淺談基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)電行業(yè)數(shù)字化方案

王利 陳逸麟

摘要：隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營方式發(fā)生了重大變革，電廠全面進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。詳細(xì)分析了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)字化電廠解決方案，為構(gòu)建數(shù)字化電廠提供參考，并思考數(shù)字化的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 數(shù)字化 大數(shù)據(jù) 云計(jì)算

隨著信息技術(shù)和人類生產(chǎn)生活交匯融合，互聯(lián)網(wǎng)快速普及，數(shù)字經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，各行業(yè)數(shù)據(jù)體量呈幾何倍數(shù)增長。電力工業(yè)作為社會(huì)發(fā)展的“動(dòng)力之源”，正面臨空前未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。深度利用信息化技術(shù)，建設(shè)數(shù)字化電廠，實(shí)現(xiàn)兩化融合，已然成為電力行業(yè)首要考慮的目標(biāo)和方向。同時(shí)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)深度融合，誕生出工業(yè)級(jí)互聯(lián)網(wǎng)，即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

1 數(shù)字化電廠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

1.1數(shù)字化電廠

數(shù)字化電廠的概念始于二十世紀(jì)末期，隨著國內(nèi)信息化技術(shù)浪潮和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展而逐漸引入的，可以從不同的角度可以給出不同的論述。在DL/T701-2012《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化術(shù)語》中，數(shù)字化電廠指電廠各級(jí)控制和管理系統(tǒng)（包括現(xiàn)場設(shè)備等基礎(chǔ)單元）均進(jìn)入數(shù)字化后稱為數(shù)字化電廠[1]。數(shù)字化電廠是電廠數(shù)字化達(dá)到一定程度后的狀態(tài)。從電廠全壽命周期理論的角度，數(shù)字化電廠應(yīng)包括項(xiàng)目前期、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營、退役等各個(gè)過程的數(shù)字化。綜上所述，數(shù)字化電廠不是一成不變的概念，而是一個(gè)隨著技術(shù)進(jìn)步不斷豐富其內(nèi)涵的動(dòng)態(tài)理論概念。

從電廠生產(chǎn)和管理流程及實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)出發(fā)，可將其整個(gè)活動(dòng)劃分為四層體系架構(gòu)，即現(xiàn)場采集層、過程控制層、生產(chǎn)管控層、決策管理層?，F(xiàn)場采集層包括現(xiàn)場總線設(shè)備，智能檢測儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu) ，以及其它先進(jìn)檢測設(shè)備（如在線分析儀表，視頻與安防系統(tǒng)，機(jī)器人等），該層主要功能為生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集。過程控制層是電廠控制的核心，主要包括生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的集中處理，自啟?？刂萍夹g(shù)等。

歸納概括數(shù)字化電廠的特點(diǎn)主要包括信息化、數(shù)字化、可視化、模型化、標(biāo)準(zhǔn)化，另外還要充分考慮系統(tǒng)的安全體系。

1.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代通信信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)深度融合的結(jié)晶，通過連接機(jī)器、物、人、信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的全面感知、動(dòng)態(tài)傳輸、實(shí)時(shí)分析，形成科學(xué)決策與智能控制，提高生產(chǎn)資源配置效率。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心要素，是鏈接工業(yè)要素的紐帶，是工業(yè)資源配置的核心力量。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是面向工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，構(gòu)建基于巨量數(shù)據(jù)采集、聚合、分析的服務(wù)體系，建設(shè)包括存儲(chǔ)、集成、訪問、分析、管理功能的使能平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)模型化、軟件化、復(fù)用化，最終形成資源富集、多方參與、合作共贏、協(xié)同演進(jìn)的制造業(yè)生態(tài)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心在于數(shù)據(jù)全面互聯(lián)進(jìn)而形成智能驅(qū)動(dòng)力，數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、安全是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)視角的共性基礎(chǔ)和支撐。

“數(shù)據(jù)”是工業(yè)智能化的基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)力，包括數(shù)據(jù)采集互換、匯集處理、分析建模、優(yōu)化決策和控制反饋等功能應(yīng)用，通過巨量數(shù)據(jù)的采集交換、數(shù)據(jù)異構(gòu)處理、大數(shù)據(jù)計(jì)算分析，進(jìn)而形成企業(yè)運(yùn)營的管理決策以及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的控制指令，驅(qū)動(dòng)從機(jī)器設(shè)備、運(yùn)營管理到商業(yè)活動(dòng)的智能和優(yōu)化。

