè)設(shè)備、智能系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)，逐步以設(shè)備代替人工進(jìn)行日常重復(fù)的數(shù)據(jù)采集和人工巡視工作。

1）精密點(diǎn)檢系統(tǒng)

以振動(dòng)、紅外、超聲等精密檢測(cè)儀器為技術(shù)手段，將設(shè)計(jì)診斷、分類診斷、綜合診斷和持續(xù)改善集成于一體。

2）鍋爐防磨防爆可視化系統(tǒng)

運(yùn)用三維可視化技術(shù)，通過(guò)對(duì)鍋爐空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行高保真模擬，全面直觀地瀏覽和掌握鍋爐狀態(tài)；圖像識(shí)別跑冒滴漏，通過(guò)視頻圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)典型的設(shè)備跑冒滴漏現(xiàn)象進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的智能自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2.2.3 遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)

遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)將進(jìn)一步提升設(shè)備數(shù)據(jù)獲取和控制能力，在前端手段上使用機(jī)器人等先進(jìn)平臺(tái)，在后端分析和展現(xiàn)上利用三維影像、深度學(xué)習(xí)、人工智能，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀況和檢修策略的全面輔助?？山梃b核電廠的成功經(jīng)驗(yàn)，不斷探索和實(shí)踐，例如以可靠性為中心的維修管理（RCM）體系，實(shí)現(xiàn)感知、輔助決策、策略優(yōu)化的PDCA循環(huán)，最終達(dá)到自我決策和自我優(yōu)化的能力。

1）智能控制ICS平臺(tái)

廠級(jí)的智能控制平臺(tái)，在原來(lái)DCS 基礎(chǔ)上構(gòu)建高級(jí)智能應(yīng)用，既是智慧運(yùn)行的內(nèi)容，也是智慧檢修的重要基礎(chǔ)；狀態(tài)檢修，通過(guò)MIS、智能ICS、圖像自動(dòng)采集等多種手段，輔以狀態(tài)檢修體系的建設(shè)，改變傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)檢修模式，形成全面狀態(tài)檢修能力。

2）機(jī)器人檢修

以機(jī)器人為載體，對(duì)適合的工作場(chǎng)所，如危險(xiǎn)性較高的工作環(huán)境等，代替人工進(jìn)行可行的檢修工作；三維檢修仿真，基于三維平臺(tái)和模擬可拆卸技術(shù)，對(duì)檢修工作進(jìn)行仿真操作。

3）人工智能預(yù)警分析

以狀態(tài)檢修技術(shù)為基礎(chǔ)，人工智能和自我學(xué)習(xí)為手段，對(duì)設(shè)備進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)預(yù)測(cè)和劣化預(yù)警。

4）檢修知識(shí)體系

以先進(jìn)的檢修理念為基礎(chǔ)，建設(shè)科學(xué)體系化的檢修知識(shí)庫(kù)。

2.2.4 實(shí)際應(yīng)用案例：等級(jí)檢修管理系統(tǒng)

電廠等級(jí)檢修項(xiàng)目?jī)?nèi)容多、工期緊，雖然實(shí)施過(guò)程需要精細(xì)化管理，但往往由于缺乏有效管理手段而難以實(shí)現(xiàn)。國(guó)能漢川公司等級(jí)檢修系統(tǒng)以項(xiàng)目模板庫(kù)為基礎(chǔ)，快速策劃和分解各類標(biāo)準(zhǔn)、非標(biāo)、技改項(xiàng)目，對(duì)項(xiàng)目策劃、啟動(dòng)、過(guò)程管控、進(jìn)度、費(fèi)用等進(jìn)行全面管理，并創(chuàng)新性地使用手機(jī)W/H現(xiàn)場(chǎng)簽點(diǎn)系統(tǒng)，通過(guò)W/H簽點(diǎn)的各方現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，把握每個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施質(zhì)量、進(jìn)度，并實(shí)時(shí)更新到各個(gè)項(xiàng)目中。

