集團(tuán)級(jí)火電智能燃煤綜合管理平臺(tái)的應(yīng)用體系構(gòu)建

郭凱旋，黃平平，曲金星，岳益鋒，王群英，張 琨

(華電電力科學(xué)研究院有限公司，杭州 310000)

0 引 言

現(xiàn)階段我國對(duì)煤炭資源的依賴程度仍較大，且易在煤炭利用過程中產(chǎn)生大量的碳排放并造成嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)擔(dān)，即應(yīng)對(duì)碳減排也面臨巨大挑戰(zhàn)[1]，茲待火電燃煤系統(tǒng)在節(jié)能減排中發(fā)揮更大的作用。但目前火力發(fā)電基層企業(yè)燃煤系統(tǒng)的自動(dòng)化和信息化水平偏低，底層設(shè)備以及相關(guān)作業(yè)環(huán)節(jié)自動(dòng)化水平低，如燃煤接卸輸送和摻配的關(guān)鍵設(shè)備(翻車機(jī)、卸船機(jī)和堆取料機(jī))、燃煤計(jì)量和質(zhì)量檢測(cè)、儲(chǔ)煤場(chǎng)測(cè)溫及進(jìn)耗存管理等多以人工就地作業(yè)為主[2-4]，部分電廠已建設(shè)燃料驗(yàn)收自動(dòng)化管控系統(tǒng)，但也大部分屬于獨(dú)立運(yùn)行，與燃煤接卸輸送和摻配以及儲(chǔ)煤場(chǎng)等作業(yè)環(huán)節(jié)缺少信息交互與共享；運(yùn)行管理人員工作繁重，關(guān)鍵部位多以人工巡點(diǎn)檢為主，缺乏在線監(jiān)測(cè)和故障診斷，膠帶撕裂、堵煤、撒煤等運(yùn)行故障時(shí)有發(fā)生[5-7]；由于缺乏數(shù)據(jù)的采集共享和全局尋優(yōu)，導(dǎo)致燃煤采購、調(diào)度、堆放和摻配各環(huán)節(jié)之間經(jīng)常脫節(jié)，造成滯卸費(fèi)和場(chǎng)損增加，采購煤種不能滿足摻配要求或造成摻燒設(shè)備損失成本增加[8-9]。

目前國內(nèi)已有電廠建設(shè)燃料驗(yàn)收自動(dòng)化管控系統(tǒng)，即完成基層企業(yè)的智能燃煤系統(tǒng)并進(jìn)行局部功能建設(shè)。也有電廠建設(shè)了煤場(chǎng)無人值守，主要為堆取料自動(dòng)作業(yè)和數(shù)字煤場(chǎng)系統(tǒng)的建設(shè)[10]。集團(tuán)級(jí)層面上智能燃煤系統(tǒng)建設(shè)側(cè)重于燃料量質(zhì)驗(yàn)收，即系統(tǒng)自動(dòng)采集基層企業(yè)燃料量質(zhì)驗(yàn)收數(shù)據(jù)，同時(shí)配合集團(tuán)ERP完成燃料供應(yīng)商管理、合同審批、費(fèi)用結(jié)算等商務(wù)功能[11]。集團(tuán)層僅包括燃料采購和量質(zhì)驗(yàn)收，其設(shè)備運(yùn)行情況、煤場(chǎng)情況、輸煤系統(tǒng)情況等則在集團(tuán)層面無法查看和集中管理。

已有針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的煤質(zhì)管理模式進(jìn)行研究并改進(jìn)燃料系統(tǒng)工藝流程[12-15]，在火電廠智能燃料管理和降低燃料入場(chǎng)成本研究中建立燃料信息管理系統(tǒng)、輸煤程控系統(tǒng)、堆取料機(jī)控制系統(tǒng)、基層企業(yè)的燃料管理系統(tǒng)等[16]，雖可實(shí)現(xiàn)燃料信息共享和輸煤自動(dòng)化作業(yè)，但各系統(tǒng)之間獨(dú)立規(guī)劃開發(fā)，信息無互通，很多環(huán)節(jié)仍需人工現(xiàn)場(chǎng)巡檢發(fā)現(xiàn)問題，即生產(chǎn)模式高度依賴人員經(jīng)驗(yàn)，效率低下且無法達(dá)到全局最優(yōu)，因而目前在集團(tuán)層面、區(qū)域公司層面、基層企業(yè)層面未能形成多級(jí)應(yīng)用及體系構(gòu)建。

針對(duì)以上問題，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，以下提出以廠級(jí)智能燃煤建設(shè)為基礎(chǔ)而建成集團(tuán)智能燃煤?jiǎn)卧瑢?shí)現(xiàn)底層設(shè)備智能化建設(shè)及數(shù)據(jù)規(guī)范化管理，整合云端煤炭全系數(shù)據(jù)庫、全類型鍋爐機(jī)組仿真模型庫、最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)庫等關(guān)鍵技術(shù)要素，構(gòu)建集團(tuán)級(jí)燃煤綜合技術(shù)服務(wù)體系，在保障燃煤機(jī)組運(yùn)行安全、環(huán)保達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上綜合成本最優(yōu)，建成以廠級(jí)燃煤全生命周期為技術(shù)基礎(chǔ)的綜合服務(wù)平臺(tái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集團(tuán)云端燃煤集約化管控。

