智能電廠，是基于“計算機技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)、云計算與服務(wù)、移動應(yīng)用、可視化技術(shù)與人工智能（專家知識庫）”高度融合的、更高階段的自動化電廠。智能電廠，是實現(xiàn)“更高設(shè)備可靠度、更優(yōu)出力與運行、更低能耗與排放、更強外部條件適應(yīng)性、更少人力需求和更好企業(yè)效益”的必由之路。

基于“云大物移”的智能電廠建設(shè)

北京必可測科技股份有限公司董事長 何立榮/文

一、智能電廠的概念

智能電廠，是基于“計算機技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)、云計算與服務(wù)、移動應(yīng)用、可視化技術(shù)與人工智能（專家知識庫）”高度融合的、更高階段的自動化電廠；智能電廠，由三大功能模塊組成，且呈正三角形態(tài)分布。上角為“智能經(jīng)營”，這是發(fā)電企業(yè)的最終目標(biāo)；左下角為“智能發(fā)電”，是通過人機（自動化設(shè)備）交互、并根據(jù)預(yù)設(shè)和整定好的控制邏輯，自動執(zhí)行企業(yè)經(jīng)營計劃、完成生產(chǎn)任務(wù)的基礎(chǔ)；右下角為“智能維護”，是通過不斷改善設(shè)備的運行工況與不斷提升設(shè)備的可靠度，持續(xù)支撐“智能發(fā)電”優(yōu)化運行的保證。

智能電廠，是實現(xiàn)“更高設(shè)備可靠度、更優(yōu)出力與運行、更低能耗與排放、更強外部條件適應(yīng)性、更少人力需求和更好企業(yè)效益”的必由之路。

二、智能電廠的建設(shè)思想、方法步驟及實現(xiàn)功能如下

1.智能感知——數(shù)據(jù)采集與處理的智能化

（1）實時在線采集工藝信號的溫度、壓力、流量、振動、水質(zhì)、油質(zhì)、煤質(zhì)、汽質(zhì)、電量等指標(biāo)，保護、傳感器的狀態(tài)，能夠?qū)δM信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換或直接數(shù)字化采集并自動發(fā)送；

（2）實時在線采集信號的傳感器，能夠故障自診斷并自動報警；

（3）實時在線采集圖像信號的視頻傳感器，能夠?qū)D像內(nèi)容進(jìn)行智能識別；能夠故障自診斷并自動發(fā)送；

（4）實時在線采集聲音信號的音頻傳感器，能夠?qū)β曇粜盘栠M(jìn)行智能識別；能夠故障自診斷并自動發(fā)送；

（5）周期離線工藝信號的人工采集與自動發(fā)送；

（6）周期離線圖像信號的人工采集與自動發(fā)送；

（7）周期離線音頻信號的人工采集與自動發(fā)送；

（8）設(shè)計數(shù)據(jù)、臺賬數(shù)據(jù)（含設(shè)備編碼）、試驗數(shù)據(jù)、技改數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)、歷史檔案、各種標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行電子化處理；

將以上所有工藝參數(shù)、圖像音頻、圖表資料，進(jìn)行數(shù)字化和電子化處理以后，再分別對接到設(shè)備臺帳中的每個元器件上。這是智能化電廠建設(shè)的基礎(chǔ)。因為只有在真實、有效、全面的大數(shù)據(jù)之上，才能進(jìn)行精確的分析與診斷。即：設(shè)備的狀態(tài)評估、風(fēng)險評估及壽命評估。

2.智能診斷——狀態(tài)分析與診斷的智能化

（1）設(shè)備狀態(tài)評估自動化。

運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊矩陣、魯棒及遺傳等先進(jìn)的數(shù)學(xué)算法，對以上的大數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計分析，并對各種故障模式（包括：故障類型、故障部位、故障等級等）進(jìn)行建模；再由專家根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、以及專家知識庫，對普遍共性的故障模型進(jìn)行驗證和修正；再針對不同企業(yè)的設(shè)備工況和特殊的故障模型，定制具體的、個性的相對標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步完善故障模型的普遍性和特殊性。從而全面支撐設(shè)備狀態(tài)評估結(jié)論、故障預(yù)警及解決方案的自動化推送；