通過(guò)該系統(tǒng)的使用，實(shí)現(xiàn)了等級(jí)檢修的全面電子化和信息化，以全面的電子數(shù)據(jù)代替了原來(lái)不全面的手工記錄，等級(jí)檢修數(shù)據(jù)的有效積累，對(duì)遠(yuǎn)期的檢修體系和智能輔助有重要的基礎(chǔ)作用。手機(jī)APP簽點(diǎn)的運(yùn)用，能夠?qū)γ恳粋€(gè)質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)管理，并現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)和圖像，避免了簽點(diǎn)工作的隨意性和不嚴(yán)謹(jǐn)。

2.3 智慧安全

安全管控是電廠的生命線，也是智慧電廠建設(shè)中的重點(diǎn)關(guān)注業(yè)務(wù)之一［18-19］。通過(guò)對(duì)人員身份識(shí)別、行為識(shí)別、事件識(shí)別，結(jié)合對(duì)工作和位置的識(shí)別，以智能設(shè)備和遠(yuǎn)程監(jiān)控代替人工進(jìn)行管控和巡查，強(qiáng)制安全措施的執(zhí)行，對(duì)不符合安全要求的人員和事件進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警；對(duì)全廠區(qū)域安全進(jìn)行智能管控，對(duì)非法進(jìn)入、非授權(quán)區(qū)域進(jìn)入進(jìn)行識(shí)別和報(bào)警；對(duì)設(shè)備安全事件進(jìn)行識(shí)別，對(duì)設(shè)備自動(dòng)采集到的故障、跑冒滴漏等現(xiàn)象進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。智慧安全的應(yīng)用規(guī)劃如圖4所示。

圖4 國(guó)能漢川智慧安全應(yīng)用規(guī)劃Fig.4 Intelligent security application planning of Hanchuan Smart Power Plant

2.3.1 已建設(shè)的系統(tǒng)

1）MIS系統(tǒng)的安全監(jiān)督信息化模塊

實(shí)現(xiàn)了高風(fēng)險(xiǎn)工作許可、外包工程安全管理、隱患排查治理、應(yīng)急管理、文明生產(chǎn)自評(píng)價(jià)等10 余項(xiàng)安監(jiān)業(yè)務(wù)的全過(guò)程管控。

2）班組管理終端系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)了班組安全、技術(shù)、管理各項(xiàng)業(yè)務(wù)至下而上的可視化、數(shù)據(jù)集成化，并通過(guò)圖像、視頻為主代替了原來(lái)以文字為主的日常管理。

3）安全培訓(xùn)云平臺(tái)

建設(shè)了完善的入廠安全培訓(xùn)軟硬件環(huán)境，以及適合電廠實(shí)際的云培訓(xùn)系統(tǒng)。

4）智能門禁系統(tǒng)

視頻監(jiān)控、智能準(zhǔn)入和電子圍欄，針對(duì)廠區(qū)安保，通過(guò)人臉識(shí)別、電子抓拍和全面視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了人員授權(quán)可控、軌跡跟蹤、違規(guī)報(bào)警等各類安防類應(yīng)用。

5）高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域無(wú)人值守

實(shí)現(xiàn)了高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)智能設(shè)備值守規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了油庫(kù)區(qū)域人員24 h進(jìn)出的安全措施全過(guò)程自動(dòng)管控，釋放了原有的值守人員。氫站的無(wú)人值守正在建設(shè)之中。

2.3.2 近期規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)

1）智能安防集控

進(jìn)一步全面集成已有的安全類數(shù)據(jù)和視頻圖像資源，進(jìn)行深度的安全分析和行為控制，實(shí)現(xiàn)全廠安全聯(lián)動(dòng)。

2）不安全行為智能識(shí)別

實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)兩穿一戴、吸煙等安全措施和不安全行為的自動(dòng)識(shí)別。近期規(guī)劃建設(shè)內(nèi)容主要是提升安全管控的智能化，進(jìn)一步減少人工介入。

2.3.3 遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)

1）人員實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)

通過(guò)UWB、窄帶技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示人員的定位系統(tǒng)，并能與全廠相關(guān)各類業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)；三維安全虛擬場(chǎng)景，以全廠三維平臺(tái)為基礎(chǔ)，將人、設(shè)備、建筑、攝像等全面顯示在其中，可全面實(shí)時(shí)觀測(cè)和評(píng)價(jià)安全現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)全廠安全立體可視化。

