基于ERP的燃煤電廠智慧企業管控一體化提升分析

趙俊杰 羅立權 史松寶 張海濱 劉 曉 楊如意 賈順杰 劉琳鴿 趙 璐 郭 峰

1.國電內蒙古東勝熱電有限公司 內蒙古 鄂爾多斯 017000

2.國電浙江北侖第一發電有限公司 浙江 寧波 315800

3.國電電力發展股份有限公司 北京 100101

4.北京華電天仁電力控制技術有限公司 北京 100143

0 引言

燃煤火力發電廠基于ERP、OA、EAM等軟件系統，實現重資產流程型工業企業的生產經營管理全流程的數字化和信息化[1-7]。但ERP等流程性的軟件系統缺少專家知識庫、關鍵指標對標、經營理念嵌入、數據模型深度挖掘、業務深度融合等高端功能，尚不能滿足工業4.0、兩化融合、智慧火電廠建設的火電行業發展需要[5-11]。因此，有必要深度應用業務與績效一體化的理念、邊緣層與云端融合的理念、設備故障專家知識庫、云計算、物聯網感知技術、大數據建模、移動應用技術等，升級形成支撐生產調度、經營決策等高端應用的上層工業互聯網信息系統平臺，以指導火電企業進一步防范風險、挖潛提效[9-14]。

本研究擬在燃煤火力發電廠ERP等已有信息系統的基礎上，搭建更高層級的智慧管控一體化平臺，通過機理算法、專家知識庫、大數據分析和挖掘等方法，提供更有價值的診斷、報警、預測和決策信息，以實現火電廠經濟效益最大化。本文的分析有助于了解基于傳統ERP等流程型或基礎數據型信息化系統，實現故障診斷、趨勢預測、健康評估、風險預控和優化推薦等高端功能的方法和路徑，以助力實現火電大數據驅動工業互聯網的管理價值提升。

1 工業互聯網平臺

能源企業的工業互聯網平臺建設的數字化和信息化基礎包括：集團主數據平臺、ERP系統、DCS數據鏡像系統、SIS系統、EAM系統等。火電廠的數據來源包括：安全數據、運行數據、設備數據、燃料數據、檢修數據、財務經營數據。智慧火電廠管控一體化的工業互聯網平臺的技術包包括：SOA架構、J2EE技術、B/S模式和主流數據庫、圖形化操作的工作流平臺、報表平臺、柔性敏捷的二次開發平臺。工業互聯網平臺通過對數據采集、統計、匯總、分析、監控、管理，實現生產和管理全業務過程的管控。

生產實時管控的功能放在更底層的智能發電運行控制系統ICS，包括：生產實時狀態數據監視、故障診斷、故障報警、性能計算、設備狀態監測、運行統計分析、閉環優化等。工業互聯網平臺的建設內容包括：生產運行管理、設備資產管理、項目管理、安全管理、經營管理、燃料管理、人力資源管理、黨建紀檢管理、協同辦公管理、對標管理、績效管理、移動應用、領導駕駛艙。

(1)安全管理的內容包括：安全目標、安全教育、應急管理、事件管理、隱患管理、重大危險源管理、風險管理、兩措管理、應急管理、安全定期工作。安全管理方面，可基于全廠可視化、風險二維碼、外委人員二維碼、人員定位、視頻智能識別、移動終端等物聯網和移動互聯網技術，將安全風險落實到班組，對人員實時管控，從而實現全廠的安全風險三級管控。環境安全的管理內容包括：安全區域劃分、安全區域準入授權、區域危險點識別、智能風險提醒、區域設備報警推送等。人員防護的管理內容包括：劃設作業安全邊界、作業人員定位、作業人員偏離報警、車輛軌跡偏離報警、管理人員到崗到位等。設備防護的管理內容包括：智能操作票、檢修工作防護、巡回檢查防護、定期工作防護等。

(2)生產運行管理的內容包括：值班管理、交接班管理、定期工作、運行日志、生產日報、化驗報告、巡檢管理等。

(3)設備資產管理的內容包括：兩票管理、技術監督、檢修管理、缺陷管理、預防性維護等。

(4)燃料管理的內容包括：采購計劃管理、采購合同管理、入廠煤管理、計量驗收管理、質量驗收管理、數字化煤場、結算管理、入爐煤管理、燃料統計等。

(5)經營管理的內容包括：計劃統計、成本管理、費用管理、指標管理、全面預算管理、財務管理、電量營銷、物資管理、合同管理、供應鏈管理、項目前期管理等。在電量營銷管理方面，對市場、大客戶、合同、電價、成本進行精細化和統一化管理，以增強企業適應電力市場競價上網、現貨交易、調頻調峰的能力，提高競爭力和生存能力。全面預算管理有助于實現事前計劃、事中控制、事后分析的預算全過程管理。

