南京科遠自動(dòng)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任公司多次對精品工程策劃進(jìn)行修改完善，力求創(chuàng )建集團示范燃機精品工程。從順應“互聯(lián)網(wǎng)+”在發(fā)電行業(yè)的應用趨勢，促進(jìn)工業(yè)化與信息化深度融合的角度出發(fā)，大唐姜堰電廠(chǎng)勇于創(chuàng )新，提前布局，在創(chuàng )建精品工程的同時(shí)，努力建設成國內首家智慧電廠(chǎng)。

根據南京科遠股份提供的智慧電廠(chǎng)初步設想與技術(shù)架構，2016年3月正式成立“創(chuàng )建智慧電廠(chǎng)”領(lǐng)導小組與工作小組，全面策劃、實(shí)施智慧電廠(chǎng)的相關(guān)工作，確立創(chuàng )建智慧電廠(chǎng)的方針，即“花小錢(qián)，出亮點(diǎn)，搶先機，見(jiàn)實(shí)效”。在基本不超預算的前提下，對智慧電廠(chǎng)各項功能如何能真正提高電廠(chǎng)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(chǎng)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、基于大數據分析的運行優(yōu)化系統、三維可視化智能培訓系統、基于專(zhuān)家系統的三維可視化故障診斷系統、三維數字化檔案等系統。以最終達到更安全、更高效、更綠色可持續發(fā)展等終極目標。

2　項目實(shí)施與應用

姜堰電廠(chǎng)智慧電廠(chǎng)分為智能控制系統和智慧管控系統兩大系統。

2.1　智慧管控系統

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

（1）三維虛擬電廠(chǎng)

基于設計院提供的三維模型（包括汽機房、鍋爐房及結構、設備、管道、橋架等，以及化學(xué)，供水等工藝設備管道）構建全廠(chǎng)三維模型。三維立體展示整個(gè)工廠(chǎng)物理分布情況及設施的運行狀態(tài)。如實(shí)地描述和反映設備的實(shí)體關(guān)系，精確的實(shí)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支持下，實(shí)現三維模型虛擬電廠(chǎng)與常規平面系統聯(lián)動(dòng)，運行人員在操作員站點(diǎn)擊畫(huà)面，三維虛擬電廠(chǎng)同步聯(lián)動(dòng)，非常直觀(guān)地巡視設備系統。二是三維與文檔資料等信息的關(guān)聯(lián)，形成龐大的工廠(chǎng)三維數字化檔案系統。實(shí)現管線(xiàn)數據的共享和動(dòng)態(tài)更新機制，消除信息孤島，確保管線(xiàn)數據的現勢性和數據價(jià)值利用的最大化。三是管控一體化平臺，建立規劃審批，施工許可，現場(chǎng)監管，竣工測量以及數據入庫的全過(guò)程的流程管控，實(shí)現地下管線(xiàn)從規劃、建設、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(xiàn)實(shí)時(shí)監測的問(wèn)題；利用實(shí)時(shí)監測數據，建立針對地下管線(xiàn)危險源的綜合空間環(huán)境下的動(dòng)態(tài)風(fēng)險分析和專(zhuān)業(yè)管理機制；在此基礎上，建立地下管線(xiàn)事故的應急處置流程，為科學(xué)決策提供輔助。地下管線(xiàn)的智能管控平臺還為地下管線(xiàn)的社會(huì )化運營(yíng)與服務(wù)提供信息化支撐手段。

（2）三維可視化智能培訓系統

通過(guò)三維虛擬電廠(chǎng)對運行人員和檢修人員可進(jìn)行三維可視化培訓。三維畫(huà)面中的任何一臺設備，都是與其設備規程、檢修作業(yè)指導、實(shí)時(shí)監控畫(huà)面、工藝系統實(shí)景培訓、設備拆解/組裝培訓、設備與系統檢修培訓、設備檔案查詢(xún)、人員考核相關(guān)聯(lián)，缺陷、異動(dòng)的歷史記錄可直接追溯、查看、登記。一是設備拆解，為檢修人員提供三維可視化仿真培訓的平臺，可支持主要的主、輔機設備的動(dòng)態(tài)分解、組合、細度可到KKS編碼覆蓋的部件級。二是培訓考核，充分挖掘電廠(chǎng)已配置的三維可視化系統的功能，結合數字化移交，擴展培訓系統功能及范圍，從而實(shí)現對檢修人員的考核。系統自動(dòng)打分，自動(dòng)評判、自動(dòng)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(shí)數據的流程工藝仿真，全面實(shí)景展現電廠(chǎng)架構、設備位置、運行狀態(tài)、主要參數，實(shí)現虛擬巡檢。

