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南京科遠自動化集團股份有限公司

1　背景介紹

自2013年起，大唐姜堰燃機熱電有限責(zé)任公司多次對精品工程策劃進行修改完善，力求創(chuàng)建集團示范燃機精品工程。從順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”在發(fā)電行業(yè)的應(yīng)用趨勢，促進工業(yè)化與信息化深度融合的角度出發(fā)，大唐姜堰電廠勇于創(chuàng)新，提前布局，在創(chuàng)建精品工程的同時，努力建設(shè)成國內(nèi)首家智慧電廠。

根據(jù)南京科遠股份提供的智慧電廠初步設(shè)想與技術(shù)架構(gòu)，2016年3月正式成立“創(chuàng)建智慧電廠”領(lǐng)導(dǎo)小組與工作小組，全面策劃、實施智慧電廠的相關(guān)工作，確立創(chuàng)建智慧電廠的方針，即“花小錢，出亮點，搶先機，見實效”。在基本不超預(yù)算的前提下，對智慧電廠各項功能如何能真正提高電廠智能安全、經(jīng)濟等方面，多次深入分析與研究，形成智慧電廠的五大功能模塊即：基于互聯(lián)網(wǎng)+的安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)、基于大數(shù)據(jù)分析的運行優(yōu)化系統(tǒng)、三維可視化智能培訓(xùn)系統(tǒng)、基于專家系統(tǒng)的三維可視化故障診斷系統(tǒng)、三維數(shù)字化檔案等系統(tǒng)。以最終達到更安全、更高效、更綠色可持續(xù)發(fā)展等終極目標。

2　項目實施與應(yīng)用

姜堰電廠智慧電廠分為智能控制系統(tǒng)和智慧管控系統(tǒng)兩大系統(tǒng)。

2.1　智慧管控系統(tǒng)

大唐姜堰智慧電廠智慧管控系統(tǒng)包括常規(guī)SIS、MIS外，具有以下智能模塊：

（1）三維虛擬電廠

基于設(shè)計院提供的三維模型（包括汽機房、鍋爐房及結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道、橋架等，以及化學(xué)，供水等工藝設(shè)備管道）構(gòu)建全廠三維模型。三維立體展示整個工廠物理分布情況及設(shè)施的運行狀態(tài)。如實地描述和反映設(shè)備的實體關(guān)系，精確的實體、位置和層級描述，提供準確的全景展示。一是在三維可視化支撐系統(tǒng)支持下，實現(xiàn)三維模型虛擬電廠與常規(guī)平面系統(tǒng)聯(lián)動，運行人員在操作員站點擊畫面，三維虛擬電廠同步聯(lián)動，非常直觀地巡視設(shè)備系統(tǒng)。二是三維與文檔資料等信息的關(guān)聯(lián)，形成龐大的工廠三維數(shù)字化檔案系統(tǒng)。實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的共享和動態(tài)更新機制，消除信息孤島，確保管線數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和數(shù)據(jù)價值利用的最大化。三是管控一體化平臺，建立規(guī)劃審批，施工許可，現(xiàn)場監(jiān)管，竣工測量以及數(shù)據(jù)入庫的全過程的流程管控，實現(xiàn)地下管線從規(guī)劃、建設(shè)、運維、退役全生命周期的管理。四是輔助決策平臺，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，解決地下管線實時監(jiān)測的問題；利用實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立針對地下管線危險源的綜合空間環(huán)境下的動態(tài)風(fēng)險分析和專業(yè)管理機制；在此基礎(chǔ)上，建立地下管線事故的應(yīng)急處置流程，為科學(xué)決策提供輔助。地下管線的智能管控平臺還為地下管線的社會化運營與服務(wù)提供信息化支撐手段。

（2）三維可視化智能培訓(xùn)系統(tǒng)