（2）設(shè)備風(fēng)險評估自動化。

根據(jù)設(shè)備的安全性、經(jīng)濟性、環(huán)保性、健康性的不同權(quán)重，建成多維度風(fēng)險矩陣模型。并隨著工藝參數(shù)的動態(tài)變化，自動推送預(yù)警信息；

（3）設(shè)備的壽命評估。

根據(jù)高溫部件、承壓部件、高速旋轉(zhuǎn)部件及密封部件的特性，運用先進(jìn)知識及算法，結(jié)合專家知識庫，對相關(guān)大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，創(chuàng)建接近真實的數(shù)學(xué)模型并不斷豐富完善。能夠隨著工藝參數(shù)的動態(tài)變化，自動推送定量定性的壽命周期信息、安全預(yù)警信息和處理方案。

3.智能決策——決策制定與支撐的智能化

設(shè)備的狀態(tài)評估、風(fēng)險評估及壽命評估，是建立在大數(shù)據(jù)分析技術(shù)與專家知識庫（人工智能）高度融合的基礎(chǔ)上的?？v向維度上，已經(jīng)把設(shè)備的可靠度管理，落實到了元器件級。把設(shè)備的性能管理，從單臺設(shè)備擴展到了整套機組。橫向維度上，覆蓋了設(shè)備的全壽命周期管理。從設(shè)計制造、運輸安裝、調(diào)試投產(chǎn)、運行維護、技術(shù)改造到退役報廢。

所以，可以自動提供多種決策建議：

（1）自動推送備件采購工單：備件臺賬（編碼）、數(shù)量及需要周期；

（2）自動推送運維預(yù)算明細(xì)：備件、用工、耗時的精確統(tǒng)計報告；

（3）自動推送設(shè)備改善方案：精細(xì)化檢修方案及作業(yè)指導(dǎo)規(guī)范；

（4）自動推送運行優(yōu)化方案：調(diào)哪里、怎么調(diào)，實時提供運行建議；

（5）自動推送經(jīng)營調(diào)度方案：送哪些用戶、保持多少負(fù)荷。

4.智能組態(tài)——熱控診斷與調(diào)節(jié)控制的智能化

無論是DCS系統(tǒng)、現(xiàn)場總線技術(shù)，還是PLC，大多只利用了少量的控制信息，一般只采集閥門的開度、遠(yuǎn)程/就地、已開/已關(guān)等信息，用于控制的開/關(guān)指令。大量的智能儀表設(shè)備的診斷信息均未利用起來；比如：無論是氣動、電動還是液動執(zhí)行機構(gòu)，他們的卡澀、粘滯、堵塞或泄漏故障，都會引起控制器的控制指令無法準(zhǔn)確、及時實施。從而導(dǎo)致能耗增加、設(shè)備磨損加重；嚴(yán)重者，當(dāng)某些關(guān)鍵工藝變量波動時，甚至?xí)斐上到y(tǒng)失穩(wěn)或完全失效。從而導(dǎo)致非停事故，給企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟損失。

根據(jù)對控制回路的異常數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，結(jié)合專家知識庫的經(jīng)驗比對，形成卡澀、粘滯、堵塞或泄漏故障的辨識模型，創(chuàng)建對應(yīng)的補償模型，及解決方案。進(jìn)而達(dá)到如下目標(biāo)：

（1）執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷結(jié)果的自動發(fā)送；

（2）執(zhí)行機構(gòu)粘滯模型的辨識與補償方式的自動調(diào)節(jié)；

（3）執(zhí)行機構(gòu)的故障解決方案自動發(fā)送。

5.智能協(xié)調(diào)——電廠與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)智能化

只有當(dāng)智能電廠與智能電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)友好時，才能誕生一個健壯的電力能源供應(yīng)系統(tǒng)。