（3）基于互聯(lián)網(wǎng)+的安全生產(chǎn)管理系統

通過(guò)對“互聯(lián)網(wǎng)＋”的應用，將人員位置、重點(diǎn)設備及敏感區域的監控、兩票管理系統、門(mén)禁系統、電子圍欄等相結合，實(shí)現安全生產(chǎn)管理；解決了發(fā)電企業(yè)安全生產(chǎn)管理過(guò)程中，現場(chǎng)人員位置及工作狀態(tài)無(wú)法把控、外包工難于管理、危險區域防護不嚴等問(wèn)題。一是人員定位，在智慧電廠(chǎng)管理信息系統中，利用標簽與工作人員捆綁，通過(guò)基站對標簽的識別，可以實(shí)時(shí)將工作人員定位，軌跡在三維模型中顯示出來(lái)，實(shí)現監控功能，在廠(chǎng)級監控系統中，可以找到關(guān)鍵區域的工作人員，直接鎖定到個(gè)人。二是軌跡管理，有效避免人員走錯間隔，誤動(dòng)設備。同時(shí)規范巡檢、點(diǎn)檢軌跡，人員活動(dòng)軌跡可追溯。三是與兩票系統結合，實(shí)現準入管理。在系統中設定相關(guān)人員的準入區域，可以看到工作人員的標簽變化，紅色為越權，違規進(jìn)入，系統將自動(dòng)發(fā)出警告，并記錄人員行走的軌跡。同樣的，還可以給車(chē)輛添加標簽，這樣車(chē)輛所在的位置，行駛路線(xiàn)都可以在監控中查詢(xún)。同時(shí)，兩票系統自動(dòng)排除一人多項工作、對不同工作票區域間的交叉作業(yè)及時(shí)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，根據檢修工作和許可區域，在虛擬電廠(chǎng)環(huán)境中建立檢修場(chǎng)所電子圍欄，系統同時(shí)對越權人員進(jìn)行震動(dòng)、聲音提示，提醒該人員離開(kāi)。

（4）三維數字化移交檔案系統

電廠(chǎng)資料收集集合整理尤其重要，大部分設備資料及施工安裝圖紙已經(jīng)數字化移交，隨著(zhù)姜堰電廠(chǎng)運行維護數據不斷新增，借助三維數字化檔案管理系統，從而實(shí)現所有的設備資料與虛擬工廠(chǎng)相結合。除了具有常規檔案系統的查詢(xún)功能外，還通過(guò)三維模型實(shí)現數字化檔案聯(lián)動(dòng)，可直接下載查閱，也可通過(guò)手機二維碼掃描的方式，直接調取指定設備的基本信息及歷史檔案資料、臺賬記錄等。實(shí)現了資料齊全完整、查閱便捷的功能。

