智慧全析電廠信息平臺研究與設計

喻敏華

(湖南大唐先一科技有限公司，長沙 410007)

在“以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化”的戰略構想的指引下，電廠信息化正在獲得快速發展，呈現出數字化、智能化及智慧化發展的趨勢，數據管理由分散管理向集中管理轉變，智能化設備、商業智能在信息系統中的逐步應用。

貴州興仁電廠作為新建電廠，為了滿足國家對發電行業發展所提出的要求，同時滿足中國大唐集團公司(以下簡稱“集團公司”)對信息化建設的總體思想，利用先進的信息化建設技術，采用前沿的信息化建設方案，打造一體化的智慧全析電廠信息平臺，建設數字化、智慧型電廠是執行精細化管理、提升生產及管理效率、實現科學決策、用數據說話的必然條件和發展要求。

1 建設目標

基于現場總線技術、計算機網絡技術、物聯網技術、信息集成與三維虛擬現實技術、云平臺、機器學習算法等現代智能化信息處理技術，融入先進的管理思想和技術策略，實現業務全覆蓋、智能化分析、可視化管理、移動化應用，以建立高效、便捷的一體化信息應用平臺為總體目標，實現電廠生產經營管理智能、精細、高效、綠色及可持續發展，打造一流企業。實現如下建設目標。

(1)智能處理一流。通過不斷對實時感知能力的提升和協同處理能力的優化，實現全廠完整業務過程的流程化監控、智能化處理。

(2)方便適用一流。采用三維模型化設計，實現基建期的數字化移交及生產運行期的可視化管理。

(3)技術架構一流。構建基于電廠數據完整、統一存儲、規范處理的數據中心及覆蓋全廠業務的一體化管控。

(4)價值導向一流。挖掘數據價值，實現用數據分析、用數據決策。通過模型預測能力的不斷提升，實現電廠各環節價值鏈的最優化運營及打造網絡化、信息化、國際化、生態化的高效現代化電力生產企業，為迎和電力行業改革而不斷提高核心競爭力。

2 設計思想

以集團公司信息化總體規劃為指導思想，以集團公司信息化建設“六原則”為基礎， 以安全、可靠、統一、經濟、安全、領先為基本原則，智慧全析電廠信息平臺建設總體設計思想如下。

(1)頂層設計、統一規劃，并實現全生命周期覆蓋。采用信息化建設與電廠建設階段同步進行的思路，相互統一、完整設計、同步推進，信息系統應用覆蓋全生命周期。

(2)構建大數據、微應用、多情景、一體化的應用模式。對全廠業務數據采用標準、規范、集中式存儲架構，實現數據互聯互通，構建大數據應用中心。系統采用一體化平臺的構建模式，并使用移動化、個性化應用模式，實現高效、靈活 、一體化的應用模式。

(3)建設基于模型化的數據體系，利用數據資產構建全廠生產運營數據價值鏈，實現利用最優價值鏈為指導的生產管控模式。系統采用模型化思想建立數據處理體系，并實現模型可配、可擴、可優化，通過機器學習法等智能算法的應用，形成數據、知識、價值的轉變，形成各類數據資產，并通過不斷的模型優化及分析，指導各生產運營環節，實現電廠生產運營價值鏈的最優化運行。

(4)引入工業4.0建設理念、采用前沿成熟的信息化技術及系統先進的架構思想，實現信息化建設行業一流。系統使用虛擬化、云平臺為底層支撐，引入大數據、物聯網、移動應用、數據總線等前沿技術，打造高效、便捷、智能的信息化系統，實現行業領先的戰略目標。

3 平臺架構

3.1 總體架構

該平臺包括基礎設施層、數據感知層、數據資源層、應用支持層、應用層級用戶層，整體架構遵循標準規范及信息安全保障體系(見圖1)。

圖1 總體架構

基礎設施層主要包括服務器主機、網絡設備、云平臺等，是整個系統的基層性支撐；數據感知層是通過統一數據采集平臺，對各設備運行、各指標參數進行實時采集、傳輸，形成系統的基礎數據；數據資源層是對項目數據資源統一存儲及管理，數據資源包括實時/歷史數據、結構化數據和非結構化數據等；應用支持層是應用系統的基礎支撐部分，主要包括用戶管理、日志管理、系統監控、身份認證等；應用層是系統的核心，統一進行業務的處理及應用。用戶層是系統的人機交付界面，包括PC 、大屏及移動應用等。

