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)自動化水平低，如燃煤接卸輸送和摻配的關(guān)鍵設(shè)備(翻車機、卸船機和堆取料機)、燃煤計量和質(zhì)量檢測、儲煤場測溫及進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)燃料驗收自動化管控系統(tǒng)，但也大部分屬于獨立運行，與燃煤接卸輸送和摻配以及儲煤場等作業(yè)環(huán)節(jié)缺少信息交互與共享；運行管理人員工作繁重，關(guān)鍵部位多以人工巡點檢為主，缺乏在線監(jiān)測和故障診斷，膠帶撕裂、堵煤、撒煤等運行故障時有發(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)，造成滯卸費和場損增加，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)燃料驗收自動化管控系統(tǒng)，即完成基層企業(yè)的智能燃煤系統(tǒng)并進行局部功能建設(shè)。也有電廠建設(shè)了煤場無人值守，主要為堆取料自動作業(yè)和數(shù)字煤場系統(tǒng)的建設(shè)[10]。集團級層面上智能燃煤系統(tǒng)建設(shè)側(cè)重于燃料量質(zhì)驗收，即系統(tǒng)自動采集基層企業(yè)燃料量質(zhì)驗收數(shù)據(jù)，同時配合集團ERP完成燃料供應(yīng)商管理、合同審批、費用結(jié)算等商務(wù)功能[11]。集團層僅包括燃料采購和量質(zhì)驗收，其設(shè)備運行情況、煤場情況、輸煤系統(tǒng)情況等則在集團層面無法查看和集中管理。

已有針對標(biāo)準(zhǔn)化的煤質(zhì)管理模式進行研究并改進燃料系統(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)、堆取料機控制系統(tǒng)、基層企業(yè)的燃料管理系統(tǒng)等[16]，雖可實現(xiàn)燃料信息共享和輸煤自動化作業(yè)，但各系統(tǒng)之間獨立規(guī)劃開發(fā)，信息無互通，很多環(huán)節(jié)仍需人工現(xiàn)場巡檢發(fā)現(xiàn)問題，即生產(chǎn)模式高度依賴人員經(jīng)驗，效率低下且無法達(dá)到全局最優(yōu)，因而目前在集團層面、區(qū)域公司層面、基層企業(yè)層面未能形成多級應(yīng)用及體系構(gòu)建。

針對以上問題，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，以下提出以廠級智能燃煤建設(shè)為基礎(chǔ)而建成集團智能燃煤單元，實現(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、全類型鍋爐機組仿真模型庫、最優(yōu)運行參數(shù)庫等關(guān)鍵技術(shù)要素，構(gòu)建集團級燃煤綜合技術(shù)服務(wù)體系，在保障燃煤機組運行安全、環(huán)保達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上綜合成本最優(yōu)，建成以廠級燃煤全生命周期為技術(shù)基礎(chǔ)的綜合服務(wù)平臺，進而實現(xiàn)集團云端燃煤集約化管控。

1 集團級智能燃煤管理平臺整體架構(gòu)

集團級智能燃煤管理平臺以企業(yè)級智能燃煤建設(shè)為基礎(chǔ)，實現(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、全類型鍋爐機組仿真模型庫、最優(yōu)運行參數(shù)庫等關(guān)鍵技術(shù)要素，構(gòu)建集團級燃煤綜合技術(shù)服務(wù)體系，實現(xiàn)集團公司、區(qū)域公司、基層燃煤企業(yè)的三級管控應(yīng)用，打通基層燃煤企業(yè)不同系統(tǒng)間的基層企業(yè)與集團層間信息通道，在滿足燃煤接卸、驗收、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、機器學(xué)習(xí)等先進信息技術(shù)，實現(xiàn)基層企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度及分析決策的智能管控，促進基層燃煤企業(yè)生產(chǎn)運行進一步降本增效；區(qū)域公司管理工作能靠前指導(dǎo)，及時發(fā)現(xiàn)解決問題；集團公司頂層把控燃煤企業(yè)運作，實現(xiàn)集團燃煤生產(chǎn)企業(yè)全過程精細(xì)化管理。

集團智能燃煤管理平臺三級應(yīng)用構(gòu)架由上至下，如圖1所示。在實現(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應(yīng)用分析，實現(xiàn)對燃煤全過程的在線診斷、狀態(tài)分析、參數(shù)優(yōu)化、運行指導(dǎo)等服務(wù)功能。