1 集團(tuán)級(jí)智能燃煤管理平臺(tái)整體架構(gòu)

集團(tuán)級(jí)智能燃煤管理平臺(tái)以企業(yè)級(jí)智能燃煤建設(shè)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備智能化建設(shè)及數(shù)據(jù)規(guī)范化管理，整合云端煤炭全系數(shù)據(jù)庫、全類型鍋爐機(jī)組仿真模型庫、最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)庫等關(guān)鍵技術(shù)要素，構(gòu)建集團(tuán)級(jí)燃煤綜合技術(shù)服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司、區(qū)域公司、基層燃煤企業(yè)的三級(jí)管控應(yīng)用，打通基層燃煤企業(yè)不同系統(tǒng)間的基層企業(yè)與集團(tuán)層間信息通道，在滿足燃煤接卸、驗(yàn)收、輸送、摻配一體化遠(yuǎn)程管控基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基層企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度及分析決策的智能管控，促進(jìn)基層燃煤企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)一步降本增效；區(qū)域公司管理工作能靠前指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決問題；集團(tuán)公司頂層把控燃煤企業(yè)運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)燃煤生產(chǎn)企業(yè)全過程精細(xì)化管理。

集團(tuán)智能燃煤管理平臺(tái)三級(jí)應(yīng)用構(gòu)架由上至下，如圖1所示。在實(shí)現(xiàn)基層設(shè)備智能化改造以及數(shù)據(jù)信息采集的基礎(chǔ)上，利用智能算法、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)服務(wù)等技術(shù)，開展智慧決策等高級(jí)應(yīng)用分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃煤全過程的在線診斷、狀態(tài)分析、參數(shù)優(yōu)化、運(yùn)行指導(dǎo)等服務(wù)功能。

圖1 集團(tuán)智能燃煤管理平臺(tái)整體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture of the group company’s intelligent coal-fired management platform

2 系統(tǒng)部署及硬件組成

2.1 硬件設(shè)備組成

集團(tuán)級(jí)智能燃煤管理平臺(tái)建設(shè)所需硬件設(shè)備包括底層設(shè)備傳感裝置、中央處理器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等，數(shù)據(jù)傳輸所需的硬件設(shè)備包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和虛擬機(jī)等，各硬件設(shè)備具體功能描述如下：

(1)底層設(shè)備傳感裝置。傳感裝置通過無線或有線通信將設(shè)備狀態(tài)信息傳輸至中央處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

(2)中央處理器。用于對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和處理，中央處理器通過通信電纜連接上層管控平臺(tái)的各服務(wù)模塊。

(3)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫以及接收來自底層設(shè)備狀態(tài)和燃料系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)。

(4)各級(jí)管控平臺(tái)硬件。包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和虛擬機(jī)，通過通信電纜以連接服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和虛擬機(jī)，用于對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)后展示。

2.2 系統(tǒng)部署及數(shù)據(jù)接入

集團(tuán)級(jí)智能燃煤管理平臺(tái)將部署于集團(tuán)公司總部云平臺(tái)，集團(tuán)所需的數(shù)據(jù)從企業(yè)級(jí)燃煤系統(tǒng)的外部接口上傳至集團(tuán)云平臺(tái)。需從底層獲取并上傳的燃煤數(shù)據(jù)包括燃煤生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、燃煤調(diào)度數(shù)據(jù)、煤場(chǎng)管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)類型分為實(shí)序數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。其中，實(shí)序數(shù)據(jù)主要為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的SIS系統(tǒng)、生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)等實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，如SIS系統(tǒng)、生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)等實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要為電廠管理信息系統(tǒng)中的生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，如企業(yè)各應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要為通過智能傳感器采集到的視頻圖片數(shù)據(jù)以及文件數(shù)據(jù)，如設(shè)備類的監(jiān)控視頻以及圖片或生產(chǎn)管理過程中產(chǎn)生的文件類型等數(shù)據(jù)。

3 企業(yè)級(jí)智能燃煤平臺(tái)

企業(yè)級(jí)智能燃煤應(yīng)用平臺(tái)包括智能燃煤控制系統(tǒng)和智能燃煤信息系統(tǒng)2個(gè)系統(tǒng)。其中智能燃煤控制系統(tǒng)包括燃煤接卸輸送模塊、智能摻配模塊、燃料量質(zhì)驗(yàn)收模塊、數(shù)字煤場(chǎng)管理模塊、運(yùn)維巡檢模塊和在線診斷模塊等6個(gè)子模塊。智能燃煤信息系統(tǒng)包括計(jì)劃管理、供應(yīng)商管理、合同管理、調(diào)運(yùn)管理、量質(zhì)驗(yàn)收管理、摻配管理、接卸管理、煤場(chǎng)管理、耗用管理、費(fèi)用管理、報(bào)表與統(tǒng)計(jì)分析、配置管理共12個(gè)子模塊。智能燃煤控制系統(tǒng)與現(xiàn)有的輸煤程控系統(tǒng)集成，并構(gòu)建大數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)的智能算法環(huán)境，實(shí)現(xiàn)燃煤系統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化運(yùn)行。企業(yè)級(jí)智能燃煤平臺(tái)綜合利用智能控制、信息采集、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和服務(wù)管理等技術(shù)，將燃料入廠驗(yàn)收、計(jì)量、采制化、接卸輸送和摻配、煤場(chǎng)管理及進(jìn)耗存、設(shè)備人物的安全防護(hù)等作業(yè)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的集中控制和遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控、自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與管理。