（5）基于數字化的決策系統

生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)智能管控系統通過(guò)數據整合平臺，結合目標預測、綜合計劃、預算管理、費用管理、成本管理等，實(shí)現預算、指標體系過(guò)程管理，進(jìn)而構建預算/指標預測、下達、控制、執行、修正的管理平臺，為企業(yè)管理者提供量本利預測分析、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(guò)程為主線(xiàn)，在確保指標數據正確性和一致性的前提下，通過(guò)指標體系的建立和對各類(lèi)各級指標進(jìn)行定義、分類(lèi)、授權、審批、分析等來(lái)完成指標管理工作，進(jìn)而實(shí)現規劃、實(shí)施、過(guò)程控制、持續改進(jìn)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(chǎng)用電率分析、電量分析等。三是目標預測管理。按事先配置的預測模型，預測下一年度或當前年度的剩余期間的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況：主要包括年度、月度利潤、費用、指標、電量等各項數據的預測與輔助決策功能，同時(shí)能夠支持正、反向預測，預測的結果可以指導預算、綜合計劃的編制，預測完成后，以預測結果為目標指導年度計劃編制工作。目標預測管理包括預測模型配置、預測執行、預測分析等。四是計劃統計管理。系統與各業(yè)務(wù)流程緊密結合，全面作用于電廠(chǎng)指標類(lèi)計劃、任務(wù)類(lèi)計劃的通知、申報、編制、審核、匯總、審批、下發(fā)、執行、跟蹤、統計、考核和分析各個(gè)環(huán)節。五是預算管理。將電廠(chǎng)的各項經(jīng)營(yíng)指標計劃通過(guò)預算項目的劃分予以細化和量化，涵蓋全廠(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的成本預算、費用預算體系的編制，包括預算方案的制定、預算執行與控制、調整和分析等，以使整個(gè)電廠(chǎng)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)處于受控狀態(tài)，保證預期目標計劃的實(shí)現。六是成本管理。包括全廠(chǎng)的生產(chǎn)成本、機組成本、實(shí)時(shí)成本等，保證企業(yè)效益最大化。七是績(jì)效考核管理。通過(guò)績(jì)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(jìn)行指標分析。包括績(jì)效考評方式發(fā)布、繼續考評標準發(fā)布、績(jì)效考評試卷發(fā)布，年度、季度、月度績(jì)效考評結果發(fā)布。做到考評管理透明化、標準化。

（6）移動(dòng)智能終端

移動(dòng)智能終端應用支持當前主流移動(dòng)平臺Android和iOS系統，實(shí)現智慧管控在移動(dòng)智能終端上的延伸使用。移動(dòng)智能終端設備既滿(mǎn)足了企業(yè)移動(dòng)辦公的需求，又能包含點(diǎn)檢儀功能，可以測量溫度、振動(dòng)等，能夠快速全面地將移動(dòng)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(dòng)的實(shí)時(shí)的信息化服務(wù)。

2.2　智能控制系統

（1）DCS實(shí)現二三維聯(lián)動(dòng)

通過(guò)二維、三維聯(lián)動(dòng)，在二維畫(huà)面選擇某個(gè)設備時(shí)，三維監控畫(huà)面會(huì )自動(dòng)定位到相應溫度、壓力等測點(diǎn)的實(shí)際位置，甚至還包括一些檢修過(guò)的焊點(diǎn)等等，有利于運行人員對故障的判斷。這個(gè)功能在火電廠(chǎng)中加強故障診斷有很重要的拓展應用。

（2）基于專(zhuān)家系統的旋轉機械故障遠程診斷系統

故障診斷系統為重要旋轉設備建立一套嚴密的監控保護系統，以大量的數據采集為基礎，包含了各設備的廠(chǎng)家設計數據、安裝數據、現場(chǎng)長(cháng)期運行的參數及檢修、點(diǎn)檢數據、運行數據建模，大數據分析技術(shù)、進(jìn)行智能診斷，自動(dòng)判斷異常原因，并得出唯一結論。一是常規異常，根據設備異常情況，系統將進(jìn)行自動(dòng)診斷，并將結果發(fā)送給運行人員，提醒檢修人員進(jìn)行故障處理。二是專(zhuān)家系統，系統會(huì )對異?，F象及相關(guān)的歷史數據，頻譜分析自動(dòng)發(fā)送給遠程專(zhuān)家、專(zhuān)家結合數據分析及多年經(jīng)驗給出更專(zhuān)業(yè)的處理建議。對于設備本身存在的缺陷，系統將發(fā)送給設備制造廠(chǎng)商進(jìn)一步判斷處理。三是自學(xué)習功能，對于已經(jīng)處理的故障，系統還會(huì )自動(dòng)學(xué)習，進(jìn)一步豐富專(zhuān)家庫的內容，更好地保障機組的安全穩定運行。