3.2 業務架構

該平臺的業務主要由基建期和生產運行期兩大塊組成。基建期主要包括三維數字化平臺及檔案系統；生產運營期包括SIS 、仿真系統、燃料三大項目及綜合管理。業務架構如圖2。

圖2 業務架構

3.3 應用架構

該平臺主機采用云平臺架構，所有的應用系統可以運行在應用云平臺上，數據存儲可以運行在數據存儲云平臺，以方便后續的擴展應用。

平臺完全采用SOA(面向服務的體系結構)軟件架構模，面向服務的體系結構是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元(稱為服務)通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯系起來。接口是采用中立的方式進行定義的，它獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言。這使得構建在各種系統中的服務可以一種統一和通用的方式進行交互。

應用SOA架構模型，將使業務IT系統變得更加靈活和開放，可以快速適應業務中的改變和擴展，同時更加便于系統間的應用整合和數據交互，能靈活適應架構的演變，保持應用架構的持續改進和領先。應用架構如圖3所示。

圖3 應用架構

3.4 網絡架構

該平臺應用的基礎網絡將貫徹中國大唐集團公司的雙網隔離要求，按照“統籌規劃、系統設計、整體推進”的思路，充分發揮IT運維的支撐和保障性作用。建立統一管理、體系保障、流程規范、安全高效的內外網隔離及信息安全平臺，實現安全管理的可管、可控及安全產品(技術)系統性應用，實現規范化、制度化和流程化，通過雙網的隔離，整體提高信息安全和運維管理水平。網絡總體拓撲架構如圖4所示。內、外網隔離后的內網拓撲圖和外網拓撲圖如圖5和圖6所示。

圖4 網絡架構

圖5 網絡架構(內網)

圖6 網絡架構(外網)

對各業務系統進行合理的安全域劃分，區別防護，建立健全網絡安全體系，防范各類安全威脅和安全事故的發生，及時處理信息安全事件，杜絕次生信息安全事故的發生。整個網絡設計考慮了核心網絡設備的安全、冗余、系統區域邊界的安全、整體網絡的安全管理控制等多方面因素。

3.5 數據架構

該平臺數據采用統一的數據存儲及管理架構方式，形成統一數據管理中心。數據來源主要包括電廠采集的指標數據、系統二次計算形成的統計數據、基礎管理數據及從分子公司、集團數據中心通過數據交換平臺采集過來的數據。數據架構見圖7。

圖7 數據架構

數據的分類及存儲如下。

(1)關系型數據。主要是各個業務系統Oracle數據庫中數據，需要整合到統一的關系數據中。

(2)生產實時數據。如機組運行數據，這種數據涉及集團基層單位的生產數據，更新頻率比較高，歷史數據巨大，這些數據存儲在實時/歷史數據庫中。

(3)非結構化數據。如文檔圖片視頻數據，存儲在文件數據庫中。

數據平臺整合這三種類型數據存儲，對外提供統一的數據訪問交換接口；采用分布式存儲方式，在滿足大數據訪問性能的同時，解決后續數據不斷增加帶來的數據擴展難題；數據存儲及訪問模式如圖8所示。

圖8 數據存儲及訪問模式

4 平臺功能

智慧全析電廠信息平臺包括生產管控一體化、企業資源一體化管理、網絡化一體安全監控、智能化決策支持、平臺化集成等功能。

4.1 生產管控一體化

生產管控一體化是以數據總線、三維數據模型及智能終端設備為基礎，以運行優化專家庫為指導，通過對機組運行控制、實時監視、數據分析、設備管控及仿真應用的生產過程的一體化應用，綜合分析、運行優化、閉環控制，實現不斷提高機組安全、經濟、最優化運行。此模塊主要包括DCS、廠級生產過程監視、經濟性能監測、環保性能監測、設備全生命周期監測、設備智能診斷、運行績效考核、優化運行及仿真應用等模塊。