圖1 集團智能燃煤管理平臺整體架構(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

集團級智能燃煤管理平臺建設(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)、存儲和虛擬機等，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行數(shù)據(jù)處理。

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

(3)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。包含實時數(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)各級管控平臺硬件。包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲和虛擬機，通過通信電纜以連接服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲和虛擬機，用于對接收到的數(shù)據(jù)進行存儲后展示。

2.2 系統(tǒng)部署及數(shù)據(jù)接入

集團級智能燃煤管理平臺將部署于集團公司總部云平臺，集團所需的數(shù)據(jù)從企業(yè)級燃煤系統(tǒng)的外部接口上傳至集團云平臺。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)備運行數(shù)據(jù)、燃煤調(diào)度數(shù)據(jù)、煤場管理數(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，實序數(shù)據(jù)主要為實時數(shù)據(jù)庫中的SIS系統(tǒng)、生產(chǎn)實時系統(tǒng)等實時運行數(shù)據(jù)，如SIS系統(tǒng)、生產(chǎn)實時系統(tǒng)等實時運行數(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)級智能燃煤平臺

企業(yè)級智能燃煤應(yīng)用平臺包括智能燃煤控制系統(tǒng)和智能燃煤信息系統(tǒng)2個系統(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)驗收模塊、數(shù)字煤場管理模塊、運維巡檢模塊和在線診斷模塊等6個子模塊。智能燃煤信息系統(tǒng)包括計劃管理、供應(yīng)商管理、合同管理、調(diào)運管理、量質(zhì)驗收管理、摻配管理、接卸管理、煤場管理、耗用管理、費用管理、報表與統(tǒng)計分析、配置管理共12個子模塊。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、機器學(xué)習(xí)的智能算法環(huán)境，實現(xiàn)燃煤系統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化運行。企業(yè)級智能燃煤平臺綜合利用智能控制、信息采集、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和服務(wù)管理等技術(shù)，將燃料入廠驗收、計量、采制化、接卸輸送和摻配、煤場管理及進耗存、設(shè)備人物的安全防護等作業(yè)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)設(shè)備的集中控制和遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控、自動控制、數(shù)據(jù)自動采集與管理。

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，確保整個燃煤信息的實時性和準(zhǔn)確性，對生產(chǎn)過程、設(shè)備狀態(tài)、安全和環(huán)境等實時數(shù)據(jù)進行處理、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)信息以及計量數(shù)據(jù)、采制化數(shù)據(jù)、煤場數(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)、計量數(shù)據(jù)、采制化數(shù)據(jù)、煤場數(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/船號、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)時間等。通過與輸煤程控、配煤摻燒系統(tǒng)建立的接口,實時采集翻車機、卸船機、帶式輸送機、堆取料機、三通、犁煤器、給煤機、摻配系統(tǒng)等設(shè)備運行狀態(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、計量、采樣、接卸各環(huán)節(jié)配置車號識別、讀卡器、紅綠燈、攔車器、語音提示器、定位裝置等，實時采集以上設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)，根據(jù)入廠燃煤信息自動生成相關(guān)批次號、編碼等數(shù)據(jù)，完成車輛與供應(yīng)商、礦別的匹配。