通過三維虛擬電廠對運行人員和檢修人員可進行三維可視化培訓(xùn)。三維畫面中的任何一臺設(shè)備，都是與其設(shè)備規(guī)程、檢修作業(yè)指導(dǎo)、實時監(jiān)控畫面、工藝系統(tǒng)實景培訓(xùn)、設(shè)備拆解/組裝培訓(xùn)、設(shè)備與系統(tǒng)檢修培訓(xùn)、設(shè)備檔案查詢、人員考核相關(guān)聯(lián)，缺陷、異動的歷史記錄可直接追溯、查看、登記。一是設(shè)備拆解，為檢修人員提供三維可視化仿真培訓(xùn)的平臺，可支持主要的主、輔機設(shè)備的動態(tài)分解、組合、細度可到KKS編碼覆蓋的部件級。二是培訓(xùn)考核，充分挖掘電廠已配置的三維可視化系統(tǒng)的功能，結(jié)合數(shù)字化移交，擴展培訓(xùn)系統(tǒng)功能及范圍，從而實現(xiàn)對檢修人員的考核。系統(tǒng)自動打分，自動評判、自動找出錯誤步驟，給出正確的示范，可以有效提高檢修水平。三是流程仿真，基于真實數(shù)據(jù)的流程工藝仿真，全面實景展現(xiàn)電廠架構(gòu)、設(shè)備位置、運行狀態(tài)、主要參數(shù)，實現(xiàn)虛擬巡檢。

（3）基于互聯(lián)網(wǎng)+的安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)

通過對“互聯(lián)網(wǎng)＋”的應(yīng)用，將人員位置、重點設(shè)備及敏感區(qū)域的監(jiān)控、兩票管理系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、電子圍欄等相結(jié)合，實現(xiàn)安全生產(chǎn)管理；解決了發(fā)電企業(yè)安全生產(chǎn)管理過程中，現(xiàn)場人員位置及工作狀態(tài)無法把控、外包工難于管理、危險區(qū)域防護不嚴等問題。一是人員定位，在智慧電廠管理信息系統(tǒng)中，利用標簽與工作人員捆綁，通過基站對標簽的識別，可以實時將工作人員定位，軌跡在三維模型中顯示出來，實現(xiàn)監(jiān)控功能，在廠級監(jiān)控系統(tǒng)中，可以找到關(guān)鍵區(qū)域的工作人員，直接鎖定到個人。二是軌跡管理，有效避免人員走錯間隔，誤動設(shè)備。同時規(guī)范巡檢、點檢軌跡，人員活動軌跡可追溯。三是與兩票系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)準入管理。在系統(tǒng)中設(shè)定相關(guān)人員的準入?yún)^(qū)域，可以看到工作人員的標簽變化，紅色為越權(quán)，違規(guī)進入，系統(tǒng)將自動發(fā)出警告，并記錄人員行走的軌跡。同樣的，還可以給車輛添加標簽，這樣車輛所在的位置，行駛路線都可以在監(jiān)控中查詢。同時，兩票系統(tǒng)自動排除一人多項工作、對不同工作票區(qū)域間的交叉作業(yè)及時告知相關(guān)人員，有效的避免安全隱患等功能。四是建立電子圍欄，根據(jù)檢修工作和許可區(qū)域，在虛擬電廠環(huán)境中建立檢修場所電子圍欄，系統(tǒng)同時對越權(quán)人員進行震動、聲音提示，提醒該人員離開。

（4）三維數(shù)字化移交檔案系統(tǒng)

電廠資料收集集合整理尤其重要，大部分設(shè)備資料及施工安裝圖紙已經(jīng)數(shù)字化移交，隨著姜堰電廠運行維護數(shù)據(jù)不斷新增，借助三維數(shù)字化檔案管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)所有的設(shè)備資料與虛擬工廠相結(jié)合。除了具有常規(guī)檔案系統(tǒng)的查詢功能外，還通過三維模型實現(xiàn)數(shù)字化檔案聯(lián)動，可直接下載查閱，也可通過手機二維碼掃描的方式，直接調(diào)取指定設(shè)備的基本信息及歷史檔案資料、臺賬記錄等。實現(xiàn)了資料齊全完整、查閱便捷的功能。

（5）基于數(shù)字化的決策系統(tǒng)