生產管控一體化主要是以機組運行監控和設備管控為兩條主線，實現相互融合的閉環管理。機組運行監控是以在線仿真及運行指導專家庫為分析平臺和工具，以實時生產數據為基礎，不斷優化運行參數，實時指導DCS 的運行控制，并通過實時數據及各類指標計算模型，實時形成安全、環保、經濟等類型的綜合分析和實時性運行績效考核，實現綜合性的指導和引導運行人員實現機組的調優及最優化運行。設備管控是采用機器自學習等技術應用，以設備診斷模型為基礎，實現設備智能診斷及設備在線狀態監測和分析，并通過三維數字模型，結合基建期安裝、調試及生產運營期設備維護、檢修等信息，實現設備全廠化漫游、定位、狀態監視等全設備周期管控。

通過對此兩條主線的應用及相互融合，形成對生產過程的一體化管控，并結合安全管控及生產管理，實現數據共享及應用集成，同時為經營管理、決策支持等方面提供原始的基礎數據。

4.2 企業資源一體化管理

企業資源一體化管理包括生產管理、財務管理、燃料管理、物資管理。生產管理是以生產任務管理為主線，以“三型五化”為原則，實現對安全生產管控的動態對標、偏差控制、約束運行、持續改進。通過生產管理與財務管理、燃料管理、物資管理的無縫集成，實現業務驅動財務，財務自動核算，及時反映企業運營成本，并實現業務可追溯；同時融入集團公司安全生產的管理制度、工作標準及技術標準，實現現場規范化作業、流程化管控、偏差控制，為創建本質安全型企業創造條件，并通過對生產數據、經營數據、財務數據的共享、挖掘，實現多維度的對標分析及為輔助管理決策支撐提供基礎數據。

4.3 網絡化一體安全監控

網絡化一體安全監控是通過智能視頻、安防體系、應急體系及與生產過程、生產管理的集成，形成全廠一體化、網絡化安全管理。網絡化一體安全監控主要包括智能門禁、視頻監控、出入口管理、訪客系統、自動考勤、視頻會議、應急指揮、安全生產、庫存安全等模塊。

系統采用智能一卡通、入侵檢測、自動跟蹤等前沿信息技術，通過生物識別技術(如：人臉、指紋、指靜脈等)、攝像頭等感知設備或到位刷卡方式，利用移動定位、攝像機聯動控制、聲光報警等技術建立的物聯網感知體系，并通過與生產管理、三維數字平臺等模塊相集成，實現人員識別、現場作業、區域監控、設備監視等方面一體化安全管控，實現全局指揮、應急聯動、操作簡單、安全可靠、智能處理的安全管控模式。

4.4 智能一體化決策支持

智能一體化決策支持是通過對數據資產及各類數學模型，采用數據挖掘及分析技術，為電廠管理層在經營管理、設備診斷、能耗分析、優化運行等方面決策提供有力的數據支撐。

該平臺以云平臺架構、大數據平臺為基礎，建立各類數據分析模型，采用機器自學習法、神經網絡算法等分析技術，提供對競價上網、生產運營、設備智能診斷、設備壽命分析、節能環保等方面進行數據分析和挖掘，提供一鍵式實時分析，并對分析結果實現數據可追溯、分析結果結構化展示。對進行精細化管理、風險可控、決策支持等方面，實現用數據說話、用數據決策、用數據管理、用數據創新的管理模式。

4.5 平臺化集成及個性化應用

該平臺通過集成平臺對生產管控一體化、企業資源一體化管理、網絡化一體安全監控、智能化決策支持等模塊及分子公司、集團公司統建的系統進行集成，形成統一的一體化系統應用平臺，并對使用角色提供個性化應用，實現大數據、微應用的系統應用模式。

該平臺集成主要包括橫向集成和縱向集成。橫向集成是對全廠各部門、各業務領域的橫向貫通，打通部門之間、管理領域之間的橫向關聯，消除信息孤島、數據，實現全廠級數據共享及全廠業務功能的一體化應用，共同搭建廠級的一體信息化平臺。縱向集成是對集團公司、分子公司業務的縱向貫通，打通機構上下級之間的業務關聯。