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

(4)采制化數(shù)據(jù)采集。① 采樣信息。根據(jù)采樣機控制系統(tǒng)對采樣執(zhí)行情況進行自動采集，包括報告編號、采樣批次/供應(yīng)商編號、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、采樣點布置、容器號、設(shè)備編號、采樣時間和值班人員、實時采集監(jiān)測采樣裝置運行情況(如啟停、緊急提升采樣頭等)。② 制樣信息。從全自動制樣裝置中獲取制樣數(shù)據(jù)，包括報告編號、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、一般分析試驗煤樣質(zhì)量、棄樣質(zhì)量、制樣時間、值班人員等信息。實時采集監(jiān)測制樣系統(tǒng)運行情況，包括一級、二級縮分器的縮分比等。③ 化驗信息。通過連接化驗儀器而自動采集實驗儀器所產(chǎn)生的化驗數(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)煤場數(shù)據(jù)采集。實時采集分區(qū)或分層存煤的礦點、時間、密度、煤質(zhì)、價格等信息；采集煤場或煤場分區(qū)之間的轉(zhuǎn)場動態(tài)；采集煤場或煤場分區(qū)的煤量與煤質(zhì)數(shù)據(jù)，包括煤場分區(qū)、存儲量、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)簽進行精確定位，實時采集位置信息及運動軌跡跟蹤信息，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、各種測量儀表、底層操作設(shè)備、智能傳感器以及RFID等讀寫設(shè)備。將采集到的信號進行協(xié)議和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過互聯(lián)網(wǎng)進行傳輸，利用OPC-UA將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡髽I(yè)級智能燃煤系統(tǒng)，實現(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、吃水線的自動識別算法；燃料入場驗收過程的采樣、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、人員安全防護等視頻信號的圖像識別與處理算法；激光掃描儀采集的三維點云數(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)進行邊緣計算，邊緣數(shù)據(jù)處理是1種分布式計算模式，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。通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的邊緣計算與預(yù)處理，并兼顧數(shù)據(jù)采集的時效與存儲規(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，確保了整個燃煤島信息的實時性和準(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)級應(yīng)用下的智能燃煤控制系統(tǒng)包含6個模塊，分別為燃煤接卸輸送模塊、智能摻配模塊、燃料量質(zhì)驗收模塊、數(shù)字煤場管理模塊、運維巡檢模塊、在線診斷模塊，其功能設(shè)計如圖3所示。

圖3 智能燃煤控制系統(tǒng)功能設(shè)計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)備的運行數(shù)據(jù)和燃料的采購及化驗結(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，實現(xiàn)燃煤島關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的自動作業(yè)，指導(dǎo)煤場調(diào)度、配煤摻燒、故障診斷，對設(shè)備進行實時控制從而達(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，實時監(jiān)視并遠(yuǎn)程控制翻車機、卸船機、帶式輸送機、堆取料機、三通、犁煤器、給煤機等設(shè)備運行，實時監(jiān)視燃煤接卸情況，獲取卸車編組信息，對混編車組進行預(yù)警提示，統(tǒng)計車輛廠內(nèi)停留時長。通過對設(shè)備狀態(tài)信息的監(jiān)測來制定和執(zhí)行接卸方案，根據(jù)來煤信息、儲煤場現(xiàn)狀和設(shè)備狀態(tài)，自動生成接卸方案，并發(fā)送給輸煤程控系統(tǒng)進行執(zhí)行。堆取料接收到執(zhí)行信號開始自動作業(yè)，根據(jù)接卸方案及堆取料機狀態(tài)，自動制定堆取料作業(yè)方案，審核通過后發(fā)送至堆取料機自動執(zhí)行，同時實時監(jiān)測設(shè)備運行參數(shù)，結(jié)合計量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確統(tǒng)計接卸、上煤數(shù)量和煤種。

(2)智能摻配模塊功能。智能摻配模塊可實時監(jiān)視上煤情況，讀取原煤倉料位數(shù)據(jù)，包括班次、倉號、煤場、煤種、煤質(zhì)、本次計劃上煤量、已上煤量、剩余煤量、原煤倉實時煤量等信息。制定和執(zhí)行摻配計劃，根據(jù)煤場的存煤結(jié)構(gòu)、煤質(zhì)情況和機組負(fù)荷計劃，自動生成1個或多個滿足安全、環(huán)保、經(jīng)濟等指標(biāo)的摻配方案，并自動下達(dá)給輸煤程控系統(tǒng)進行執(zhí)行。

(3)燃料量質(zhì)驗收模塊功能。燃料量質(zhì)驗收模塊可自動生成與執(zhí)行采樣方案，關(guān)聯(lián)入廠車輛識別信息，根據(jù)煤量及相關(guān)數(shù)據(jù)自動生成采樣方案，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、容器編號等信息，并傳輸給機械采樣裝置執(zhí)行。模塊可實時監(jiān)測采樣、制樣、化驗裝置運行情況，并能遠(yuǎn)程控制設(shè)備狀態(tài)，能設(shè)置、修改設(shè)備的運行參數(shù)，但保留修改記錄，同時設(shè)備異常時具有報警提示功能。通過連接化驗儀器，將查詢實驗儀器所產(chǎn)生的化驗數(shù)據(jù)進行列表顯示，系統(tǒng)自動將煤樣的元素分析化驗結(jié)果進行復(fù)審、計算后統(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設(shè)備的實時運行狀態(tài)，以及當(dāng)前化驗的溫度、濕度的顯示，并對每日化驗工作和今日化驗數(shù)據(jù)進行展示。