生產(chǎn)經(jīng)營智能管控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)整合平臺，結(jié)合目標預(yù)測、綜合計劃、預(yù)算管理、費用管理、成本管理等，實現(xiàn)預(yù)算、指標體系過程管理，進而構(gòu)建預(yù)算/指標預(yù)測、下達、控制、執(zhí)行、修正的管理平臺，為企業(yè)管理者提供量本利預(yù)測分析、趨勢、對比、挖掘、追溯的輔助決策平臺。一是指標管理。以業(yè)務(wù)指標的產(chǎn)生過程為主線，在確保指標數(shù)據(jù)正確性和一致性的前提下，通過指標體系的建立和對各類各級指標進行定義、分類、授權(quán)、審批、分析等來完成指標管理工作，進而實現(xiàn)規(guī)劃、實施、過程控制、持續(xù)改進的管理目標。二是輔助決策管理。包括量本利分析、成本分析、煤耗分析、廠用電率分析、電量分析等。三是目標預(yù)測管理。按事先配置的預(yù)測模型，預(yù)測下一年度或當前年度的剩余期間的生產(chǎn)經(jīng)營情況：主要包括年度、月度利潤、費用、指標、電量等各項數(shù)據(jù)的預(yù)測與輔助決策功能，同時能夠支持正、反向預(yù)測，預(yù)測的結(jié)果可以指導(dǎo)預(yù)算、綜合計劃的編制，預(yù)測完成后，以預(yù)測結(jié)果為目標指導(dǎo)年度計劃編制工作。目標預(yù)測管理包括預(yù)測模型配置、預(yù)測執(zhí)行、預(yù)測分析等。四是計劃統(tǒng)計管理。系統(tǒng)與各業(yè)務(wù)流程緊密結(jié)合，全面作用于電廠指標類計劃、任務(wù)類計劃的通知、申報、編制、審核、匯總、審批、下發(fā)、執(zhí)行、跟蹤、統(tǒng)計、考核和分析各個環(huán)節(jié)。五是預(yù)算管理。將電廠的各項經(jīng)營指標計劃通過預(yù)算項目的劃分予以細化和量化，涵蓋全廠生產(chǎn)經(jīng)營的成本預(yù)算、費用預(yù)算體系的編制，包括預(yù)算方案的制定、預(yù)算執(zhí)行與控制、調(diào)整和分析等，以使整個電廠的生產(chǎn)經(jīng)營活動處于受控狀態(tài)，保證預(yù)期目標計劃的實現(xiàn)。六是成本管理。包括全廠的生產(chǎn)成本、機組成本、實時成本等，保證企業(yè)效益最大化。七是績效考核管理。通過績效考核模塊可以建立指標體系、發(fā)布指標，展示指標信息，進行指標分析。包括績效考評方式發(fā)布、繼續(xù)考評標準發(fā)布、績效考評試卷發(fā)布，年度、季度、月度績效考評結(jié)果發(fā)布。做到考評管理透明化、標準化。

（6）移動智能終端

移動智能終端應(yīng)用支持當前主流移動平臺Android和iOS系統(tǒng)，實現(xiàn)智慧管控在移動智能終端上的延伸使用。移動智能終端設(shè)備既滿足了企業(yè)移動辦公的需求，又能包含點檢儀功能，可以測量溫度、振動等，能夠快速全面地將移動辦公、輔助分析及消息提醒等功能延伸到管理人員和業(yè)務(wù)人員的手機中，為企業(yè)提供移動的實時的信息化服務(wù)。

2.2　智能控制系統(tǒng)

（1）DCS實現(xiàn)二三維聯(lián)動

通過二維、三維聯(lián)動，在二維畫面選擇某個設(shè)備時，三維監(jiān)控畫面會自動定位到相應(yīng)溫度、壓力等測點的實際位置，甚至還包括一些檢修過的焊點等等，有利于運行人員對故障的判斷。這個功能在火電廠中加強故障診斷有很重要的拓展應(yīng)用。

（2）基于專家系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機械故障遠程診斷系統(tǒng)

故障診斷系統(tǒng)為重要旋轉(zhuǎn)設(shè)備建立一套嚴密的監(jiān)控保護系統(tǒng)，以大量的數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，包含了各設(shè)備的廠家設(shè)計數(shù)據(jù)、安裝數(shù)據(jù)、現(xiàn)場長期運行的參數(shù)及檢修、點檢數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)建模，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、進行智能診斷，自動判斷異常原因，并得出唯一結(jié)論。一是常規(guī)異常，根據(jù)設(shè)備異常情況，系統(tǒng)將進行自動診斷，并將結(jié)果發(fā)送給運行人員，提醒檢修人員進行故障處理。二是專家系統(tǒng)，系統(tǒng)會對異常現(xiàn)象及相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，頻譜分析自動發(fā)送給遠程專家、專家結(jié)合數(shù)據(jù)分析及多年經(jīng)驗給出更專業(yè)的處理建議。對于設(shè)備本身存在的缺陷，系統(tǒng)將發(fā)送給設(shè)備制造廠商進一步判斷處理。三是自學(xué)習(xí)功能，對于已經(jīng)處理的故障，系統(tǒng)還會自動學(xué)習(xí)，進一步豐富專家?guī)斓膬?nèi)容，更好地保障機組的安全穩(wěn)定運行。

（3）基于大數(shù)據(jù)分析的運行優(yōu)化系統(tǒng)

