淺議智慧電廠建設

邵鳳文

摘 要：從概念入手，分析智慧電廠與常規電廠的聯系和區別，闡述了智慧電廠對管理的提升作用，并論述了智慧電廠的建設方案，供建設智慧電廠相關人員參考。

關鍵詞：智慧電廠；常規電廠；建設

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.176

1 概念

《火力發電廠熱工自動化術語》（DL/T 701-2012）對數字化電廠的描述分為三個層次：

（1）電廠數字化，利用計算機技術及及微處理器技術把反映火電廠生產過程和管理過程的對象的現象、特征、本質及規律的聲音、文字、數字、符號、圖形、和圖像等模擬信息轉換為數字信息的過程。

（2）數字化電廠，是電廠數字化達到一定程度后的概念。電廠各級控制和管理系統均進入數字化后稱為數字化電廠。

（3）電廠智能化，廣泛采用現代信息處理和通訊技術、智能傳感技術、智能執行機構技術，以及智能控制方法和管理決策技術，最大限度達到火電廠安全、高效、環保運行狀態的過程。

數字化電廠既不能簡單歸結為一個軟件或系統，也非僅僅是一個項目，更是一種管理理論和方法，是數字化管理思想在發電行業的具體應用，是互聯網思維在能源行業的具體應用，也貼合“工業4.0”、“中國制造2025”等發展理念。

智慧電廠是在物理和數字化電廠的基礎上，通過建立先進控制系統和安全高效網絡平臺、數據存儲和分析平臺及信息交流平臺，將相關制造、設計、施工、運行、維護、管理決策等互動起來，用先進管理理念和信息技術，就企業資源分析給出最合理的發電報價；就設備狀態給出最恰當的維護指令；就工程建設進度給出最合算的資金調配；從而使電廠建設、管理、運營和維護更加智慧，實現環境友好、發展持續的科學發展目標，具有多點感知，全面互聯，智能分析等特點。

2 智慧電廠與常規電廠的聯系和區別

傳統電廠已經建立了自動化控制系統和信息化系統進行日常生產運營管理，但這種按“實物價值鏈”構成的信息系統，其競爭策略是提高營運效率。而基于“虛擬價值鏈”不只考慮自動化，更關注信息的價值和靈活度，信息范疇不只是生產環節，而是覆蓋電廠壽命周期全過程、各環節。

大型電廠擁有比較完整的控制和信息系統，運行控制DCS，事務辦理MIS，檢修維護有以設備為中心的EAM，分公司或集團層面有以財務為核心的ERP，各司其職，DCS負責監控、SIS負責監管，MIS負責管理，那么智慧電廠相對常規電廠而言，其新穎在何處？簡單而言，智慧電廠是常規電廠的升級。

2.1 DCS升級

智能儀表、現場總線及虛擬仿真等綜合技術對常規DCS進行全面升級換代。

2.1.1 運行全面數字化

要想全面數字化，必須建設先進的自動控制以及數字化信息管理系統，該系統總體架構分為三個層次，第一層是廠級信息管理層，第二層是過程控制層，第三層是現場測、控智能設備層。

現場智能設備層，是數字化控制系統基礎部分，包括現場測量儀表、執行機構、電動閥門、電氣馬達控制器等均采用智能化設備，并以總線通訊的方式與控制系統連接，設備中大量的整定和維護信息通過數字化的現場總線網絡送入控制系統，從而讓運行和維護管理人員更加方便、快捷、科學管理現場儀表和設備。通過智能管理系統對設備的運行狀態進行監測，對設備進行預測性維護，對工藝系統和工藝設備的運行工況進行優化，從而提高效率、降低能耗。

帶有現場總線功能的DCS系統，其意義在于大量現場級設備數字化狀態信號傳輸至數字化控制系統，通過設備的智能化管理改變維護策略，通過設備智能管理平臺的應用，將傳統的被動型維護模式轉變成主動型維護模式，大量現場實時信息為精益管理決策提供基礎和依據。

現場總線技術，其根本出發點是讓電廠工藝流程的現場設備信息均實現數字化，特別是來自基層控制級的信息可以及時、準確掌握，是真正意義上的智能智慧電廠基石。

2.1.2 虛擬仿真與生產DCS結合

仿真技術的應用系統，旨在解決長期困擾電廠生產、運行與管理中的難題-避免生產干擾，消除事故隱患，減少事故發生，降低運行成本，實現最優運行，提高整體經濟效益。

在實際應用中，為達到設計調試、人員培訓、檢測診斷等系統應用目標，需將真實DCS在非DCS的計算機系統中以某種形式再現，DCS與虛擬仿真技術的混合應用正是在這一客觀的需求背景下應運而生。