3.1 構(gòu)建燃煤信息全面感知及采集體系

通過建設(shè)燃煤信息全面感知及采集體系以實(shí)現(xiàn)燃煤島全流程底層設(shè)備、儀表的數(shù)據(jù)收集和管理。生產(chǎn)信息感知及采集覆蓋燃煤全流程底層設(shè)備、儀表、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和管理，確保整個(gè)燃煤信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，對(duì)生產(chǎn)過程、設(shè)備狀態(tài)、安全和環(huán)境等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、采集和集成。燃煤信息全面感知及采集體系構(gòu)建如圖2所示。

圖2 燃煤信息全面感知及采集體系構(gòu)建Fig.2 Construction of a comprehensive perception and collection system for coal burning information

采集的信息主要包括燃料接卸輸送和摻配數(shù)據(jù)信息、車輛(船)數(shù)據(jù)信息以及計(jì)量數(shù)據(jù)、采制化數(shù)據(jù)、煤場(chǎng)數(shù)據(jù)、安防數(shù)據(jù)等信息采集，具體采集的數(shù)據(jù)包括燃料接卸輸送和摻配數(shù)據(jù)、車輛(船)數(shù)據(jù)、計(jì)量數(shù)據(jù)、采制化數(shù)據(jù)、煤場(chǎng)數(shù)據(jù)、安防數(shù)據(jù)。

(1)燃料接卸輸送和摻配數(shù)據(jù)采集。與輸煤程控系統(tǒng)、配煤摻燒系統(tǒng)、數(shù)字化煤場(chǎng)系統(tǒng)、應(yīng)用信息系統(tǒng)和其他系統(tǒng)建立接口，接收設(shè)備狀態(tài)與來煤信息，其中來煤信息包括車號(hào)/船號(hào)、供應(yīng)商、發(fā)貨地、煤種、標(biāo)稱最大粒度、煤量、煤質(zhì)、到達(dá)時(shí)間等。通過與輸煤程控、配煤摻燒系統(tǒng)建立的接口,實(shí)時(shí)采集翻車機(jī)、卸船機(jī)、帶式輸送機(jī)、堆取料機(jī)、三通、犁煤器、給煤機(jī)、摻配系統(tǒng)等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

(2)車輛(船)數(shù)據(jù)采集。利用RFID視頻技術(shù)，在燃煤出入廠、計(jì)量、采樣、接卸各環(huán)節(jié)配置車號(hào)識(shí)別、讀卡器、紅綠燈、攔車器、語音提示器、定位裝置等，實(shí)時(shí)采集以上設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，根據(jù)入廠燃煤信息自動(dòng)生成相關(guān)批次號(hào)、編碼等數(shù)據(jù)，完成車輛與供應(yīng)商、礦別的匹配。

(3)計(jì)量數(shù)據(jù)采集。來煤計(jì)量結(jié)合稱重結(jié)果生成計(jì)量數(shù)據(jù)，主要包括記錄編號(hào)、礦別(供應(yīng)商)、車次、發(fā)站、到站、車號(hào)、票重、毛重、皮重、凈重、扣噸、時(shí)間等信息采集。

(4)采制化數(shù)據(jù)采集。① 采樣信息。根據(jù)采樣機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)采樣執(zhí)行情況進(jìn)行自動(dòng)采集，包括報(bào)告編號(hào)、采樣批次/供應(yīng)商編號(hào)、采樣編碼、來煤量、采樣單元煤量、來煤標(biāo)稱最大粒度、采樣點(diǎn)布置、采樣子樣數(shù)、子樣質(zhì)量、縮分比、共用煤樣標(biāo)稱最大粒度、共用煤樣質(zhì)量、采樣點(diǎn)布置、容器號(hào)、設(shè)備編號(hào)、采樣時(shí)間和值班人員、實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)采樣裝置運(yùn)行情況(如啟停、緊急提升采樣頭等)。② 制樣信息。從全自動(dòng)制樣裝置中獲取制樣數(shù)據(jù)，包括報(bào)告編號(hào)、來煤批次、采樣編碼、制樣編碼、共用煤樣標(biāo)稱最大粒度、共用煤樣質(zhì)量、制樣流程、全水分煤樣質(zhì)量、存查煤樣質(zhì)量、一般分析試驗(yàn)煤樣質(zhì)量、棄樣質(zhì)量、制樣時(shí)間、值班人員等信息。實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)制樣系統(tǒng)運(yùn)行情況，包括一級(jí)、二級(jí)縮分器的縮分比等。③ 化驗(yàn)信息。通過連接化驗(yàn)儀器而自動(dòng)采集實(shí)驗(yàn)儀器所產(chǎn)生的化驗(yàn)數(shù)據(jù)，將所采集的數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