優(yōu)化運行系統(tǒng)以效益為優(yōu)先原則，克服了傳統(tǒng)熱力學(xué)分析方法中的局限，把熱力學(xué)和經(jīng)濟學(xué)有機地結(jié)合在一起，以追求機組綜合經(jīng)濟效益最大化為目標。一是在線性能試驗。可以完成數(shù)據(jù)的自動采集和記錄，取代了人工抄表；根據(jù)機組運行數(shù)據(jù)開展在線試驗，通過熱力計算并自動生成試驗報告，從而節(jié)省大量的人力物力；可以隨時提取歷史上任意時段的數(shù)據(jù)進行離線試驗，并能立刻得到試驗報告；從而可以實時了解機組的經(jīng)濟性變化情況，節(jié)省進行常規(guī)性能試驗的大部分費用，降低電廠經(jīng)營成本。二是性能計算及耗差分析系統(tǒng)。利用從DCS等過程控制系統(tǒng)中采集到的數(shù)據(jù)，通過基于國家和電力行業(yè)標準的計算模型，計算出各個設(shè)備、機組和整個電廠的經(jīng)濟性指標，以實時畫面、報表、歷史曲線等多種方式展示給用戶，使用戶了解電廠各個設(shè)備、機組或整個電廠的實時性能及變化趨勢，并在全工況數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上通過多種指標的耗差來指導(dǎo)用戶采用最經(jīng)濟的方式進行電能生產(chǎn)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

（4）智能在線仿真系統(tǒng)

大唐姜堰智慧電廠系統(tǒng)建設(shè)中已規(guī)劃利用現(xiàn)場真實數(shù)據(jù)、真實故障開展運行人員仿真培訓(xùn)，就必須要求DCS廠家與仿真機廠家一致，否則在仿真培訓(xùn)上將會存在功能缺陷。

3　效益分析

（1）安全方面

實現(xiàn)了從數(shù)字化到智慧化的跨越，安全生產(chǎn)從“人防”到“技防”的變革，提高了生產(chǎn)管理的本質(zhì)安全，最終實現(xiàn)從人工決策到智慧決策的過程。通過三維電子地圖，管理者能夠隨時掌握布控區(qū)域人員位置、人員分布密度、人員在線、離線狀態(tài)信息及每個受控目標的活動軌跡。通過智能兩票及智能巡檢模塊的上線，也杜絕了操作過程中的錯誤動作。

（2）經(jīng)濟方面

在機組啟動期間，基于專家系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機械故障診斷系統(tǒng)發(fā)揮了很大作用，及時準確地定位到機組振動的原因，并給出判斷及改進建議，使得機組能夠快速投運及減少維護費用，效果非常明顯。通過基于數(shù)字化的決策系統(tǒng)、移動智能終端及APP使用，電廠工作效率得到明顯提升。

（3）環(huán)保方面

基于大數(shù)據(jù)分析的運行優(yōu)化系統(tǒng)的使用，使得目前機組一直運行在最優(yōu)狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，各項環(huán)保指標良好。

（4）其他方面

隨著電廠的投入運行，三維數(shù)字化的檔案移交也完成交付，使得整個電廠的檔案系統(tǒng)更加豐富，查詢更加便捷。三維可視化智能培訓(xùn)系統(tǒng)、智能在線仿真系統(tǒng)也在電廠運行人員和檢修人員的水平提高方面發(fā)揮了巨大作用，運行人員在整個機組投運過程中操作零失誤，保障了機組順利投產(chǎn)。相信通過機組運行時間越來越長，智慧電廠功能發(fā)揮的作用也越來越大。

2017年8月10日，姜堰燃機順利實現(xiàn)“雙投”。作為科遠股份智慧電廠完整解決方案示范項目以及國內(nèi)智慧電廠重點代表項目，我們利用物聯(lián)網(wǎng)、三維可視化、虛擬現(xiàn)實、人工智能、大數(shù)據(jù)分析、云計算等技術(shù)，打破了傳統(tǒng)電廠的生產(chǎn)、管理模式，為電力行業(yè)帶來一抹綠色與新意。其建設(shè)思路符合國家能源產(chǎn)業(yè)政策，不僅是大唐集團建設(shè)一流智慧能源集團的重要戰(zhàn)略組成部分，也是能夠體現(xiàn)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革成果和有行業(yè)引領(lǐng)作用的智慧電廠示范項目。科遠股份和大唐江蘇的成功合作為中國智慧電廠建設(shè)提供了一條具有借鑒意義的道路，將極大地提高電力行業(yè)建設(shè)智慧電廠的信心、推動智慧電廠的建設(shè)進程，并進一步加快科遠股份智慧電廠技術(shù)在整個電力行業(yè)的推廣和應(yīng)用。