根據仿真機中分散控制系統（DCS）設備和功能的復制方式，可將仿真分為模擬、虛擬和全激勵三種方式。

2.2 MIS升級

由于電力生產的特殊性，有些事情采用現場管理反而會耽誤事情，需要遠程及時解決，傳統MIS信息系統流轉的是枯燥的二維表單或流程，而解決問題的最佳辦法是虛擬出空間場景，場景感是人類最好的工作和認識模式，空間場景不僅僅是三維模型，還包涵可視化、信息化門戶，從而使MIS生動起來。

2.2.1 基建MIS可視化管理

傳統基建MIS是被動式的記錄信息、處理信息，智能基建MIS構建了新一代基建MIS，具有模型化、專家化、知識化、模版化、智能化等特點。

對施工管理的支持，一是精益施工組織設計，不是簡單的4D動畫漫游，而是多維度、可視化、直觀模擬，不僅僅只考慮本身業務的組織設計，還結合大數據應用，如考慮天氣等因素；二是精益材料管理，小到一個螺母，大到大宗設備，所有相關內容均能快速瀏覽，材料分發與具體作業面、施工卷冊掛鉤，能隨時快速盤點庫存，材料管理整體有序、準確、節約。

整個基建過程的活動，信息系統均能自動推送相關提醒，提示下一個階段工作內容并給出專業建議。

2.2.2 生產MIS可視化管理

設備管理模塊或者圖檔管理以及兩票操作均可進行可視化場景管理。將業務流程移植在三維虛擬門戶基礎上，利用可視化技術實現電廠業務+IT的全局可視化信息掌控，真正從業務源頭進行管理，變被動為主動，涵蓋電廠全壽命周期，數據中心、安全管理、培訓操作、節能環保、設備管理、燃料管理、生產運營、決策管理等方面均可進行可視化管理。endprint

2.3 SIS升級

SIS已經向廣義概念發展，擴展到發電企業集團級和集團科技中心級。從技術方面來看，火電廠實時生產過程的監控模式幾乎沒有大的實質性變化，運行值班人員有數據，但沒有能力利用數據，相關數據不能順利到達最有效的專家手中處理。大數據時代的到來，數據存儲能力以及數據挖掘技術等正爆炸式發展，為我們提供了無限想象空間，火電廠實時生產過程信息化的廣度和深度取得了前所未有的發展。調整監控模式，采用適當值班，增加實時數據挖掘和大數據分析人員，最終變班組考核機制為實時考核機制，通過技術手段來確保時刻優化進而增加電廠效益。

2.4 維修和維護系統的改進升級

基于三維設計系統的項目管理或基建體系對傳統的檢修管理提供可視化的項目管理、材料管理、虛擬檢修等功能，再加上基于云計算和大數據分析等技術的設備故障診斷、趨勢預警應用，這些對傳統計算機化檢修管理系統的補充和升級，能夠完美實現設備檢修導則所提倡的維護模式。

3 智慧電廠對提升管理水平的促進作用

智慧電廠全方位促進電廠管理水平的提升。

3.1 電廠運行

由于多點感知，全面互聯，智能分析，準確獲取全面信息的速度加快，使得電廠管理水平顯著提高。

更加先進的控制系統必然減少日常維護人員，傳統運行人員減少，高端復合人才要求增多，要求更多、更高水平的全能型值班員，運行人員不但懂電廠知識還需要精通計算機技能。

采集數據量的增加必然會帶來管控模式的變化，例如國內有電廠提出一控三中心的生產組織架構，就是在嘗試理清生產力與生產關系的匹配問題。

在確保安全的前提下，不斷減員增效，管理水平自然不斷提高。

3.2 安防管理

數字監控系統，三維工廠系統中輸入危險源，人員定位，共同構成實時虛擬三維工廠，危險復雜區域機器人巡檢，移動攝像頭隨時推送大修和臨時檢修現場圖片，使電廠安防管理更加科學、更加嚴格。