(6)績效管理的內容包括：績效標準、績效指標、績效評測、績效監控、績效考核、績效分析。

(7)圖1示出指標管理的內容包括：安全類指標，運行能耗、設備狀況、環保、原料、庫存、檢修、技改等生產類指標，成本、財務、營銷、收入、績效等經濟指標。

(8)領導駕駛艙是上層管理和決策的窗口，動態直觀地展現安全生產和經營營銷動態，包括：參數異常安全報警、風險預警、數據挖掘分析、設備信息、發電信息、燃煤信息、銷售日報和周報、決策優化建議等信息和功能。領導駕駛艙通過常見的圖表(儀表盤、溫度計、雷達圖、甘特圖等)和企業運行的關鍵指標KPI，對業務數據和工作流程可知、可視、可控、可溯，以實現隨時、隨地高效管理與決策。1)領導駕駛艙通過對實時數據與管理數據的融合，提供更全面、更科學的設備可靠性分析、安全性評價和經濟性評價；2)通過人、財、物三者合一，實現精細化成本管理和成本實施管控；3)對生產過程控制，實現企業本質安全管理；4)通過融入點巡檢思想的資產管理，對設備實施狀態檢修，優化檢修模式；5)通過專家知識庫的積累、沉淀和應用，提高企業管控能力。

圖1 火電廠的指標分類

工業互聯網的功能包括：(1)業務全過程、全參數的一體化管理。對工程建設、安全、發電運行、設備、技術監督、燃料、檢修、物資、經營、營銷、風險、應急、物資、人資、黨建等火電廠全業務的管理標準、模式、要求、規范與深度進行統一化管理。(2)移動化，利用移動終端便利性，將各項關鍵指標、業務過程通過移動終端呈現，形成移動端虛擬能源企業，即便出差、休假均不錯過任何信息，讓管理無處不在，指令可以從任何地點發出。(3)數據量化、推優排序、閉環管理、過程控制、全程追溯，以快速抓住重點要點，快速反應、決策和調度，保障安全生產，提高發電企業績效。

2 先進管理理念

工業互聯網平臺的核心管理理念包括：

(1)基于四色理論實現色帶分級風險管控。

(2)數據的可穿透分析。智慧管控一體化平臺能實現對每一項數據追根溯源，從結果到業務全程追溯和穿透。在看到結果的同時，能掌握審批過程，達到集團能源企業安全生產業務過程留痕，形成一個完成的虛擬化、數字化能源企業。

(3)二次參數報警及系統性預警。

(4)對標專家知識庫。通過對標先進和標桿，找準差距，不斷優化，以優秀示范效應帶動企業管理效益提升。對標的業務領域包括：工程建設、市場、資本、運行績效、度電效益、燃料、檢修等。

(5)三級報警，包括嚴重告警、軟報警、預報警。建立三級報警管理體系，可隨時監控系統及生產過程中的報警數據，篩選歸納重要的報警信息，對隨后的數據歸納、決策分析，績效考核等提供重要依據。

(6)設備生命周期管理，包括壽命趨勢預測。基于神經網絡算法，對電廠重要設備進行狀態監測、故障診斷與預警。基于機理算法，對設備健康度進行評估，對鍋爐四管剩余壽命進行預測和預警，以提升設備可靠性和經濟性。

(7)形成可視化的知識圖譜，包括業務流程可視化。知識圖譜的構建需要經過知識模型建立、知識存儲、知識抽取及知識融合輸出等階段。圖2示出自底向上的知識圖譜構建方法和流程，從開放鏈接的數據源中提取實體、屬性和關系，加入到知識圖譜的數據層；然后將這些知識要素進行歸納組織，逐步往上抽象為概念，最后形成模式層。經由信息抽取之后的信息單元間的關系是扁平化的，缺乏層次性和邏輯性，存在大量冗余甚至錯誤的信息碎片。知識融合的作用就是將多個知識庫中的知識進行整合，形成一個知識庫的過程，在這個過程中，主要關鍵技術包括指代消解、實體消歧、實體鏈接。