(5)煤場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。實(shí)時(shí)采集分區(qū)或分層存煤的礦點(diǎn)、時(shí)間、密度、煤質(zhì)、價(jià)格等信息；采集煤場(chǎng)或煤場(chǎng)分區(qū)之間的轉(zhuǎn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)；采集煤場(chǎng)或煤場(chǎng)分區(qū)的煤量與煤質(zhì)數(shù)據(jù)，包括煤場(chǎng)分區(qū)、存儲(chǔ)量、煤質(zhì)、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、粉塵、可燃?xì)怏w等信息。

(6)安防數(shù)據(jù)采集。采用UWB技術(shù)，利用標(biāo)簽進(jìn)行精確定位，實(shí)時(shí)采集位置信息及運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤信息，采集視頻監(jiān)控系統(tǒng)畫面數(shù)據(jù)。

3.2 通信協(xié)議轉(zhuǎn)換

根據(jù)燃煤島底層生產(chǎn)裝備與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息的接入，結(jié)合OPC-UA連接燃煤島涉及的PLC/DCS、各種測(cè)量?jī)x表、底層操作設(shè)備、智能傳感器以及RFID等讀寫設(shè)備。將采集到的信號(hào)進(jìn)行協(xié)議和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，利用OPC-UA將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡髽I(yè)級(jí)智能燃煤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的采集和傳輸。

3.3 邊緣數(shù)據(jù)自動(dòng)處理

利用無人化設(shè)備拍攝的水尺圖像、刻度、吃水線的自動(dòng)識(shí)別算法；燃料入場(chǎng)驗(yàn)收過程的采樣、稱重和卸煤位置的分配算法，根據(jù)車型信息確定采樣方案的數(shù)據(jù)處理；落煤管堵煤、膠帶跑偏、膠帶異物、人員安全防護(hù)等視頻信號(hào)的圖像識(shí)別與處理算法；激光掃描儀采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理算法。將以上采集到的燃煤島底層生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣計(jì)算，邊緣數(shù)據(jù)處理是1種分布式計(jì)算模式，它將數(shù)據(jù)處理和服務(wù)部署從云端轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，即靠近數(shù)據(jù)源或用戶的地方。通過對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的邊緣計(jì)算與預(yù)處理，并兼顧數(shù)據(jù)采集的時(shí)效與存儲(chǔ)規(guī)模，可以減少網(wǎng)絡(luò)延遲，提高數(shù)據(jù)安全性，節(jié)省帶寬成本，確保了整個(gè)燃煤島信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，有利于系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

3.4 智能燃煤控制系統(tǒng)

企業(yè)級(jí)應(yīng)用下的智能燃煤控制系統(tǒng)包含6個(gè)模塊，分別為燃煤接卸輸送模塊、智能摻配模塊、燃料量質(zhì)驗(yàn)收模塊、數(shù)字煤場(chǎng)管理模塊、運(yùn)維巡檢模塊、在線診斷模塊，其功能設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 智能燃煤控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)Fig.3 Functional design of intelligent coal-fired control system

從燃煤信息全面采集及傳輸中獲取底層設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和燃料的采購及化驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，通過各功能模塊中的控制算法及功能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)燃煤島關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)作業(yè)，指導(dǎo)煤場(chǎng)調(diào)度、配煤摻燒、故障診斷，對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制從而達(dá)到全過程的智能化管理模式。智能燃煤控制系統(tǒng)的6個(gè)模塊功能介紹如下：

(1)燃煤接卸輸送模塊功能。通過與輸煤程控、配煤摻燒系統(tǒng)建立的接口，實(shí)時(shí)監(jiān)視并遠(yuǎn)程控制翻車機(jī)、卸船機(jī)、帶式輸送機(jī)、堆取料機(jī)、三通、犁煤器、給煤機(jī)等設(shè)備運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)視燃煤接卸情況，獲取卸車編組信息，對(duì)混編車組進(jìn)行預(yù)警提示，統(tǒng)計(jì)車輛廠內(nèi)停留時(shí)長(zhǎng)。通過對(duì)設(shè)備狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)來制定和執(zhí)行接卸方案，根據(jù)來煤信息、儲(chǔ)煤場(chǎng)現(xiàn)狀和設(shè)備狀態(tài)，自動(dòng)生成接卸方案，并發(fā)送給輸煤程控系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行。堆取料接收到執(zhí)行信號(hào)開始自動(dòng)作業(yè)，根據(jù)接卸方案及堆取料機(jī)狀態(tài)，自動(dòng)制定堆取料作業(yè)方案，審核通過后發(fā)送至堆取料機(jī)自動(dòng)執(zhí)行，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合計(jì)量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)接卸、上煤數(shù)量和煤種。

(2)智能摻配模塊功能。智能摻配模塊可實(shí)時(shí)監(jiān)視上煤情況，讀取原煤倉料位數(shù)據(jù)，包括班次、倉號(hào)、煤場(chǎng)、煤種、煤質(zhì)、本次計(jì)劃上煤量、已上煤量、剩余煤量、原煤倉實(shí)時(shí)煤量等信息。制定和執(zhí)行摻配計(jì)劃，根據(jù)煤場(chǎng)的存煤結(jié)構(gòu)、煤質(zhì)情況和機(jī)組負(fù)荷計(jì)劃，自動(dòng)生成1個(gè)或多個(gè)滿足安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)的摻配方案，并自動(dòng)下達(dá)給輸煤程控系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行。