根據(jù)中國現(xiàn)在火電、核能、綠色能源、分布式能源的交叉布局，根據(jù)多種電壓等級及交直流電網(wǎng)的縱橫延展，根據(jù)國內(nèi)外機網(wǎng)失調(diào)所造成的巨大損失的教訓(xùn)，運用先進(jìn)而成熟的綜合技術(shù)，創(chuàng)建智能化機網(wǎng)協(xié)調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)對機網(wǎng)雙方向的故障預(yù)判、預(yù)警及自保護、自適應(yīng)和自恢復(fù)的功能，確保電廠和電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

6.智能運維——運檢維營一體化、智能化軟件平臺

這既是一個大數(shù)據(jù)信息集成平臺，一個設(shè)備與控制系統(tǒng)的故障診斷與可靠度管理平臺，一個全方位決策優(yōu)化平臺，也是一個全員工作平臺。

運用一套編碼體系，將電廠的靜設(shè)備，編碼到“焊口級”；將動設(shè)備，編碼到“元器件級”。全廠三維模型的建立，亦遵循這個細(xì)度原則（“焊口級”、“元器件級”）。將全廠的空間及設(shè)備的設(shè)計信息、制造信息、安裝調(diào)試信息、運行維護信息、檢修歷史信息、技術(shù)監(jiān)督信息、實時過程信息，全部加載到這一碼二級的三維模型上。精準(zhǔn)完成基建時期的大數(shù)據(jù)移交，并實現(xiàn)基建與生產(chǎn)的無縫對接。然后，再進(jìn)行大數(shù)據(jù)的挖掘、提煉及與人工智能（專家知識庫）的高度融合，形成豐富而精準(zhǔn)的設(shè)備故障模型，從而實現(xiàn)本文所列的各項高級功能。繼而實現(xiàn)運檢維營界面的崗位定制與自動銜接；桌面辦公與移動應(yīng)用的自動融合。不再有信息孤島和非停事故；亦不再有非常排放和非常能耗。

7.智能移動——移動應(yīng)用終端的智能化

移動應(yīng)用終端，既是一個信息交互平臺，一個工作平臺，也是一個安全監(jiān)督平臺。只是不同身份和級別的應(yīng)用終端，對應(yīng)著不同的工作界面和權(quán)限。高層決策者使用的界面，側(cè)重于簽署文件和發(fā)布指令。擁有可以瀏覽、查詢、審核各級人員工作界面和數(shù)據(jù)真實性的權(quán)限；中層管理者使用的界面，側(cè)重于上情下達(dá)、下情上傳和輔助決策。擁有可以瀏覽、查詢、審核同級人員及下級人員工作界面和數(shù)據(jù)真實性的權(quán)限；執(zhí)行者使用的界面，專注于運維工作指令的落實及運檢結(jié)果的上報。