(4)數(shù)字煤場管理模塊功能。該模塊可實現(xiàn)動態(tài)進耗存管理，關(guān)聯(lián)燃煤接卸輸送和摻配、車輛識別管控、化驗管控以及應(yīng)用信息管理系統(tǒng)、盤煤系統(tǒng)及氣體和溫度檢測裝置等設(shè)備信息，實現(xiàn)燃煤進、耗、存及其量、質(zhì)、價信息自動更新，可實時顯示煤場分區(qū)或分層存煤的礦點、時間、密度、煤質(zhì)、價格等信息；顯示煤場或煤場分區(qū)之間的轉(zhuǎn)場動態(tài)，自動更新對應(yīng)煤場或煤場分區(qū)的煤量與煤質(zhì)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)報警、預(yù)警功能，實時顯示儲煤場風(fēng)速、風(fēng)向、粉塵、可燃?xì)怏w、存煤溫度等數(shù)據(jù)并提示報警；可設(shè)置儲煤場的最低、最高庫存量和存煤期限，具有超限和超期提示報警功能；具備存煤超溫、時間超限等情況預(yù)警功能并發(fā)出報警。

(5)運維巡檢模塊功能。運維巡檢?？蓪崿F(xiàn)實時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)域和活動范圍，劃分警報區(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)對工作人員進行管控，進入觸發(fā)相應(yīng)級別報警。SOS一鍵報警，當(dāng)被定位人員遇到危險時可及時按鍵報警，后臺管理人員在第一時間知曉并及時作出消防救援決策。

(6)在線診斷模塊功能。① 在線診斷模塊可實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測，通過對關(guān)鍵設(shè)備及故障常發(fā)部位(如軸承處)安裝溫度檢測及數(shù)據(jù)采集裝置，對設(shè)備運行時的溫度進行連續(xù)的在線監(jiān)測、存儲、報警或診斷，為設(shè)備的運行、管理、維護提供科學(xué)的依據(jù)。② 在線診斷模塊可實現(xiàn)輸煤膠帶縱向撕裂檢測，在帶式輸送機正常運行情況下對上膠帶底部進行全天候?qū)崟r在線檢測，一旦膠帶發(fā)生縱向撕裂，檢測裝置將在第一時間發(fā)出報警并停止膠帶運行，防止事故進一步擴大。③ 模塊的故障診斷功能體現(xiàn)在將采集到的數(shù)據(jù)進行分析并給出設(shè)備的運行趨勢，通過專家診斷系統(tǒng)對設(shè)備早期故障進行預(yù)判后提出改善方案，幫助管理人員對設(shè)備故障、壽命進行評估。

3.5 智能燃煤信息系統(tǒng)

智能燃煤信息系統(tǒng)包括計劃管理模塊、供應(yīng)商管理模塊、合同管理模塊、調(diào)運管理模塊、量質(zhì)驗收管理模塊、摻配管理模塊、接卸管理模塊、煤場管理模塊、耗用管理模塊、費用管理模塊、報表與統(tǒng)計分析模塊和配置管理共12個模塊，各模塊的功能詳介如下：

(1)計劃管理。計劃管理應(yīng)用模塊實現(xiàn)對燃料年度計劃、月度計劃、需求計劃、采購計劃等的編制、審批、上報操作。

(2)供應(yīng)商管理。供應(yīng)商管理應(yīng)用模塊具有對供應(yīng)商信息進行維護和評價的功能，即可對供應(yīng)商信息結(jié)構(gòu)調(diào)整、供應(yīng)商評價及對供應(yīng)商進行綜合評分、評定等級。

(3)合同管理。合同管理是對電廠與燃料供應(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)進行管理，包括采購合同、運輸合同、合同執(zhí)行、合同查詢與統(tǒng)計分析功能。

(4)調(diào)運管理。通過調(diào)運管理應(yīng)用模塊可自動計算來煤調(diào)運計劃，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)營對煤炭需求情況對照，超前預(yù)測，使煤炭單價、運輸成本、倉儲成本和資金成本等在內(nèi)的燃料價值流程的總成本最小。