(3)燃料量質(zhì)驗(yàn)收模塊功能。燃料量質(zhì)驗(yàn)收模塊可自動(dòng)生成與執(zhí)行采樣方案，關(guān)聯(lián)入廠車輛識(shí)別信息，根據(jù)煤量及相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成采樣方案，內(nèi)容包含：采樣批次、采樣編碼、來煤量、采樣單元量、采樣子樣數(shù)、采樣分布、縮分比、容器編號(hào)等信息，并傳輸給機(jī)械采樣裝置執(zhí)行。模塊可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采樣、制樣、化驗(yàn)裝置運(yùn)行情況，并能遠(yuǎn)程控制設(shè)備狀態(tài)，能設(shè)置、修改設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，但保留修改記錄，同時(shí)設(shè)備異常時(shí)具有報(bào)警提示功能。通過連接化驗(yàn)儀器，將查詢實(shí)驗(yàn)儀器所產(chǎn)生的化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行列表顯示，系統(tǒng)自動(dòng)將煤樣的元素分析化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行復(fù)審、計(jì)算后統(tǒng)一匯總到煤樣煤質(zhì)情況記錄中。以圖形化直觀顯示各化驗(yàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，以及當(dāng)前化驗(yàn)的溫度、濕度的顯示，并對(duì)每日化驗(yàn)工作和今日化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

(4)數(shù)字煤場(chǎng)管理模塊功能。該模塊可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)進(jìn)耗存管理，關(guān)聯(lián)燃煤接卸輸送和摻配、車輛識(shí)別管控、化驗(yàn)管控以及應(yīng)用信息管理系統(tǒng)、盤煤系統(tǒng)及氣體和溫度檢測(cè)裝置等設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)燃煤進(jìn)、耗、存及其量、質(zhì)、價(jià)信息自動(dòng)更新，可實(shí)時(shí)顯示煤場(chǎng)分區(qū)或分層存煤的礦點(diǎn)、時(shí)間、密度、煤質(zhì)、價(jià)格等信息；顯示煤場(chǎng)或煤場(chǎng)分區(qū)之間的轉(zhuǎn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)，自動(dòng)更新對(duì)應(yīng)煤場(chǎng)或煤場(chǎng)分區(qū)的煤量與煤質(zhì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、預(yù)警功能，實(shí)時(shí)顯示儲(chǔ)煤場(chǎng)風(fēng)速、風(fēng)向、粉塵、可燃?xì)怏w、存煤溫度等數(shù)據(jù)并提示報(bào)警；可設(shè)置儲(chǔ)煤場(chǎng)的最低、最高庫存量和存煤期限，具有超限和超期提示報(bào)警功能；具備存煤超溫、時(shí)間超限等情況預(yù)警功能并發(fā)出報(bào)警。

(5)運(yùn)維巡檢模塊功能。運(yùn)維巡檢模可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位和歷史軌跡回放，設(shè)置電子圍欄，規(guī)定不同的作業(yè)區(qū)域和活動(dòng)范圍，劃分警報(bào)區(qū)域、安全區(qū)域、禁止區(qū)域各類別電子圍欄，聯(lián)鎖人員定位系統(tǒng)對(duì)工作人員進(jìn)行管控，進(jìn)入觸發(fā)相應(yīng)級(jí)別報(bào)警。SOS一鍵報(bào)警，當(dāng)被定位人員遇到危險(xiǎn)時(shí)可及時(shí)按鍵報(bào)警，后臺(tái)管理人員在第一時(shí)間知曉并及時(shí)作出消防救援決策。

(6)在線診斷模塊功能。① 在線診斷模塊可實(shí)現(xiàn)溫度在線監(jiān)測(cè)，通過對(duì)關(guān)鍵設(shè)備及故障常發(fā)部位(如軸承處)安裝溫度檢測(cè)及數(shù)據(jù)采集裝置，對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的溫度進(jìn)行連續(xù)的在線監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、報(bào)警或診斷，為設(shè)備的運(yùn)行、管理、維護(hù)提供科學(xué)的依據(jù)。② 在線診斷模塊可實(shí)現(xiàn)輸煤膠帶縱向撕裂檢測(cè)，在帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行情況下對(duì)上膠帶底部進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)在線檢測(cè)，一旦膠帶發(fā)生縱向撕裂，檢測(cè)裝置將在第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警并停止膠帶運(yùn)行，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。③ 模塊的故障診斷功能體現(xiàn)在將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并給出設(shè)備的運(yùn)行趨勢(shì)，通過專家診斷系統(tǒng)對(duì)設(shè)備早期故障進(jìn)行預(yù)判后提出改善方案，幫助管理人員對(duì)設(shè)備故障、壽命進(jìn)行評(píng)估。

3.5 智能燃煤信息系統(tǒng)

智能燃煤信息系統(tǒng)包括計(jì)劃管理模塊、供應(yīng)商管理模塊、合同管理模塊、調(diào)運(yùn)管理模塊、量質(zhì)驗(yàn)收管理模塊、摻配管理模塊、接卸管理模塊、煤場(chǎng)管理模塊、耗用管理模塊、費(fèi)用管理模塊、報(bào)表與統(tǒng)計(jì)分析模塊和配置管理共12個(gè)模塊，各模塊的功能詳介如下：

