智慧電廠信息平臺(tái)設(shè)計(jì)方案探討

王 騰

(南京華盾電力信息安全測(cè)評(píng)有限公司，江蘇 南京 211106)

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入新常態(tài)，電力作為民生的重要基石，正面臨著需求增加、管理困難等問題。迫切需要改變粗放型管理模式。隨著中國(guó)“智慧中國(guó)”“智慧城市”“智慧園區(qū)”建設(shè)的蓬勃發(fā)展，智慧化建設(shè)逐漸擴(kuò)展到基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域中。在“互聯(lián)網(wǎng)+ ”時(shí)代發(fā)展的大背景下，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)勢(shì)技術(shù)不斷進(jìn)入人們視線，將先進(jìn)科學(xué)技術(shù)與復(fù)雜電力能源系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，設(shè)計(jì)智能化信息管理平臺(tái)逐漸成為智慧電廠的目標(biāo)。

智慧電廠信息平臺(tái)需要滿足對(duì)信息化建設(shè)的總體思想，并在制度、管理上進(jìn)行創(chuàng)新。從原有的分散管理轉(zhuǎn)向集中管理，打造一體化信息平臺(tái)，提升生產(chǎn)及管理效率，實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策。

1 建設(shè)目標(biāo)

智慧電廠信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)從電廠本身的特性出發(fā)，結(jié)合云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)、管理、運(yùn)營(yíng)、決策等業(yè)務(wù)全覆蓋[1]。以建立高效、便捷的一體化信息應(yīng)用平臺(tái)為總體目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)電廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理智能、精細(xì)、高效、綠色，具體建設(shè)目標(biāo)如下所示。

1.1 智能化信息平臺(tái)

充分利用新理念、新技術(shù)、新方法進(jìn)行創(chuàng)新，促進(jìn)信息化與業(yè)務(wù)管理的深度融合。充分利用互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、數(shù)字孿生、三維虛擬可視化等技術(shù)，促進(jìn)兩化融合，不斷提升管控能力，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)智能化處理。

1.2 一體化信息平臺(tái)

深度解析公司各部門管理方式，在設(shè)計(jì)平臺(tái)的過程中將數(shù)據(jù)共享作為目標(biāo)，打破數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨部門的流程管理，提升公司精細(xì)化、集中化管理水平[2]。

1.3 成熟型信息平臺(tái)

在設(shè)計(jì)和搭建信息化平臺(tái)時(shí)，采用當(dāng)前市場(chǎng)較為成熟的軟硬件產(chǎn)品和技術(shù)手段。信息平臺(tái)應(yīng)具有穩(wěn)定、可靠、高效且易維護(hù)的特點(diǎn)，對(duì)于常見的平臺(tái)故障問題，提供有效的解決方法。

1.4 適應(yīng)型信息平臺(tái)

在設(shè)計(jì)和搭建信息化平臺(tái)時(shí)，應(yīng)充分考慮電廠當(dāng)前的需求以及未來(lái)潛在的建設(shè)需要。為方便日后對(duì)信息平臺(tái)的升級(jí)更新，在平臺(tái)的軟硬件選擇和接口設(shè)計(jì)處最大限度地進(jìn)行調(diào)整。最大化地滿足信息化建設(shè)需求。

2 平臺(tái)架構(gòu)

智慧電廠的總體平臺(tái)如圖1所示，依次包括：現(xiàn)場(chǎng)層、邊緣層、IaaS層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。

圖1 平臺(tái)架構(gòu)

2.1 邊緣層

邊緣層實(shí)現(xiàn)智能視頻、智能穿戴設(shè)備、機(jī)器人等智能工具以及輸電設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)工作人員、控制系統(tǒng)等設(shè)備接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換與邊緣數(shù)據(jù)處理。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層

IaaS層提供虛擬化的計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源，是智慧電廠信息平臺(tái)運(yùn)行的基礎(chǔ)。IaaS層為平臺(tái)提供數(shù)據(jù)傳輸，比如遠(yuǎn)程保修單傳輸、語(yǔ)音對(duì)話、視頻傳輸?shù)龋Ｕ现腔垭姀S的無(wú)線通信[3]。