2）人工智能安全評(píng)估

建立可深度學(xué)習(xí)的安全評(píng)估和預(yù)警模型，對(duì)全廠各區(qū)域?qū)崟r(shí)進(jìn)行評(píng)估，揭示各類風(fēng)險(xiǎn)因素與安全狀況的實(shí)時(shí)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)智能化預(yù)警。

3）安全管控中心

基于全面安全數(shù)據(jù)集成，以及構(gòu)建的三維安全場(chǎng)景，建立管控指揮中心，實(shí)現(xiàn)多安全崗位統(tǒng)一值守，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度指揮。遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)主要實(shí)現(xiàn)相關(guān)安全類業(yè)務(wù)的聯(lián)動(dòng)，全面集成各類安全數(shù)據(jù)，在二維GIS地圖和三維虛擬場(chǎng)景進(jìn)行可視化展現(xiàn)，達(dá)到智能評(píng)估安全等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，多崗位統(tǒng)一值守和指揮控制的目標(biāo)。

2.3.4 實(shí)際應(yīng)用案例：油庫(kù)無(wú)人值守系統(tǒng)

油庫(kù)無(wú)人值守系統(tǒng)是一個(gè)比較典型的安全應(yīng)用類案例，通過(guò)以智能設(shè)備代替人，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守和油庫(kù)區(qū)域的安全管控閉環(huán)。油庫(kù)是重要高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，進(jìn)入工作時(shí)必須按照制度進(jìn)行安全措施準(zhǔn)備和登記，包括登記工作內(nèi)容、告知安全風(fēng)險(xiǎn)、釋放靜電、存放火種等。無(wú)人值守模式通過(guò)語(yǔ)音引導(dǎo)、人臉識(shí)別、行為識(shí)別等技術(shù)手段，強(qiáng)制性地規(guī)范人員進(jìn)出行為，確保安全預(yù)防措施的執(zhí)行。系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)門禁控制、自動(dòng)值守機(jī)（ADM）、行為識(shí)別模塊、違規(guī)抓拍、應(yīng)急控制、視頻監(jiān)控、集控大屏等組成。

該系統(tǒng)具備國(guó)能漢川公司智慧電廠建設(shè)思路的典型特征，一是實(shí)現(xiàn)了以智能設(shè)備代替人的簡(jiǎn)單工作，原有的4名值守人員得以釋放，顯著減員增效；二是具備多種智能化應(yīng)用特征，如智能門禁、人臉跟蹤、行為識(shí)別等，確保安全管控水平提升；三是體現(xiàn)了業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的智能化應(yīng)用探索，分項(xiàng)運(yùn)用成熟技術(shù)，集成為創(chuàng)新性智能應(yīng)用場(chǎng)景；四是形成了標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用方案，目前已開始在氫站進(jìn)行建設(shè)，技術(shù)應(yīng)用上為其它智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)提供了重要借鑒作用。

2.4 智慧燃料

燃料管理是火力發(fā)電企業(yè)的核心管理之一，燃料成本占發(fā)電成本85%左右，高效、廉潔是智慧燃料的出發(fā)點(diǎn)。智慧燃料建設(shè)需要涵蓋燃料自入廠至入爐全過(guò)程所涉及的前端設(shè)備及系統(tǒng)的接口數(shù)據(jù)交互、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及運(yùn)行過(guò)程控制，同時(shí)結(jié)合燃料信息管理及配煤摻燒管理，實(shí)現(xiàn)燃料的計(jì)劃、調(diào)運(yùn)、合同、自動(dòng)結(jié)算、優(yōu)化燃燒等，并逐步形成各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、無(wú)人化，以減少可能的人為干預(yù)，形成智慧燃料管理體系。智慧燃料的應(yīng)用規(guī)劃如圖5所示。

圖5 國(guó)能漢川智慧燃料應(yīng)用規(guī)劃Fig.5 Intelligent fuel application planning of Hanchuan Smart Power Plant

2.4.1 已建設(shè)的系統(tǒng)