(1)計(jì)劃管理。計(jì)劃管理應(yīng)用模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料年度計(jì)劃、月度計(jì)劃、需求計(jì)劃、采購計(jì)劃等的編制、審批、上報(bào)操作。

(2)供應(yīng)商管理。供應(yīng)商管理應(yīng)用模塊具有對(duì)供應(yīng)商信息進(jìn)行維護(hù)和評(píng)價(jià)的功能，即可對(duì)供應(yīng)商信息結(jié)構(gòu)調(diào)整、供應(yīng)商評(píng)價(jià)及對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行綜合評(píng)分、評(píng)定等級(jí)。

(3)合同管理。合同管理是對(duì)電廠與燃料供應(yīng)商簽訂的合同相關(guān)信息(燃料數(shù)量、品種、規(guī)定的質(zhì)量要求等)進(jìn)行管理，包括采購合同、運(yùn)輸合同、合同執(zhí)行、合同查詢與統(tǒng)計(jì)分析功能。

(4)調(diào)運(yùn)管理。通過調(diào)運(yùn)管理應(yīng)用模塊可自動(dòng)計(jì)算來煤調(diào)運(yùn)計(jì)劃，制定科學(xué)的燃煤入廠方案，結(jié)合相應(yīng)的摻配方案與月度采購合同，與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營對(duì)煤炭需求情況對(duì)照，超前預(yù)測(cè)，使煤炭單價(jià)、運(yùn)輸成本、倉儲(chǔ)成本和資金成本等在內(nèi)的燃料價(jià)值流程的總成本最小。

(5)量質(zhì)驗(yàn)收管理。系統(tǒng)分別與軌道衡和汽車衡計(jì)量設(shè)備連接，自動(dòng)采集入廠煤量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)與化驗(yàn)室智能管控系統(tǒng)連接，自動(dòng)采集化驗(yàn)數(shù)據(jù)，生成相關(guān)報(bào)表，對(duì)化驗(yàn)設(shè)備和存樣進(jìn)行管理。

(6)摻配管理。對(duì)配煤摻燒方案進(jìn)行管理，配煤摻燒方案根據(jù)鍋爐燃燒特性及當(dāng)前負(fù)荷情況，將煤質(zhì)/價(jià)信息、煤耗情況、發(fā)電量情況相結(jié)合，進(jìn)行歷史分析和優(yōu)化計(jì)算，系統(tǒng)自動(dòng)生成多套上煤方案，以供決策人員選擇，且在選擇后可由決策人員進(jìn)行適當(dāng)修改，可查詢摻燒歷史記錄、進(jìn)行配煤方案分析、煤質(zhì)評(píng)價(jià)和上煤指導(dǎo)。

(7)接卸管理。采用接卸管理，可實(shí)現(xiàn)接卸設(shè)備的最大可接卸煤量管理優(yōu)化。

(8)煤場(chǎng)管理。煤場(chǎng)管理分為煤場(chǎng)盤存、煤場(chǎng)進(jìn)耗存動(dòng)態(tài)及煤堆溫度監(jiān)測(cè)管理，科學(xué)的煤場(chǎng)管理可為合理摻配燒和卸煤調(diào)度提供決策依據(jù)。

(9)燃煤耗用管理。即耗煤計(jì)劃管理，根據(jù)當(dāng)月計(jì)劃發(fā)電量和當(dāng)月已發(fā)電量實(shí)時(shí)調(diào)整當(dāng)月剩余日的發(fā)電計(jì)劃，進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)整日耗煤計(jì)劃。

(10)費(fèi)用管理。費(fèi)用管理旨在建立實(shí)時(shí)化、可視化、系統(tǒng)化的燃料信息管理體系，最終實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)，從而提高對(duì)最低燃料成本的預(yù)測(cè)和控制能力。度電燃煤成本管理實(shí)現(xiàn)燃煤發(fā)電成本分析，實(shí)時(shí)分析燃煤成本的影響因素，對(duì)度電的各類成本進(jìn)行分析，測(cè)算機(jī)組運(yùn)行的盈虧平衡點(diǎn)及盈虧趨勢(shì)分析，實(shí)現(xiàn)電廠生產(chǎn)過程中燃料耗費(fèi)的分析，展示燃料成本的變動(dòng)情況和變動(dòng)趨勢(shì)。

(11)報(bào)表與統(tǒng)計(jì)分析。該項(xiàng)分析的統(tǒng)計(jì)功能主要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表、臺(tái)帳的生成，包括成本分析報(bào)表、入廠煤質(zhì)量驗(yàn)收綜合統(tǒng)計(jì)表、入廠煤經(jīng)濟(jì)分析表、進(jìn)耗存日/月報(bào)統(tǒng)計(jì)生成、報(bào)表查詢打印等。分析功能需要圍繞建立在燃料運(yùn)營數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)模型展開。數(shù)據(jù)模型包括電廠計(jì)劃分析模型、煤種成本分析模型等。