（3）基于大數據分析的運行優(yōu)化系統

優(yōu)化運行系統以效益為優(yōu)先原則，克服了傳統熱力學(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(xiàn)性能試驗?？梢酝瓿蓴祿淖詣?dòng)采集和記錄，取代了人工抄表；根據機組運行數據開(kāi)展在線(xiàn)試驗，通過(guò)熱力計算并自動(dòng)生成試驗報告，從而節省大量的人力物力；可以隨時(shí)提取歷史上任意時(shí)段的數據進(jìn)行離線(xiàn)試驗，并能立刻得到試驗報告；從而可以實(shí)時(shí)了解機組的經(jīng)濟性變化情況，節省進(jìn)行常規性能試驗的大部分費用，降低電廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)成本。二是性能計算及耗差分析系統。利用從DCS等過(guò)程控制系統中采集到的數據，通過(guò)基于國家和電力行業(yè)標準的計算模型，計算出各個(gè)設備、機組和整個(gè)電廠(chǎng)的經(jīng)濟性指標，以實(shí)時(shí)畫(huà)面、報表、歷史曲線(xiàn)等多種方式展示給用戶(hù)，使用戶(hù)了解電廠(chǎng)各個(gè)設備、機組或整個(gè)電廠(chǎng)的實(shí)時(shí)性能及變化趨勢，并在全工況數據庫基礎上通過(guò)多種指標的耗差來(lái)指導用戶(hù)采用最經(jīng)濟的方式進(jìn)行電能生產(chǎn)，實(shí)現節能降耗。

（4）智能在線(xiàn)仿真系統

大唐姜堰智慧電廠(chǎng)系統建設中已規劃利用現場(chǎng)真實(shí)數據、真實(shí)故障開(kāi)展運行人員仿真培訓，就必須要求DCS廠(chǎng)家與仿真機廠(chǎng)家一致，否則在仿真培訓上將會(huì )存在功能缺陷。

3　效益分析

（1）安全方面

實(shí)現了從數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(shí)現從人工決策到智慧決策的過(guò)程。通過(guò)三維電子地圖，管理者能夠隨時(shí)掌握布控區域人員位置、人員分布密度、人員在線(xiàn)、離線(xiàn)狀態(tài)信息及每個(gè)受控目標的活動(dòng)軌跡。通過(guò)智能兩票及智能巡檢模塊的上線(xiàn)，也杜絕了操作過(guò)程中的錯誤動(dòng)作。

（2）經(jīng)濟方面

在機組啟動(dòng)期間，基于專(zhuān)家系統的旋轉機械故障診斷系統發(fā)揮了很大作用，及時(shí)準確地定位到機組振動(dòng)的原因，并給出判斷及改進(jìn)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(guò)基于數字化的決策系統、移動(dòng)智能終端及APP使用，電廠(chǎng)工作效率得到明顯提升。

（3）環(huán)保方面

基于大數據分析的運行優(yōu)化系統的使用，使得目前機組一直運行在最優(yōu)狀態(tài)，通過(guò)數據統計表明，各項環(huán)保指標良好。

（4）其他方面

隨著(zhù)電廠(chǎng)的投入運行，三維數字化的檔案移交也完成交付，使得整個(gè)電廠(chǎng)的檔案系統更加豐富，查詢(xún)更加便捷。三維可視化智能培訓系統、智能在線(xiàn)仿真系統也在電廠(chǎng)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(gè)機組投運過(guò)程中操作零失誤，保障了機組順利投產(chǎn)。相信通過(guò)機組運行時(shí)間越來(lái)越長(cháng)，智慧電廠(chǎng)功能發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。