2.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層為實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管控?cái)?shù)據(jù)、其他數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)池,并為平臺(tái)層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享做鋪墊。

2.4 平臺(tái)層

平臺(tái)層是智慧電廠信息平臺(tái)的中間件，由大數(shù)據(jù)平臺(tái)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法平臺(tái)、應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)、云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)成。大數(shù)據(jù)平臺(tái)用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分析。機(jī)器學(xué)習(xí)算法平臺(tái)可以根據(jù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)建模。應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)提供相應(yīng)可視化開發(fā)工具和公共組件，具有兼容性高的特點(diǎn)。云計(jì)算平臺(tái)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中心資源的虛擬化和中心管理。根據(jù)負(fù)載的需求，使用抽象計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等資源，可以滿足大量用戶使用。

2.5 應(yīng)用層

以智慧電廠信息平臺(tái)為支撐，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管控一體化、網(wǎng)絡(luò)化一體安全監(jiān)控、智慧經(jīng)營(yíng)、智能決策支持、資源管理一體化等應(yīng)用。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系對(duì)IMS平臺(tái)相關(guān)的架構(gòu)、接口、建模等技術(shù)進(jìn)行規(guī)范，保障平臺(tái)研發(fā)、建設(shè)、運(yùn)行和服務(wù)。

3 平臺(tái)功能

智慧電廠信息平臺(tái)包括生產(chǎn)管控一體化、智慧經(jīng)營(yíng)、網(wǎng)絡(luò)化一體安全監(jiān)控、智能化決策支持等功能。

3.1 智慧經(jīng)營(yíng)

智慧經(jīng)營(yíng)借助人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)時(shí)分析電量、電價(jià)、利潤(rùn)等指標(biāo)。建立預(yù)測(cè)模型，通過分析各項(xiàng)指標(biāo)，預(yù)測(cè)一定期間內(nèi)利潤(rùn)和發(fā)電量，預(yù)測(cè)某時(shí)間段內(nèi)經(jīng)營(yíng)成果，輔助公司進(jìn)行決策。

3.2 生產(chǎn)管控一體化

生產(chǎn)管控一體化是以數(shù)據(jù)總線、三維數(shù)據(jù)模型及智能終端設(shè)備為基礎(chǔ)，借助Android和Java技術(shù)搭建遠(yuǎn)程信息化平臺(tái)。生產(chǎn)管控一體化主要包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能故障檢測(cè)、語(yǔ)音對(duì)話等功能。工作人員佩戴智能終端設(shè)備，通過拍照、錄像等方式實(shí)時(shí)將電廠各輸電設(shè)備情況反饋到上一級(jí)。提高電廠安全、經(jīng)濟(jì)、最優(yōu)化運(yùn)行。在進(jìn)行巡檢時(shí)，工作人員如果遇到設(shè)備故障的情況，可以直接在平臺(tái)檢修處填寫報(bào)修單，實(shí)時(shí)提交報(bào)告單，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期監(jiān)測(cè)和設(shè)備智能診斷。語(yǔ)音視頻對(duì)話功能可以方便遠(yuǎn)程專家和電廠工作人員直接聯(lián)系，及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)狀況，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，提高了雙方溝通的便利性。工作人員和管理人員的交互，形成了生產(chǎn)過程的一體化管控，為經(jīng)營(yíng)管理、決策支持等方面提供原始的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[4]。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化一體安全監(jiān)控

網(wǎng)絡(luò)化一體安全監(jiān)控借助智能終端設(shè)備、圖像識(shí)別等技術(shù)手段，通過將智能視頻與生產(chǎn)過程、生產(chǎn)管理的集成，形成一體化安全管理。網(wǎng)絡(luò)化一體安全監(jiān)控主要包括視頻監(jiān)控、自動(dòng)考勤、視頻會(huì)議等功能。

系統(tǒng)通過生物識(shí)別技術(shù)(人臉、虹膜)自動(dòng)為工作人員打卡上下班，并通過定位功能及時(shí)檢測(cè)出工作人員的工作位置和工作線路，保障工作人員自身安全。系統(tǒng)通過智能視頻實(shí)現(xiàn)區(qū)域監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)視，同時(shí)有利于管理人員進(jìn)行全局指揮[5]。