精彩問答

自動化博覽：您認為自動化技術(shù)在中國的電力能源行業(yè)中應(yīng)用現(xiàn)狀如何？還存在哪些問題？

南京科遠自動化集團股份有限公司智慧電廠研究中心總經(jīng)理助理潘海祿：電力能源行業(yè)大都已經(jīng)達到并越過了工業(yè)3.0階段，正在探索工業(yè)4.0的實現(xiàn)道路。目前，電力行業(yè)的自動化技術(shù)正快速向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化以及保護、控制、測量、預(yù)測、診斷、自我修復(fù)等一體化方向發(fā)展。實現(xiàn)智能化，要先實現(xiàn)數(shù)字化，而實現(xiàn)數(shù)字化，要先補數(shù)據(jù)信息的短板。隨著DCS的發(fā)展，功能進一步提高，應(yīng)用范圍迅速擴展，但很多“黑盒子”和“末端”的數(shù)據(jù)還沒有充分利用，很多決策和操作還是“經(jīng)驗型”而不是由客觀數(shù)據(jù)支撐的“數(shù)據(jù)型”。

在實現(xiàn)數(shù)字化的基礎(chǔ)上，才能談智能化的問題。智能化是對海量數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用以及知識、經(jīng)驗的邏輯化。以SIS為例，其所起的作用只是數(shù)據(jù)的采集、存儲、顯示和可打印各類生產(chǎn)報表，能夠發(fā)揮的功能很少。其數(shù)據(jù)分析、運行優(yōu)化、控制優(yōu)化、故障診斷等功能基本未能付緒實施。這也導(dǎo)致了數(shù)據(jù)浪費。智能化對于如何對數(shù)據(jù)進行處理，發(fā)現(xiàn)信息與信息之間的邏輯關(guān)系，整合出真正能夠用于決策的有用信息提出了更高要求。所以說，方向明確，問題明確，要看如何利用現(xiàn)有技術(shù)及針對研發(fā)適用技術(shù)，來幫助中國的電力能源行業(yè)解決痛點，實現(xiàn)下個階段的突破。

自動化博覽：近幾年，在智能制造的推動下，智能工廠在電力能源行業(yè)發(fā)展迅猛，您如何看待這一趨勢？南京科遠有何表現(xiàn)？

潘海祿：隨著中國經(jīng)濟發(fā)展步入新常態(tài)和“兩化深度融合”，電力企業(yè)經(jīng)營壓力越來越大，必須要做出轉(zhuǎn)變。從粗放管理向精細化高效管理轉(zhuǎn)型，要不斷進行科技創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和管理創(chuàng)新。順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”在發(fā)電行業(yè)的應(yīng)用，深度融合工業(yè)化與信息化的大趨勢，圍繞“安全、經(jīng)濟、環(huán)保”三個主題，利用機器人、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)分析和虛擬現(xiàn)實等最新技術(shù)構(gòu)建智慧電廠是必然選擇。我認為，智慧電廠一定是電力能源行業(yè)未來的發(fā)展方向。科遠也從2015年就開始了探索，在國內(nèi)率先推出了智慧電廠解決方案，并先后中標大唐姜堰燃機熱電聯(lián)產(chǎn)工程、大唐南京發(fā)電廠2×600MW機組智慧電廠項目、山西趙莊鑫光發(fā)電有限公司2×660MW低熱值煤發(fā)電工程等。

目前我們的智慧電廠整體解決方案從電廠的智慧管控、智能控制和智能設(shè)備三個層面切入，涵蓋了三維虛擬電廠、人員定位安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)、鍋爐CT與燃燒優(yōu)化、故障診斷系統(tǒng)、鍋爐防磨防爆診斷系統(tǒng)、優(yōu)化運行系統(tǒng)、凝器清洗機器人與冷端優(yōu)化等多個特色模塊。以智能燃燒為例，目前主要技術(shù)難題是爐膛參數(shù)、一次風(fēng)煤粉濃度是測量盲區(qū)，一次風(fēng)粉濃度不可調(diào)，運行方式粗放。我們以此為突破點，集中力量去創(chuàng)新。開發(fā)出了新型測溫、一次風(fēng)粉濃度在線測量等相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品，這將突破燃燒優(yōu)化的瓶頸問題。

摘自《自動化博覽》2017年9月刊