1）燃料智能化系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)了燃料前端設(shè)備的無(wú)人化作業(yè)及高集成度的設(shè)備管控，是燃料全過(guò)程管控的核心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)。系統(tǒng)具有設(shè)備多、點(diǎn)位多、接口多、集成度高、系統(tǒng)復(fù)雜等特點(diǎn)，將計(jì)劃、采購(gòu)、采制化、統(tǒng)計(jì)和分析等日常業(yè)務(wù)需求集中在統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行完整實(shí)現(xiàn)。

2）配煤摻燒系統(tǒng)

提供基于機(jī)器學(xué)習(xí)的決策支持，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法解決電廠燃料形勢(shì)緊張、煤種復(fù)雜多變和因煤質(zhì)差導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定性降低等問(wèn)題。

3）軌道衡、新溝聯(lián)無(wú)人值守

以智能設(shè)備代替人工進(jìn)行相應(yīng)的崗位值守，通過(guò)將日常人工作業(yè)流程定制在設(shè)備聯(lián)動(dòng)操作中，實(shí)現(xiàn)更為可靠規(guī)范的無(wú)人化作業(yè)流程。

2.4.2 近期規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)

1）機(jī)器人巡檢及輸煤系統(tǒng)智能化

以巡檢機(jī)器人為平臺(tái)，具有路徑自主規(guī)劃并融合在線控制功能，在授權(quán)后能對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，具備對(duì)各類輸煤系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。包括煤倉(cāng)監(jiān)測(cè)，輸煤皮帶堵煤、漏煤、跑偏監(jiān)測(cè)，皮帶缺陷監(jiān)測(cè)，周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)，聲音監(jiān)測(cè)等，實(shí)現(xiàn)輸煤設(shè)備的全面自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集。

2）斗輪機(jī)無(wú)人作業(yè)、翻車機(jī)無(wú)人值守使用成熟技術(shù)，運(yùn)用智能控制設(shè)備改造，將原有人工作業(yè)改造為遠(yuǎn)程操控和自動(dòng)化流程。

3）無(wú)人化驗(yàn)室

使用各類智能化驗(yàn)設(shè)備，將人工化驗(yàn)流程定制在設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)作中，避免人為錯(cuò)誤。

4）數(shù)字化煤場(chǎng)

通過(guò)定位技術(shù)、無(wú)線射頻技術(shù)、數(shù)據(jù)疊加等技術(shù)從斗輪機(jī)、皮帶秤、原煤倉(cāng)等設(shè)備實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，以三維數(shù)字化煤場(chǎng)方式展示，從而能夠及時(shí)掌握煤場(chǎng)的動(dòng)態(tài)存貯情況。

2.4.3 遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)

1）燃料大數(shù)據(jù)

基于全廠大數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)全面采集的燃料數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和運(yùn)用，揭示燃料使用現(xiàn)狀與各因素的內(nèi)在聯(lián)系。

2）燃料AI輔助決策

通過(guò)燃料大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，并結(jié)合運(yùn)用外部的燃料市場(chǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)和自我優(yōu)化，持續(xù)對(duì)燃料全過(guò)程所存在的問(wèn)題、變化做出反應(yīng)，并提出決策建議。

2.4.4 實(shí)際應(yīng)用案例：輸煤系統(tǒng)智能巡檢

系統(tǒng)主要由智能巡檢設(shè)備、傳感器檢測(cè)、視覺(jué)與圖像監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)通訊等以及軌道智能巡檢設(shè)備控制管理等組成。系統(tǒng)通過(guò)智能化巡檢機(jī)器人、煤倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、皮帶堵煤漏煤跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、皮帶撕裂缺陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、主要驅(qū)動(dòng)設(shè)備溫度/振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、異常設(shè)備噪音聲音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煙霧、粉塵濃度環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等技術(shù)手段和智能設(shè)備，以智能巡檢設(shè)備的自動(dòng)在線監(jiān)控替代人工現(xiàn)場(chǎng)巡檢、監(jiān)護(hù)操控模式，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)配煤上倉(cāng)監(jiān)視、操作監(jiān)護(hù)，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)人力資源配置，提高輸煤系統(tǒng)的作業(yè)效率及安全性。