(5)量質(zhì)驗收管理。系統(tǒng)分別與軌道衡和汽車衡計量設(shè)備連接，自動采集入廠煤量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)與化驗室智能管控系統(tǒng)連接，自動采集化驗數(shù)據(jù)，生成相關(guān)報表，對化驗設(shè)備和存樣進行管理。

(6)摻配管理。對配煤摻燒方案進行管理，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)/價信息、煤耗情況、發(fā)電量情況相結(jié)合，進行歷史分析和優(yōu)化計算，系統(tǒng)自動生成多套上煤方案，以供決策人員選擇，且在選擇后可由決策人員進行適當(dāng)修改，可查詢摻燒歷史記錄、進行配煤方案分析、煤質(zhì)評價和上煤指導(dǎo)。

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

(8)煤場管理。煤場管理分為煤場盤存、煤場進耗存動態(tài)及煤堆溫度監(jiān)測管理，科學(xué)的煤場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。即耗煤計劃管理，根據(jù)當(dāng)月計劃發(fā)電量和當(dāng)月已發(fā)電量實時調(diào)整當(dāng)月剩余日的發(fā)電計劃，進而動態(tài)調(diào)整日耗煤計劃。

(10)費用管理。費用管理旨在建立實時化、可視化、系統(tǒng)化的燃料信息管理體系，最終實現(xiàn)成本最優(yōu)，從而提高對最低燃料成本的預(yù)測和控制能力。度電燃煤成本管理實現(xiàn)燃煤發(fā)電成本分析，實時分析燃煤成本的影響因素，對度電的各類成本進行分析，測算機組運行的盈虧平衡點及盈虧趨勢分析，實現(xiàn)電廠生產(chǎn)過程中燃料耗費的分析，展示燃料成本的變動情況和變動趨勢。

(11)報表與統(tǒng)計分析。該項分析的統(tǒng)計功能主要實現(xiàn)統(tǒng)計分析報表、臺帳的生成，包括成本分析報表、入廠煤質(zhì)量驗收綜合統(tǒng)計表、入廠煤經(jīng)濟分析表、進耗存日/月報統(tǒng)計生成、報表查詢打印等。分析功能需要圍繞建立在燃料運營數(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象主要針對系統(tǒng)管理員及編碼維護人員，包括系統(tǒng)的初始化、設(shè)置、維護等功能，用于對整個系統(tǒng)的日常管理和流程控制。企業(yè)級只能控制廠區(qū)的相關(guān)內(nèi)容，其功能主要分為機構(gòu)管理、用戶管理、角色管理、角色權(quán)限管理、報表格式維護、系統(tǒng)參數(shù)維護、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護、權(quán)限管理、業(yè)務(wù)流程管理、操作日志等模塊。

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

區(qū)域級應(yīng)用平臺不單獨建設(shè)，對于區(qū)域級的功能應(yīng)用主要通過集團級平臺訪問端口和基于區(qū)域綜合能源控制平臺2種方式實現(xiàn)，即最終通過建設(shè)云端核心仿真數(shù)據(jù)庫得以實現(xiàn)，從而有效服務(wù)于直屬單位對所轄區(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、鍋爐機組仿真模型庫及最優(yōu)運行參數(shù)庫。該云端數(shù)據(jù)庫涵蓋全集團煤炭全系數(shù)據(jù)庫，打通底層至云端的同步傳輸通道，為集團全面分析燃煤系統(tǒng)效益提供準(zhǔn)確、詳實、可用的煤炭相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)不同鍋爐機組全工況下運行特性的仿真模擬，并完成機組最優(yōu)運行參數(shù)庫的動態(tài)更新，為同類型機組相同工況下的故障分析及運行優(yōu)化提供堅實的數(shù)據(jù)支撐。