3.3 電廠檢維修

機器人巡檢危險復雜區域，全面的物資管理、全面的設備壽命管理、趨勢預警、故障診斷等使電廠維護強度減輕、電廠檢修更加優化，檢修向可靠性方向轉變。

3.4 基建管理

數字資產已被越來越重視，數字化設計、綜合交付管理、數字化移交，《發電工程數據移交》（GB_T 32575-2016）已正式頒發，間接證明數據移交的必要性已成為行業基本共識。

協同設計、4D施工模擬、精益材料管理、遠程終端等使設計過程完全透明，基建各方時刻掌控所需信息，進而為科學決策帶來可靠依據。

3.5 人員培訓

在不影響電廠生產的情況下，全面解決員工培訓體系的變化，培訓體系發生了重大變化。

虛擬仿真體系，全激勵式仿真，解決了運行人員的培訓，而三維虛擬電廠，虛擬檢修和電廠認識培訓，VR以及AR等技術手段，使電廠各級人員和設備檢維修管理人員培訓效果得以保證，并且不影響實際生產。

3.6 電廠決策管理

信息全面，更加智能，決策更加科學，使電廠管理者從解決日常戰術問題中解脫出來，更多時間來思考企業發展戰略。

4 智慧電廠建設方案探討

智慧電廠的建設分為新建工程、老廠改造兩類整體解決方案，所有解決方案均有軟硬件投入要求。

智慧電廠的基礎是海量數據，如何管理這些大數據？由于云技術資源豐富、動態伸縮、綜合性價比高等特點，電力企業紛紛改擴建或建立自己的數據中心，中心既可承擔基礎架構、平臺、軟件等服務，又可承擔大數據綜合分析利用等功能，在降低IT運行成本的同時，還能輔助企業高效運轉。

4.1 新建工程

實施關鍵在于“提高認識、統一規劃，執行有力，驗收把關”。

對于數字化電廠當中的重要基礎功能包——虛擬數字化三維工廠可由設計單位來承擔，隨著《發電工程數據移交》國標的實施，設備制造單位、設計、施工等單位越來越重視將過程成果轉變為結構化、可視化數據，隨著智能制造的推進，設備制造單位將逐步向設計院提供精細化的設備來縮短整體設計時間，非結構化數據也會被集成到虛擬工廠門戶系統當中，這些都會被視為數字資產，供日后運行維護管理、新進員工培訓等反復使用。

除建設常規的控制及信息系統外，還需重視門戶系統的信息集成，將分散在多個系統或終端當中的數據集中到一個窗口或應用當中。

如采用機器人巡檢，主廠房布置時要規劃巡檢通道。

4.2 老廠改造

老廠而言，通過無人機或者激光掃描裝置等構建三維虛擬工廠是可行的技術方案。

改造現有信息門戶，將MIS、SIS、DCS等系統數據集成到三維虛擬工廠門戶，信息高度集中。

結合已有功能對SIS進行升級改造，利用云和大數據技術建設新的設備故障、針對診斷、趨勢預警、性能分析等模塊，為電廠更經濟運行保駕護航。

云和大數據利用方面，神經網絡、遺傳、決策樹、粗集等算法中以神經網絡比較適合，規模較大的電廠都會建設私有云，而中小型企業建議租用公有云服務來節省成本。

4.3 智慧電廠建設模塊

智慧電廠建設涉及到眾多方面，可結合自身情況，量力投入，按模塊投入，比如，三維工程平臺、生產控制模塊、生產管理模塊、智能廠區、數據中心等。

5 結論及展望

數據是信息系統的源泉，但報表復雜枯燥，管理者很難了解大量、長串的設備名稱與具體的資產之間的對應關系，更難了解和追溯設備資產的變動情況，在此情況下，企業管理者很難保證數據中心設備資產能夠物盡其用。因此，需要企業有統一的規劃平臺，全面實施數字化、信息化、智能化管理，管控一體化，進而衍進到智慧管理的境界。

智慧電廠深刻影響電廠的運行、檢修和經營等多個層面，它與現有的數字化電廠高度融合，與DCS、SIS、MIS和仿真高度相關，不僅是一套獨立信息系統，更是高效管理的實踐應用。

相對于基建、本體設備等方面的投資，智慧電廠的投資比重要小得多，但是先進的自動化、信息技術在減少建設成本、運行維修費用、提高管理工作效率和科學決策方面起著非常重要的作用，具有較高的投資價值。

參考文獻：

[1]科遠自動化公司資料[S].

[2]西門子公司資料[S].

[3]江蘇省電力設計院資料[S].endprint