2.5 智慧物資

物資供應(yīng)是生產(chǎn)正常進(jìn)行的重要保障之一，隨著集團(tuán)化電子商務(wù)建設(shè)和財(cái)務(wù)集中管控的不斷深化，在火電廠物資供應(yīng)鏈中，首先要實(shí)現(xiàn)物資系統(tǒng)與電子商務(wù)的大業(yè)務(wù)閉環(huán)和無(wú)縫集成，其次由于庫(kù)存?zhèn)}儲(chǔ)管理與生產(chǎn)需求緊密相關(guān)，是電廠側(cè)始終需要強(qiáng)化管理、提升效能的一環(huán)。在當(dāng)前物流倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)先進(jìn)、無(wú)人化管理成為現(xiàn)實(shí)的背景下，提升物資全流程管控可追溯能力，建設(shè)無(wú)人值守倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，是智慧物資的重要組成部分。智慧物資的應(yīng)用規(guī)劃如圖6所示。

圖6 國(guó)能漢川智慧物資應(yīng)用規(guī)劃Fig.6 Intelligent material application planning of Hanchuan Smart Power Plant

2.5.1 已建設(shè)的系統(tǒng)

1）MIS系統(tǒng)的物資管理模塊

基于需求計(jì)劃、采購(gòu)管理、庫(kù)存管理、財(cái)務(wù)管理、平衡利庫(kù)5 條主要工作線，實(shí)現(xiàn)了物資全過(guò)程的流程管控和統(tǒng)計(jì)分析。

2）二維碼和移動(dòng)應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)了基于手機(jī)APP 和二維條碼的移動(dòng)庫(kù)存系統(tǒng)，物資從需求、采購(gòu)、庫(kù)存到領(lǐng)用的全過(guò)程，都可以獲得完善的信息化支持手段；紅外掃碼盤點(diǎn)，以倉(cāng)庫(kù)專用PDA為硬件支持，通過(guò)紅外線掃碼模式，能夠快速進(jìn)行倉(cāng)庫(kù)盤點(diǎn)工作，有效提升盤點(diǎn)效率。

2.5.2 近期規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)

1）智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。針對(duì)電廠備件型倉(cāng)庫(kù)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和管理特性，以機(jī)器人輔助作業(yè)和RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)“無(wú)人值守，24小時(shí)自助服務(wù)”的管理目標(biāo)，以智能設(shè)備代替人提供不間斷的倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)，并達(dá)到線下操作和線上記錄同步的智慧化效果。

2）智能利庫(kù)和重訂購(gòu)。在智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)用之上，基于完善歷史數(shù)據(jù)逐步提升重訂購(gòu)水平，實(shí)現(xiàn)既滿足生產(chǎn)需求，又避免冗余庫(kù)存，達(dá)到保障與效益的最優(yōu)平衡；無(wú)人倉(cāng)庫(kù)三維可視化，對(duì)無(wú)人值守倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)作全過(guò)程實(shí)時(shí)進(jìn)行三維化和圖像化顯示，監(jiān)測(cè)和觀察無(wú)人倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)作狀況，處理可能的突發(fā)情況和故障。

2.5.3 遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)

供應(yīng)鏈大數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈全面數(shù)據(jù)集成，是廠內(nèi)采購(gòu)和庫(kù)存，以及無(wú)人值守倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)，包括與集團(tuán)電子商務(wù)數(shù)據(jù)的集成，財(cái)務(wù)管控?cái)?shù)據(jù)的集成。

2.5.4 實(shí)際應(yīng)用案例：移動(dòng)庫(kù)存系統(tǒng)

國(guó)能漢川公司移動(dòng)庫(kù)存系統(tǒng)基于二維碼標(biāo)識(shí)和手持APP，使操作手段從PC 端延伸至手持端，通過(guò)手機(jī)APP 即可完成倉(cāng)庫(kù)管理所有業(yè)務(wù)，隨時(shí)隨地可獲取信息支持，解決了信息“最后一公里”問(wèn)題。移動(dòng)庫(kù)存是國(guó)能漢川公司整體移動(dòng)應(yīng)用的一個(gè)組成部分，與MIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)服務(wù)端整合，主要功能包括到貨登記、物資驗(yàn)收、物資入庫(kù)、物資出庫(kù)、物資退料、物資盤點(diǎn)、綜合查詢、待辦任務(wù)、流程審批、紅外掃碼等，APP上記錄的所有交易記錄自動(dòng)更新至物資系統(tǒng)數(shù)據(jù)中。