(12)配置管理。配置管理模塊的適用對(duì)象主要針對(duì)系統(tǒng)管理員及編碼維護(hù)人員，包括系統(tǒng)的初始化、設(shè)置、維護(hù)等功能，用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的日常管理和流程控制。企業(yè)級(jí)只能控制廠區(qū)的相關(guān)內(nèi)容，其功能主要分為機(jī)構(gòu)管理、用戶管理、角色管理、角色權(quán)限管理、報(bào)表格式維護(hù)、系統(tǒng)參數(shù)維護(hù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、權(quán)限管理、業(yè)務(wù)流程管理、操作日志等模塊。

4 區(qū)域級(jí)應(yīng)用平臺(tái)及云端核心仿真數(shù)據(jù)庫

區(qū)域級(jí)應(yīng)用平臺(tái)不單獨(dú)建設(shè)，對(duì)于區(qū)域級(jí)的功能應(yīng)用主要通過集團(tuán)級(jí)平臺(tái)訪問端口和基于區(qū)域綜合能源控制平臺(tái)2種方式實(shí)現(xiàn)，即最終通過建設(shè)云端核心仿真數(shù)據(jù)庫得以實(shí)現(xiàn)，從而有效服務(wù)于直屬單位對(duì)所轄區(qū)域內(nèi)基層燃煤企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理的總體管控。云端核心仿真數(shù)據(jù)庫建設(shè)如圖4所示。

圖4 云端核心仿真數(shù)據(jù)庫建設(shè)Fig.4 Construction of cloud core simulation database

云端核心仿真數(shù)據(jù)庫涵蓋三大數(shù)據(jù)庫，分別為煤炭全系數(shù)據(jù)庫、鍋爐機(jī)組仿真模型庫及最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)庫。該云端數(shù)據(jù)庫涵蓋全集團(tuán)煤炭全系數(shù)據(jù)庫，打通底層至云端的同步傳輸通道，為集團(tuán)全面分析燃煤系統(tǒng)效益提供準(zhǔn)確、詳實(shí)、可用的煤炭相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同鍋爐機(jī)組全工況下運(yùn)行特性的仿真模擬，并完成機(jī)組最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)庫的動(dòng)態(tài)更新，為同類型機(jī)組相同工況下的故障分析及運(yùn)行優(yōu)化提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

煤炭全系數(shù)據(jù)庫覆蓋全集團(tuán)燃煤煤質(zhì)、堆場(chǎng)特性、煤-爐耦合特性、燃煤經(jīng)濟(jì)及邊際關(guān)系等數(shù)據(jù)；鍋爐機(jī)組仿真模型庫包括集團(tuán)不同等級(jí)不同燃燒方式的鍋爐機(jī)組物理模型，燃燒、熱力及環(huán)保等機(jī)理和智能算法模型；最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)庫集合不同類型機(jī)組全工況下配煤比例，燃料量，配風(fēng)方式，運(yùn)行氧量，爐膛負(fù)壓等運(yùn)行參數(shù)，依據(jù)燃煤運(yùn)行評(píng)測(cè)體系，動(dòng)態(tài)更新最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)庫。

5 集團(tuán)級(jí)火電智能燃煤管控平臺(tái)

為了使企業(yè)級(jí)燃煤系統(tǒng)故障診斷、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、成本管控提供遠(yuǎn)程技術(shù)服務(wù)，集團(tuán)級(jí)火電智能燃煤管控平臺(tái)從滿足集團(tuán)公司燃煤計(jì)劃、采購、調(diào)度、生產(chǎn)等保障供煤的安全性和經(jīng)濟(jì)性需求出發(fā)，整合燃煤相關(guān)體系的數(shù)據(jù)資源，設(shè)計(jì)燃煤對(duì)標(biāo)生產(chǎn)展示、采購調(diào)度輔助決策、遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維、指標(biāo)評(píng)價(jià)決策、燃煤成本管控、智能專家?guī)斓葢?yīng)用模塊，對(duì)標(biāo)集團(tuán)內(nèi)外的先進(jìn)指標(biāo)，產(chǎn)研結(jié)合、運(yùn)管協(xié)同，提供多層次、多維度的智慧決策分析，推動(dòng)集團(tuán)燃煤系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和精益化管理。集團(tuán)級(jí)管控平臺(tái)獲取各企業(yè)底層數(shù)據(jù)信息，通過云端核心仿真數(shù)據(jù)庫的模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)級(jí)燃料管理進(jìn)行評(píng)估、診斷、指導(dǎo)和預(yù)警功能，同時(shí)將其優(yōu)化后的數(shù)據(jù)再上傳至云端數(shù)據(jù)庫，使云端數(shù)據(jù)庫模型進(jìn)行再學(xué)習(xí)和更新。

集團(tuán)級(jí)火電智能燃煤管控平臺(tái)功能示意如圖5所示。燃煤管控系統(tǒng)包含云端故障診斷分析、設(shè)備狀態(tài)分析模型優(yōu)化、鍋爐機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指導(dǎo)和燃煤成本管控優(yōu)化4個(gè)模塊，最終通過各模塊數(shù)據(jù)間的多層次多維度的智慧決策分析，對(duì)全集團(tuán)的煤質(zhì)進(jìn)行分析總結(jié)。