5 平臺特色

(1)使用工業4.0思想，采用模塊化處理、一體化集成架構，實現全廠業務協同運作，管理無死角。改變傳統SIS、MIS 等系統化的模式，采用集成平臺實現業務全覆蓋的一體化管控模式，數據無縫鏈接。實現全廠業務一體化的管控，數據共享性利用。

(2)引入國外先進的三維數字化模型技術，實現數字化移交及可視化遠程生產過程管控。引入三維數字化模型技術，實現資產數字化管理，通過與安防、生產過程數據的有機集成，實現可視化生產過程管控，提高了工作效率及安全性能。

(3)利用智能檢測、測量設備、現場總線、視頻及信息智能處理技術，實現了設備檢修，設備診斷、人員行為管理、物資流轉、庫存等生產過程智能化管控。

(4)實現全廠無線覆蓋，采用移動化應用技術及二維碼掃描技術，提供多操作場景的應用平臺，開創基于大數據、微應用的實時式監控、便捷式處理的工作方式。采用全廠覆蓋的無線網絡模式及移動技術，滿足PC 、手機、智能移動終端、大屏等多種終端設備，提供便捷式處理服務并極大地提高了工作效率。

(5)采用了大數據、云平臺、商務智能等前沿技術，提供智能化數據分析及一鍵化數據處理，實現用數據決策的經營管理模式。利用神經網絡算法、機器自學習法等數據挖掘技術及先進的數據處理模型，在競價上網、日利潤分析、運行優化、故障診斷等決策支持方面提供智能化數據分析。

6 結語

基于智慧全析模式的電廠信息平臺采用先進的智能設備與大數據挖掘分析技術，對電廠生產經營的全過程、全價值鏈進行全面的、系統的分析，結合現場總線技術、計算機網絡技術、物聯網技術、信息集成與三維虛擬現實技術、云平臺、機器學習算法等現代智能化信息處理技術，融入先進的管理思想和技術策略，打造高效、便捷的一體化信息應用平臺，從而為電廠優化生產方式、提高生產效率、全面提升生產管控水平、提供科學決策的智慧化電廠，實現電廠生產經營管理智能、精細、高效、綠色及可持續發展，打造一流企業。

參考文獻：

[1] 國務院.關于印發《中國制造2025》的通知[R].2015.

[2]中國大唐集團公司.中國大唐集團公司信息化總體規劃[R]. 2014.

[3]中國大唐集團公司.大唐集團公司視頻會議室基本要求[R]. 2014.

[4] 中國大唐集團公司.中國大唐集團公司廣域網絡管理辦法(試行)[R]. 2014.

[5]中國大唐集團公司.中國大唐集團公司廣域網機房管理制度(試行)[R]. 2014.

[6]中國大唐集團公司.中國大唐集團公司廣域網絡系統接入管理辦法(試行)[R]. 2014.

[7]中國大唐集團公司.中國大唐集團公司信息安全規范(試行)[R]. 2014.

[8]中國大唐集團公司.中國大唐集團公司廣域網絡系統網絡拓撲規范(試行)[R]. 2014.

[9]中國大唐集團公司.中國大唐集團公司硬件系統集成項目建設管理指南[R]. 2014.

[10]中國大唐集團公司.中國大唐集團公司應用系統項目建設管理指南(試行)[R]. 2014.

[11]李軍. IT規劃是企業信息化建設的必經之路[J]. 計算機光盤軟件與應用, 2011(20): 5-6.

LI Jun. IT planning is the way for the construction of enterprise information[J]. Computer CD Software and Application, 2011(20): 5-6.

[12]王曉波, 樊紀元. 電力調度中心統一數據平臺的設計[J]. 電力系 統自動化, 2006, 30(22): 89-92.

WANG Xiaobo, FAN Jiyuan. Electric power dispatching center unified data platform design[J]. Automation of Electric Power Systems, 2006, 30(22): 89-92.