基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能電廠建設(shè)方案

　　導(dǎo)讀：隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與各行各業(yè)的結(jié)合逐步深入，正不斷催生新的生產(chǎn)作業(yè)及經(jīng)營(yíng)模式，改變著企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)、服務(wù)方式和產(chǎn)品形態(tài)。某發(fā)電企業(yè)立足當(dāng)前信息化現(xiàn)狀及發(fā)展困境，圍繞智能生產(chǎn)控制和智能管理兩個(gè)中心，提出建設(shè)智能電廠的建設(shè)方案，革新電廠作業(yè)模式和管理手段，提升生產(chǎn)控制能力、故障處理能力和輔助決策能力，逐步向更加清潔、高效、可靠的智能化方向發(fā)展。

　　一、建設(shè)背景

　　發(fā)電行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)，但很多發(fā)電企業(yè)至今還沒有找到與最新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行融合的有效途徑。某發(fā)電企業(yè)以傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)為核心的自動(dòng)化系統(tǒng)和以SIS/MIS為核心的信息化系統(tǒng)近年來無明顯進(jìn)步，現(xiàn)場(chǎng)總線僅僅作為過程數(shù)據(jù)的通信總線，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部信息始終無法很好的接入系統(tǒng)并被進(jìn)一步使用。發(fā)電廠主副機(jī)檢修和維護(hù)還遵循著多年以來的“大小修”模式，無法通過優(yōu)化的按需實(shí)施的狀態(tài)檢修來實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢修的精確化和低成本化。發(fā)電運(yùn)行和設(shè)備數(shù)據(jù)很多，但出現(xiàn)機(jī)組故障后，多采用現(xiàn)場(chǎng)“事后分析”的模式，不能通過互聯(lián)網(wǎng)將主副機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線反饋到設(shè)備廠家，利用設(shè)備廠家的知識(shí)庫、專家?guī)爝M(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程分析、遠(yuǎn)程維護(hù)和故障預(yù)測(cè)。

　　二、智能電廠架構(gòu)

　　該企業(yè)智能電廠建設(shè)的思路是以新一代智能管控一體化系統(tǒng)為核心，全面開拓和整合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理及管理決策等業(yè)務(wù)，構(gòu)建覆蓋發(fā)電廠全壽命周期的智能發(fā)電廠技術(shù)方案。智能發(fā)電廠以統(tǒng)一的管控一體化平臺(tái)作為支撐，融合智能設(shè)備層、智能控制層、智能生產(chǎn)監(jiān)管層以及智能管理層，形成一種具備自趨優(yōu)全程控制、自學(xué)習(xí)分析診斷、自恢復(fù)故障(事故)處理、自適應(yīng)多目標(biāo)優(yōu)化、自組織精細(xì)管理等特征的智能發(fā)電運(yùn)行控制與管理模式，并借助可視化、云計(jì)算與服務(wù)、移動(dòng)應(yīng)用等技術(shù)，為發(fā)電企業(yè)帶來更高設(shè)備可靠度、更優(yōu)出力與運(yùn)行、更低能耗排放、更強(qiáng)外部條件適應(yīng)性、更少人力需求和更好企業(yè)效益。

　　(1)設(shè)備層：在電廠傳統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的測(cè)量傳感技術(shù)，對(duì)電廠生產(chǎn)過程進(jìn)行全方位檢測(cè)和感知，并將關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)信息及環(huán)境因素轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理和高效傳輸，為智能控制層及智能管理層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

　　(2)控制層：結(jié)合先進(jìn)控制算法及智能控制策略、多目標(biāo)優(yōu)化、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段，嵌入實(shí)時(shí)控制和優(yōu)化算法、節(jié)能控制優(yōu)化方案、機(jī)組實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)性分析與診斷模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警診斷模塊、自啟停控制模塊等來滿足對(duì)象多樣化的需求。

　　(3)監(jiān)管層：提供用戶界面、柔性多目標(biāo)決策、模型的更新與深度學(xué)習(xí)、故障自切換與恢復(fù)、機(jī)組全面分析診斷等功能，為智能管理決策提供依據(jù)。配備廠級(jí)負(fù)荷優(yōu)化系統(tǒng)及高級(jí)值班員決策支持系統(tǒng),為機(jī)組的高效運(yùn)行及安全管理維護(hù)提供支持。

　　(4)管理層：提供自組織的精細(xì)化管理解決方案，通過廠級(jí)能效對(duì)標(biāo)與考核系統(tǒng)、運(yùn)行管理系統(tǒng)、智能巡檢、精密點(diǎn)檢與設(shè)備遠(yuǎn)程管理、設(shè)備定期輪換管理、可視化設(shè)備潤(rùn)滑智能管理、可視化技術(shù)監(jiān)督智能管理、可視化三維作業(yè)指導(dǎo)書及檢修培訓(xùn)、缺陷管理、全局成本利潤(rùn)分析與決策、移動(dòng)應(yīng)用、遠(yuǎn)程診斷、三維虛擬電廠與安全管控、三維建檔等管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)基于數(shù)據(jù)共享的管理一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的閉環(huán)、自組織的精細(xì)化管理系統(tǒng)。