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

5 集團級火電智能燃煤管控平臺

為了使企業(yè)級燃煤系統(tǒng)故障診斷、經(jīng)濟運行、成本管控提供遠(yuǎn)程技術(shù)服務(wù)，集團級火電智能燃煤管控平臺從滿足集團公司燃煤計劃、采購、調(diào)度、生產(chǎn)等保障供煤的安全性和經(jīng)濟性需求出發(fā)，整合燃煤相關(guān)體系的數(shù)據(jù)資源，設(shè)計燃煤對標(biāo)生產(chǎn)展示、采購調(diào)度輔助決策、遠(yuǎn)程監(jiān)控與運維、指標(biāo)評價決策、燃煤成本管控、智能專家?guī)斓葢?yīng)用模塊，對標(biāo)集團內(nèi)外的先進指標(biāo)，產(chǎn)研結(jié)合、運管協(xié)同，提供多層次、多維度的智慧決策分析，推動集團燃煤系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和精益化管理。集團級管控平臺獲取各企業(yè)底層數(shù)據(jù)信息，通過云端核心仿真數(shù)據(jù)庫的模型可實現(xiàn)對企業(yè)級燃料管理進行評估、診斷、指導(dǎo)和預(yù)警功能，同時將其優(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)庫模型進行再學(xué)習(xí)和更新。

集團級火電智能燃煤管控平臺功能示意如圖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、鍋爐機組經(jīng)濟運行指導(dǎo)和燃煤成本管控優(yōu)化4個模塊，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，對全集團的煤質(zhì)進行分析總結(jié)。

圖5 集團級火電智能燃煤管控平臺功能Fig.5 Functions of group company intelligent coal-fired control platform for thermal power

集團級火電智能燃煤管控平臺的各模塊功能描述如下：

(1)云端故障診斷分析。包括集團內(nèi)外燃煤系統(tǒng)重大典型故障集，對故障類別、內(nèi)容、原因及處理方案進行智能分類匯總，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)級快速提供重大故障的解決方案，實現(xiàn)重大故障解決經(jīng)驗的共享。

(2)設(shè)備狀態(tài)分析模型優(yōu)化?；趶S級燃煤單元關(guān)鍵設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測體系，自動抓取異常數(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)化廠級燃煤單元的智能分析模型，實現(xiàn)云邊協(xié)同的智能分析。

(3)鍋爐機組經(jīng)濟運行指導(dǎo)。立足云端燃煤核心數(shù)據(jù)庫，建立鍋爐安全、環(huán)保和效益綜合評價技術(shù)體系，通過鍋爐機組云端仿真和局部數(shù)據(jù)驗證，給出同類型鍋爐機組經(jīng)濟化運行解決方案，提升集團鍋爐機組整體運行水平。

(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)全集團煤質(zhì)分析。通過采集全集團電廠煤質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)合電廠燃用煤種設(shè)計值，跟蹤發(fā)電企業(yè)實際入爐煤煤質(zhì)情況，對關(guān)鍵煤質(zhì)指標(biāo)長期偏離設(shè)計值的情況提出指導(dǎo)性建議及預(yù)防性措施，對因煤質(zhì)原因?qū)е碌姆峭５戎卮笤O(shè)備異常情況進行入爐煤煤質(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

通過集團級火電智能燃煤管控的多級應(yīng)用體系構(gòu)建，在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、機器人等新一代信息和裝備技術(shù)與燃煤系統(tǒng)進行深度融合下，基于云平臺建設(shè)專家知識庫，實現(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行。在保障燃煤機組運行安全、環(huán)保達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，使綜合成本最優(yōu)，進而實現(xiàn)集團燃煤集約化管控。

(1)實現(xiàn)集團公司上下信息的實時共享。需要建設(shè)集團級與企業(yè)級智能燃煤系統(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，打通集團公司上下信息渠道，可實時共享使用數(shù)據(jù)，達(dá)成燃煤生產(chǎn)對標(biāo)、采購調(diào)度、遠(yuǎn)程監(jiān)控、成本管控等各項業(yè)務(wù)的在線過程管理，促進基層企業(yè)提質(zhì)增效，推動集團燃煤系統(tǒng)精益化管理和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，實現(xiàn)集團燃煤系統(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)平臺以設(shè)備自動化改造升級，全局智能化調(diào)度分析決策，精益化運營管理服務(wù)為核心內(nèi)容，實現(xiàn)燃煤接卸、輸送、摻配、量質(zhì)驗收和煤場設(shè)備的智能化運行，實現(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)推動集團公司火電板塊持續(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、保障運行安全、提升工作效率，推動集團公司火電板塊持續(xù)降本增效，提高火電企業(yè)的市場競爭力。