2017年8月10日，姜堰燃機順利實(shí)現“雙投”。作為科遠股份智慧電廠(chǎng)完整解決方案示范項目以及國內智慧電廠(chǎng)重點(diǎn)代表項目，我們利用物聯(lián)網(wǎng)、三維可視化、虛擬現實(shí)、人工智能、大數據分析、云計算等技術(shù)，打破了傳統電廠(chǎng)的生產(chǎn)、管理模式，為電力行業(yè)帶來(lái)一抹綠色與新意。其建設思路符合國家能源產(chǎn)業(yè)政策，不僅是大唐集團建設一流智慧能源集團的重要戰略組成部分，也是能夠體現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(chǎng)示范項目?？七h股份和大唐江蘇的成功合作為中國智慧電廠(chǎng)建設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)建設智慧電廠(chǎng)的信心、推動(dòng)智慧電廠(chǎng)的建設進(jìn)程，并進(jìn)一步加快科遠股份智慧電廠(chǎng)技術(shù)在整個(gè)電力行業(yè)的推廣和應用。

精彩問(wèn)答

自動(dòng)化博覽：您認為自動(dòng)化技術(shù)在中國的電力能源行業(yè)中應用現狀如何？還存在哪些問(wèn)題？

南京科遠自動(dòng)化集團股份有限公司智慧電廠(chǎng)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(guò)了工業(yè)3.0階段，正在探索工業(yè)4.0的實(shí)現道路。目前，電力行業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)正快速向智能化、網(wǎng)絡(luò )化、數字化以及保護、控制、測量、預測、診斷、自我修復等一體化方向發(fā)展。實(shí)現智能化，要先實(shí)現數字化，而實(shí)現數字化，要先補數據信息的短板。隨著(zhù)DCS的發(fā)展，功能進(jìn)一步提高，應用范圍迅速擴展，但很多“黑盒子”和“末端”的數據還沒(méi)有充分利用，很多決策和操作還是“經(jīng)驗型”而不是由客觀(guān)數據支撐的“數據型”。

在實(shí)現數字化的基礎上，才能談智能化的問(wèn)題。智能化是對海量數據的有效應用以及知識、經(jīng)驗的邏輯化。以SIS為例，其所起的作用只是數據的采集、存儲、顯示和可打印各類(lèi)生產(chǎn)報表，能夠發(fā)揮的功能很少。其數據分析、運行優(yōu)化、控制優(yōu)化、故障診斷等功能基本未能付緒實(shí)施。這也導致了數據浪費。智能化對于如何對數據進(jìn)行處理，發(fā)現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(shuō)，方向明確，問(wèn)題明確，要看如何利用現有技術(shù)及針對研發(fā)適用技術(shù)，來(lái)幫助中國的電力能源行業(yè)解決痛點(diǎn)，實(shí)現下個(gè)階段的突破。

自動(dòng)化博覽：近幾年，在智能制造的推動(dòng)下，智能工廠(chǎng)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？

潘海祿：隨著(zhù)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(yíng)壓力越來(lái)越大，必須要做出轉變。從粗放管理向精細化高效管理轉型，要不斷進(jìn)行科技創(chuàng )新、制度創(chuàng )新和管理創(chuàng )新。順應“互聯(lián)網(wǎng)+”在發(fā)電行業(yè)的應用，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)?！比齻€(gè)主題，利用機器人、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能、大數據分析和虛擬現實(shí)等最新技術(shù)構建智慧電廠(chǎng)是必然選擇。我認為，智慧電廠(chǎng)一定是電力能源行業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向?？七h也從2015年就開(kāi)始了探索，在國內率先推出了智慧電廠(chǎng)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(chǎng)2×600MW機組智慧電廠(chǎng)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(chǎng)整體解決方案從電廠(chǎng)的智慧管控、智能控制和智能設備三個(gè)層面切入，涵蓋了三維虛擬電廠(chǎng)、人員定位安全生產(chǎn)管理系統、鍋爐CT與燃燒優(yōu)化、故障診斷系統、鍋爐防磨防爆診斷系統、優(yōu)化運行系統、凝器清洗機器人與冷端優(yōu)化等多個(gè)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、一次風(fēng)煤粉濃度是測量盲區，一次風(fēng)粉濃度不可調，運行方式粗放。我們以此為突破點(diǎn)，集中力量去創(chuàng )新。開(kāi)發(fā)出了新型測溫、一次風(fēng)粉濃度在線(xiàn)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(wèn)題。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年9月刊