每個運維人員的智能頭盔或移動終端，都具有視頻拍照和動態(tài)定位功能。結(jié)合規(guī)范化的兩票三制，可以杜絕人身傷害事故的發(fā)生。

（1）執(zhí)行者的移動應(yīng)用終端主要實現(xiàn)這些功能：

1）支持工藝信號周期性的人工采集、無線采集并自動發(fā)送；

2）支持視頻信號周期性的人工采集、無線采集并自動發(fā)送；

3）支持音頻信號周期性的人工采集、無線采集并自動發(fā)送；

4）自動接受中層管理者的運維、運檢工作指令；

5）自動接受中層管理者的遠(yuǎn)程控制與管理；

6）支持執(zhí)行者任意一種運檢操作和控制。

（2）管理者的移動應(yīng)用終端主要實現(xiàn)這些功能：

1）自動接受決策者的管理指令；

2）自動接受執(zhí)行者的工作報告；

3）遠(yuǎn)程控制并監(jiān)督執(zhí)行者的工作狀態(tài)；

4）支持管理者的全部工作流程。

（3）決策者的移動應(yīng)用終端主要實現(xiàn)這些功能：

1）自動接受中層管理者的工作報告與請示報告；

2）自動接受設(shè)備的狀態(tài)評估、風(fēng)險評估及壽命評估報告；

3）自動接受設(shè)備改善方案、運行優(yōu)化方案、備件采購工單、運維預(yù)算明細(xì)、經(jīng)營調(diào)度方案；

4）支持決策者的全部工作流程。

8.智能調(diào)度——需求響應(yīng)與調(diào)度經(jīng)營的智能化

通過對電網(wǎng)需求側(cè)用戶信息的深度挖掘，結(jié)合煤質(zhì)、煤價、電網(wǎng)負(fù)荷、分布式能源及氣候的多重變化，選擇出可以長久而密切合作的用戶集群，并與其簽訂相對固定的供電合同。根據(jù)與電網(wǎng)及直接用戶的供電合同，適時、自動地調(diào)整機組負(fù)荷及出力；同時保持可以隨電網(wǎng)負(fù)荷、分布式能源供給、用電需求及調(diào)度指令的變化，自動調(diào)整機組出力水平的能力。支持調(diào)度經(jīng)營工作在移動終端的智能應(yīng)用。

9.智能可視——展示形式與高級應(yīng)用的可視化、智能化

運用成熟的三維建模技術(shù)，將電廠的靜態(tài)設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化為動態(tài)的三維虛擬場景；運用三維激光掃描技術(shù)，對變更過的施工圖紙加以實地測繪建模，修正整個廠區(qū)的三維虛擬場景。把單臺設(shè)備的三維模型，建設(shè)到元器件級；把全廠的工藝流程模型，建設(shè)到整套機組。

即：地上廠房及設(shè)備與地下管網(wǎng)電纜及設(shè)備的可視化；設(shè)備內(nèi)部及外部、整體及局部的可視化；整套機組工藝流程、內(nèi)部介質(zhì)狀態(tài)的可視化；設(shè)備拆裝互動可視化；與廠區(qū)的視頻監(jiān)控畫面一一對應(yīng)化。從而全面實現(xiàn)如下高級應(yīng)用：

（1）狀態(tài)分析與診斷結(jié)論的可視化；

（2）決策制定與支撐的可視化——含“設(shè)備改善方案可視化、運行優(yōu)化方案可視化、備件采購工單可視化、運維預(yù)算明細(xì)可視化”；

（3）熱控診斷與調(diào)節(jié)控制的可視化；

（4）作業(yè)指導(dǎo)可視化；

（5）培訓(xùn)考試可視化；

（6）經(jīng)營調(diào)度可視化；

（7）遠(yuǎn)程監(jiān)控可視化。

10.智能云服——大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用智能化

在確保信息安全的情況下，通過租用第三方的云服務(wù)平臺，創(chuàng)建電力企業(yè)集團級的“混合云服務(wù)體系”。集團所屬各發(fā)電企業(yè)，將所有生產(chǎn)過程信息和設(shè)備信息，發(fā)送到云端。然后，運用成熟的、有效的數(shù)學(xué)算法及深度學(xué)習(xí)方法，自動提取出正相關(guān)與負(fù)相關(guān)的特征數(shù)據(jù)，再與專家知識庫有機關(guān)聯(lián)，形成各種自動評估機制與辨識模型。全面支撐發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)與設(shè)備的狀態(tài)分析、異常預(yù)警、故障診斷及解決方案等的自動推送與移動應(yīng)用。使發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)與設(shè)備管控信息，無處不在、無時不在。全面保障電力企業(yè)的安全生產(chǎn)與優(yōu)化運營。