3.4 智能化決策支持

智能一體化決策支持借助數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等技術(shù)手段，通過挖掘信息平臺(tái)中存儲(chǔ)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型分析和預(yù)測(cè)電量消耗、電力生產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，為電廠管理層在經(jīng)營(yíng)管理、設(shè)備診斷等方面決策提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

該平臺(tái)以云平臺(tái)架構(gòu)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，建立各類數(shù)據(jù)分析模型，提供一鍵式實(shí)時(shí)分析。并對(duì)分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可追溯、分析結(jié)果結(jié)構(gòu)化展示。對(duì)精細(xì)化管理、風(fēng)險(xiǎn)可控、決策支持等方面，實(shí)現(xiàn)用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理。

3.5 資源管理一體化

物資管理一體化包括生產(chǎn)管理、物資管理、財(cái)務(wù)管理等功能。資源管理是企業(yè)管理提高的重要基礎(chǔ)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析各個(gè)管理模塊數(shù)據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)。在生產(chǎn)管理上，以“三型五化”為原則，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全生產(chǎn)管控的偏差控制、持續(xù)改進(jìn)；在財(cái)務(wù)管理上，實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)自動(dòng)核算，及時(shí)反映企業(yè)運(yùn)營(yíng)情況；在物資管理上，及時(shí)更新交易情況，對(duì)庫(kù)存低的物資能夠及時(shí)反饋給管理者，提醒管理者及時(shí)補(bǔ)充物資。資源管理一體化很大程度上提高了工作效率和管理水平，另一方面減少了操作失誤,極大地提高了辦事效率，有利于電廠走向規(guī)范化、自動(dòng)化管理。

4 技術(shù)原則

4.1 先進(jìn)性原則

信息一體化平臺(tái)使用的相關(guān)產(chǎn)品(包括軟硬件)和技術(shù)立足于高起點(diǎn)，采用國(guó)際先進(jìn)、成熟、實(shí)用的技術(shù)，支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)、組件技術(shù)，以確保信息一體化平臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間處于技術(shù)領(lǐng)先位置，滿足平臺(tái)技術(shù)發(fā)展的需求。

4.2 創(chuàng)新性原則

智慧電廠信息平臺(tái)設(shè)計(jì)需要滿足智能化建設(shè)的總體目標(biāo)，因此在具體設(shè)計(jì)和開發(fā)中應(yīng)當(dāng)融入新技術(shù)和新管理方式。采用數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，利用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)模型輔助決策，確保平臺(tái)具有創(chuàng)新性和智能化。

4.3 保密性原則

信息一體化平臺(tái)可以打破數(shù)據(jù)孤島，具有數(shù)據(jù)共享的功能，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要嚴(yán)格控制使用者的管理權(quán)限以及自身管理權(quán)限的安全問題，不允許越權(quán)使用，而且應(yīng)該防止外部應(yīng)用的隨意訪問。

4.4 開放性原則

信息一體化平臺(tái)使用的相關(guān)產(chǎn)品(包括軟硬件)和設(shè)備應(yīng)具有良好的擴(kuò)展接口和二次開發(fā)接口，支持?jǐn)?shù)據(jù)集成、應(yīng)用集成、流程集成和用戶集成，滿足跨平臺(tái)的軟件業(yè)務(wù)協(xié)同和企業(yè)電子商務(wù)的需求。

5 結(jié)語(yǔ)

智慧電廠信息平臺(tái)建設(shè)作為未來(lái)電廠發(fā)展方向，應(yīng)當(dāng)借助先進(jìn)的技術(shù)手段和新穎的管理方法。本文在進(jìn)行平臺(tái)設(shè)計(jì)方案的探討中提到了智能設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)與電廠經(jīng)營(yíng)的結(jié)合、圖像識(shí)別與考勤系統(tǒng)的結(jié)合以及機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)智能技術(shù)策略。通過融入先進(jìn)的管理思想，打造一個(gè)高效、智能、便捷的信息化平臺(tái)，全面優(yōu)化電廠的生產(chǎn)管控過程，為管理者提供科學(xué)的決策方案。