圖5 集團(tuán)級(jí)火電智能燃煤管控平臺(tái)功能Fig.5 Functions of group company intelligent coal-fired control platform for thermal power

集團(tuán)級(jí)火電智能燃煤管控平臺(tái)的各模塊功能描述如下：

(1)云端故障診斷分析。包括集團(tuán)內(nèi)外燃煤系統(tǒng)重大典型故障集，對(duì)故障類別、內(nèi)容、原因及處理方案進(jìn)行智能分類匯總，完成故障智能分析模型，建立故障分析專家診斷系統(tǒng)，為企業(yè)級(jí)快速提供重大故障的解決方案，實(shí)現(xiàn)重大故障解決經(jīng)驗(yàn)的共享。

(2)設(shè)備狀態(tài)分析模型優(yōu)化。基于廠級(jí)燃煤?jiǎn)卧P(guān)鍵設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)體系，自動(dòng)抓取異常數(shù)據(jù)至云端，完成智能分析模型的再學(xué)習(xí)，持續(xù)優(yōu)化廠級(jí)燃煤?jiǎn)卧闹悄芊治瞿Ｐ停瑢?shí)現(xiàn)云邊協(xié)同的智能分析。

(3)鍋爐機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指導(dǎo)。立足云端燃煤核心數(shù)據(jù)庫，建立鍋爐安全、環(huán)保和效益綜合評(píng)價(jià)技術(shù)體系，通過鍋爐機(jī)組云端仿真和局部數(shù)據(jù)驗(yàn)證，給出同類型鍋爐機(jī)組經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行解決方案，提升集團(tuán)鍋爐機(jī)組整體運(yùn)行水平。

(4)燃煤成本管控優(yōu)化。立足云端燃煤核心數(shù)據(jù)庫，建立燃煤全生命周期管控模型，科學(xué)精準(zhǔn)評(píng)估電廠燃煤關(guān)鍵環(huán)節(jié)成本指標(biāo)及優(yōu)化空間，給出相關(guān)成本優(yōu)化解決方案。

(5)全集團(tuán)煤質(zhì)分析。通過采集全集團(tuán)電廠煤質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)合電廠燃用煤種設(shè)計(jì)值，跟蹤發(fā)電企業(yè)實(shí)際入爐煤煤質(zhì)情況，對(duì)關(guān)鍵煤質(zhì)指標(biāo)長(zhǎng)期偏離設(shè)計(jì)值的情況提出指導(dǎo)性建議及預(yù)防性措施，對(duì)因煤質(zhì)原因?qū)е碌姆峭５戎卮笤O(shè)備異常情況進(jìn)行入爐煤煤質(zhì)回顧性分析，從而減少煤質(zhì)偏差引起的設(shè)備異常。

6 結(jié) 論

通過集團(tuán)級(jí)火電智能燃煤管控的多級(jí)應(yīng)用體系構(gòu)建，在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人等新一代信息和裝備技術(shù)與燃煤系統(tǒng)進(jìn)行深度融合下，基于云平臺(tái)建設(shè)專家知識(shí)庫，實(shí)現(xiàn)燃煤采購調(diào)度、設(shè)備故障診斷、管理分析決策的智能化運(yùn)行。在保障燃煤機(jī)組運(yùn)行安全、環(huán)保達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，使綜合成本最優(yōu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集團(tuán)燃煤集約化管控。

(1)實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司上下信息的實(shí)時(shí)共享。需要建設(shè)集團(tuán)級(jí)與企業(yè)級(jí)智能燃煤系統(tǒng)功能應(yīng)用以統(tǒng)籌把控、高效監(jiān)管為核心內(nèi)容，頂層配置，整合資源，打通集團(tuán)公司上下信息渠道，可實(shí)時(shí)共享使用數(shù)據(jù)，達(dá)成燃煤生產(chǎn)對(duì)標(biāo)、采購調(diào)度、遠(yuǎn)程監(jiān)控、成本管控等各項(xiàng)業(yè)務(wù)的在線過程管理，促進(jìn)基層企業(yè)提質(zhì)增效，推動(dòng)集團(tuán)燃煤系統(tǒng)精益化管理和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)燃煤系統(tǒng)的統(tǒng)一化管理。

(2)有效提升電廠燃料管理質(zhì)量。燃煤發(fā)電智能燃煤系統(tǒng)平臺(tái)以設(shè)備自動(dòng)化改造升級(jí)，全局智能化調(diào)度分析決策，精益化運(yùn)營管理服務(wù)為核心內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)燃煤接卸、輸送、摻配、量質(zhì)驗(yàn)收和煤場(chǎng)設(shè)備的智能化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)燃煤系統(tǒng)設(shè)備、燃料和人員相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，信息互通，建立基于人工智能技術(shù)的智能決策系統(tǒng)，有效提升電廠燃料管理質(zhì)量。

(3)推動(dòng)集團(tuán)公司火電板塊持續(xù)降本增效。通過智能燃煤系統(tǒng)建設(shè)，降低燃煤指標(biāo)、減少燃煤成本、杜絕腐敗風(fēng)險(xiǎn)、保障運(yùn)行安全、提升工作效率，推動(dòng)集團(tuán)公司火電板塊持續(xù)降本增效，提高火電企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。