(8)工業互聯網與工業物聯網深度融合。集成物聯網技術，在工業互聯網平臺實現智能化設備防護、人員防護、安全環境創建、安全大數據分析，集成兩票系統、設備資產管理系統，強化對外包商的管理，形成基于物聯網的工業互聯網智能安防系統。1)基于全廠三維可視化建模、視頻監視、熱成像監視、智能視頻識別、廠內道路智能測速、二維碼、5G、RFID、UWB人員定位等物聯網技術，實現全廠安全風險預控。2)將二維碼與設備靜態、動態臺賬數據關聯，實現掃描二維碼進行設備缺陷登記，后臺自動關聯工作票，減少跨專業業務人員溝通的時間成本，提高安全風險預控能力和工作效率。3)智能人臉識別系統，利用人臉深度學習算法，集成入口人臉人員通道管理、人臉門禁管理、人臉消費、人臉考勤等功能于一體，在辦公區與生產區之間設置人員通道，實現對進出人員的管控，并在生產區入口LED屏上實時展示生產區人數。4)在辦公區與生產區之間設置車輛道閘，通過采用電動擋車桿和車牌識別模塊設備的組合，實現設備整合聯動，對車輛的進出進行管制。內部車輛自動放行，外部車輛預約、登記放行，有效加大企業反恐和防盜能力。5)在生產現場布置安全帽視頻智能識別檢測點，基于服務器深度學習分析，實現報警，并推送給工業互聯網平臺。6)在廠區道路部署雷達測速點，限定車輛行駛最高時速，將車輛超速情況在廠區LED顯示屏上展示。7)在廠區生產區域部署多臺熱成像攝像機，采用熱成像算法、AGC自動增益、DDE圖像細節增強、3D降噪等技術，對蒸汽泄漏、煤炭自燃、火花等超溫進行報警。

圖2 知識圖譜的通用構建方法

3 業務主線

圖3示出基于火電企業智慧管控的工業互聯網平臺，需要打通五條業務主線，包括：運行管理、安全管理、設備全壽命周期管理、經營和營銷、燃料全過程無人化智慧管理。

(1)基于智能發電平臺ICS的智能運行管理功能包括：智能檢測、可視化監測、能耗計算、智能診斷、智能報警與預警、運行優化、閉環控制優化等。

(2)通過對振動監控、漏液(油、酸、堿、液)檢測、漏氣(汽)檢測、粉塵檢測、音量檢測、成分分析、溫度遙感、運行專家系統等系統與視頻監控相結合，通過專家診斷系統實現安全預測預控。

(3)為實現設備全壽命周期管理，工業互聯網平臺的數據和業務流程需包括：立項或提請需求、采購、合同管理、出入庫和倉儲管理、設備缺陷管理、設備資產折舊和報廢管理等。在設備維護環節，通過工單策劃、工單處理、工單狀態跟蹤、工單成本匯總進行管理。基于工單的人工時間、所耗物料、資源和服務，匯總檢修、維護任務成本，進行實時成本的分析，從而將生產檢修與成本進行關聯，形成實時生產檢修維護成本匯總分析。

(4)經營和營銷管理基于四個成本、四個電價、日利潤系統，實現競價上網和輔助電量交易決策。通過推薦算法和優化策略，在現貨交易和調頻調峰等電力營銷中取得優勢。

(5)國電東勝公司于2018年首次提出智慧燃料建設“六大無人燃料”的管理理念。在無人采制樣、皮帶上煤質在線檢測、無人化驗室、數字化煤場和無人盤煤、無人斗輪機、無人輸煤系統、配煤摻燒與燃料的動態生產成本分析、燃料與財務一鍵結算等領域實現燃料一體化智慧集成。

圖3 火電企業智慧管控一體化平臺的五條業務主線

4 結論

本文提出在ERP等基礎信息系統之上，打造更高層次的燃煤火力發電廠智慧管控一體化的工業互聯網平臺，為火電廠的長周期生產經營提供安全生產、精益管理、設備優化、遠程診斷、分析預測及全生命周期可視化管控等高端應用功能。結果表明：

(1)智慧火電廠工業互聯網平臺的建設內容包括：生產運行、設備資產、經營營銷、燃料、安全、人力資源、黨建、協同辦公、對標、績效、領導駕駛艙等。領導駕駛艙的效果包括：更實時、全面、科學的設備可靠性、安全性和經濟性評價，精細化成本管管控，本質安全管理，狀態檢修，專家知識庫提升企業管控能力。

(2)工業互聯網的功能包括：業務全過程、全參數的一體化管理，移動化和虛擬能源，數據量化、推優排序、閉環管理、過程控制、全程追溯。

(3)工業物聯網融入工業互聯網的場景包括：全廠三維可視化建模，視頻監視，人臉識別與門禁管理、考勤管理，安全帽智能視頻識別，跑冒滴漏智能視頻識別，熱成像監視與超溫報警，廠內道路雷達測速，基于電動擋車桿和車牌識別實現車輛出入管理，二維碼與設備臺賬管理、UWB人員定位與周界防護等，以實現全廠安全風險預控。