“網(wǎng)絡(luò)”是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)及工業(yè)數(shù)據(jù)傳遞互換的支撐基礎(chǔ)，包括基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)體系、標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)的解析體系和應(yīng)用服務(wù)支撐體系，表現(xiàn)為通過泛在互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、健全適用的標(biāo)識(shí)解析體系、集中通用的應(yīng)用支撐體系。

“安全”是網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)在工業(yè)應(yīng)用中的安全保障體系，包括設(shè)備安全體系、網(wǎng)絡(luò)安全體系、數(shù)據(jù)安全體系、控制安全體系、應(yīng)用安全體系和安全管理體系，表現(xiàn)為通過涵蓋整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)的安全管理體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和商業(yè)系統(tǒng)的全方位保護(hù)。

2 數(shù)字化電廠解決方案

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)被稱為新時(shí)代工業(yè)體系的“操作系統(tǒng)”。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)字化電廠解決方案是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在發(fā)電行業(yè)的 “開花結(jié)果”，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用場景具體化。

數(shù)字化電廠解決方案包括數(shù)據(jù)采集層、平臺(tái)層、應(yīng)用服務(wù)層三大部分。數(shù)據(jù)采集層包括接入設(shè)備，網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)的匯集與本地應(yīng)用。平臺(tái)層即PaaS層集成基礎(chǔ)環(huán)境，數(shù)據(jù)清洗，大數(shù)據(jù)分析等。應(yīng)用服務(wù)層即SaaS層主要包括智能輔助決策、運(yùn)營優(yōu)化服務(wù)等。數(shù)字化電廠平臺(tái)架構(gòu)圖見圖1。

借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，數(shù)字化電廠方案解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)營模式下的不利因素，提高了生產(chǎn)效率。

在設(shè)備維護(hù)場景中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)結(jié)合設(shè)備歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)字模型，及時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測性維護(hù)。

在能耗管理場景中，基于現(xiàn)場能耗數(shù)據(jù)的采集與分析，對(duì)設(shè)備、生產(chǎn)線、物料能效使用進(jìn)行合理規(guī)劃，提高能源使用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

在生產(chǎn)管控一體化場景中，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理和現(xiàn)場生產(chǎn)的協(xié)同優(yōu)化。

在企業(yè)決策管理場景中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過對(duì)企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)的全面感知和綜合分析，有效支撐企業(yè)智能決策。

3 發(fā)展方向

目前發(fā)電行業(yè)處于數(shù)字化電廠的快速普及和高速發(fā)展階段，下一階段是智能化電廠，最終目標(biāo)是智慧電廠。數(shù)字化電廠是核心，實(shí)現(xiàn)各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匯集，打通信息孤島，為后續(xù)升級(jí)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。智能電廠在數(shù)字化電廠的基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化融合，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、工業(yè)機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效的管控一體化并為生產(chǎn)經(jīng)營提供輔助決策；同時(shí)智慧電廠在智能電廠的基礎(chǔ)上，利用人工智能、機(jī)器深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，深度挖掘企業(yè)生廠力，大幅度提高企業(yè)效率，更快更準(zhǔn)的預(yù)測企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營情況。數(shù)字化、智能化、智慧化是電廠發(fā)展的三個(gè)不同階段，三者相互關(guān)聯(lián)，相互影響，相輔相成。

4 結(jié)論

構(gòu)建數(shù)字化電廠，是一項(xiàng)長期、充滿挑戰(zhàn)的系統(tǒng)工程。為了建設(shè)數(shù)字化電廠，本文從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)出發(fā)，闡述了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化電廠的概念，以及兩者之間的關(guān)聯(lián)。討論了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)字化電廠設(shè)計(jì)方案。隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，數(shù)字化電廠將愈來愈智能化、智慧化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 危元華，任曉東，李智，等.數(shù)字化電廠的概念及方案研究[J].電力建設(shè)，2013 （4）：52-54.

（作者單位：國電南京自動(dòng)化股份有限公司1

江蘇南京熱電工程設(shè)計(jì)院有限公司2）