移動(dòng)庫(kù)存系統(tǒng)通過(guò)二維碼物資標(biāo)簽和貨位標(biāo)簽的使用，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)貨位的標(biāo)準(zhǔn)化劃分和準(zhǔn)確識(shí)別，避免了編碼混亂和不規(guī)范，達(dá)到企業(yè)備件材料的移動(dòng)化條碼化、可全過(guò)程追溯的庫(kù)存管理模式，能夠大幅提高工作效率，極大地提高了錄入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

2.6 智慧管控

智慧管控［20-32］對(duì)于各項(xiàng)智慧業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，就是建立在最上層的高級(jí)智慧應(yīng)用，是在各項(xiàng)智能業(yè)務(wù)應(yīng)用基礎(chǔ)之上，建立起來(lái)的數(shù)據(jù)集成化、可視化、深度學(xué)習(xí)的平臺(tái)，并逐步通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)和決策過(guò)程的自我學(xué)習(xí)，形成智能輔助決策能力。國(guó)能漢川公司在這個(gè)層面的建設(shè)規(guī)劃主要包括數(shù)據(jù)集成平臺(tái)、二維/三維可視化平臺(tái)、全廠管控指揮中心、人工智能分析平臺(tái)。

數(shù)據(jù)集成平臺(tái)是支撐可視化和深度分析的基礎(chǔ)，通過(guò)ETL等數(shù)據(jù)工具，采用大數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)，將分布在各類應(yīng)用中的數(shù)據(jù)集成起來(lái)，進(jìn)行抽取和轉(zhuǎn)化；可視化平臺(tái)以GIS地圖、三維虛擬場(chǎng)景為展現(xiàn)手段，將全廠的人、設(shè)備、工作、事件、監(jiān)控畫面等各類數(shù)據(jù)集中展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況的實(shí)時(shí)電子化模擬；全廠管控指揮中心基于大屏集中展現(xiàn)和集中管控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指揮、應(yīng)急和統(tǒng)一調(diào)度；人工智能分析平臺(tái)建立統(tǒng)一的深度學(xué)習(xí)框架，為各類運(yùn)用深度學(xué)習(xí)的智能業(yè)務(wù)提供資源，并逐步建立各類輔助決策的訓(xùn)練模型，通過(guò)不斷自我學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)輔助決策。

2.7 其它智能業(yè)務(wù)應(yīng)用

火電廠除了與生產(chǎn)相關(guān)的主要業(yè)務(wù)外，在黨建、辦公自動(dòng)化、審計(jì)監(jiān)察、檔案等多個(gè)業(yè)務(wù)方面也都有智能化應(yīng)用的需求和業(yè)務(wù)場(chǎng)景，相較而言，這些業(yè)務(wù)在各個(gè)電廠管理模式比較統(tǒng)一，業(yè)內(nèi)成熟的解決方案基本都能代表行業(yè)最佳實(shí)踐，可以統(tǒng)籌規(guī)劃實(shí)施。

3 結(jié)語(yǔ)

智慧電廠建設(shè)是行業(yè)外部環(huán)境變化和智能化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)變革的重要驅(qū)動(dòng)和契機(jī)，當(dāng)前智能化應(yīng)用還沒(méi)有形成放之四海而皆準(zhǔn)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，也正是進(jìn)行創(chuàng)新性探索和實(shí)踐的良機(jī)。智慧電廠的建設(shè)思路和方案，也將會(huì)在行業(yè)內(nèi)不斷探索和實(shí)踐中，形成公認(rèn)的最優(yōu)路徑和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，最終必將改變電廠的傳統(tǒng)管理模式和運(yùn)營(yíng)形態(tài)，從而全方位提高電廠的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理效率，創(chuàng)造良好的企業(yè)價(jià)值和社會(huì)效益。