　　三、主要建設(shè)內(nèi)容

　　該企業(yè)智慧電廠的主要建設(shè)內(nèi)容包括公有云平臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、機(jī)組實(shí)時(shí)自校正仿真系統(tǒng)、基于自校正仿真的優(yōu)化運(yùn)行/事故預(yù)報(bào)系統(tǒng)、設(shè)備能耗監(jiān)控與管理系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài)檢修/維護(hù)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷支撐系統(tǒng)、三位數(shù)字化電廠系統(tǒng)、知識(shí)管理及共享系統(tǒng)等。

　　(1)云平臺(tái)：借助共有云提供的虛擬計(jì)算和分布式存儲(chǔ)功能，將云平臺(tái)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為發(fā)電廠各種設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息。通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行信息的分析和整理，計(jì)算出發(fā)電廠各主副設(shè)備的運(yùn)行能耗;結(jié)合機(jī)組運(yùn)行工況數(shù)據(jù)，分析得出機(jī)組運(yùn)行工況與設(shè)備能耗的關(guān)聯(lián)性，給出優(yōu)選的設(shè)備能耗分配;在仿真系統(tǒng)中經(jīng)過加速運(yùn)行優(yōu)化后，可以將機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化與發(fā)電廠設(shè)備能耗優(yōu)化統(tǒng)一聯(lián)動(dòng)起來，降低機(jī)組設(shè)備內(nèi)部能耗，提升發(fā)電效率。

　　(2)遠(yuǎn)程診斷支撐系統(tǒng)：該系統(tǒng)集成了傳感器技術(shù)、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)通信、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、仿真等技術(shù)，可為重要設(shè)備或系統(tǒng)建立了一套嚴(yán)密的監(jiān)控保護(hù)體系，為發(fā)電廠設(shè)備、電廠用戶以及第三方廠商搭建一個(gè)三方互聯(lián)平臺(tái)。通過連續(xù)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備或系統(tǒng)運(yùn)行的重要狀態(tài)參數(shù)，及時(shí)了解設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，為事故征兆的預(yù)診斷提供重要的數(shù)據(jù)資料，對(duì)已發(fā)生的故障進(jìn)行快速的診斷分析，及時(shí)指出故障原因，提醒操作運(yùn)行人員采取必要的措施，為設(shè)備或系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供可靠的保障。設(shè)備廠商/第三方機(jī)構(gòu)可以監(jiān)控發(fā)電廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并給出設(shè)備故障預(yù)警和維護(hù)建議;電廠用戶也可以通過該平臺(tái)尋求設(shè)備廠商/第三方機(jī)構(gòu)的技術(shù)支持，以便在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行快速診斷和修復(fù)。

　　(3)數(shù)字化電廠系統(tǒng)：該系統(tǒng)具有對(duì)接PDMS、PDS等大型三維設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)接口，可將大量有用信息平滑地導(dǎo)入到本系統(tǒng)進(jìn)行加工處理，并集成工廠運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)，再通過運(yùn)行系統(tǒng)(如DCS、SIS、MIS 等)內(nèi)其它各種相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)三維模型與設(shè)備、信息文檔的有力結(jié)合，最終形成龐大的工廠三維信息化系統(tǒng)。三維信息化涉及到從設(shè)計(jì)、建造、安裝、調(diào)試、投運(yùn)等不同階段，有設(shè)計(jì)方、建造方、設(shè)備方、業(yè)主方等多家單位參入，統(tǒng)一規(guī)劃，并在統(tǒng)一框架的指導(dǎo)下，各公司進(jìn)行數(shù)字化工廠的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，共享資源，避免重復(fù)建設(shè)。

　　(4)自校正仿真系統(tǒng)：該系統(tǒng)以仿真模型為核心，首先符合目標(biāo)機(jī)組特征的初始仿真模型在仿真子系統(tǒng)中運(yùn)行，來自于目標(biāo)機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)接入該仿真模型，仿真模型在機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行自矯正訓(xùn)練，訓(xùn)練后的模型輸出數(shù)據(jù)與下一時(shí)間剖面的目標(biāo)機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差比對(duì)，自動(dòng)調(diào)整模型參數(shù)后，再進(jìn)行下一輪的訓(xùn)練調(diào)整，這個(gè)過程是實(shí)時(shí)自動(dòng)連續(xù)的，經(jīng)過若干周期，可以得到仿真精度非常高的仿真模型，并且隨著時(shí)間的推移，精度越來越高。

　　(5)基于自校正仿真的優(yōu)化運(yùn)行/事故預(yù)報(bào)系統(tǒng)：在高精度仿真模型的基礎(chǔ)上，可以在該仿真平臺(tái)上對(duì)機(jī)組的設(shè)備進(jìn)行生命周期管理，結(jié)合設(shè)備參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修以及維護(hù)計(jì)劃安排;設(shè)備廠商和第三方機(jī)構(gòu)也可以在該仿真子系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)備和過程優(yōu)化研究、診斷維護(hù)。仿真系統(tǒng)中的過程數(shù)據(jù)與真實(shí)機(jī)組是實(shí)時(shí)同步的，仿真子系統(tǒng)是位于互聯(lián)網(wǎng)的云端，任何經(jīng)過授權(quán)的單位和個(gè)人都可以訪問和使用仿真系統(tǒng)的功能和數(shù)據(jù)。

　　(6)遠(yuǎn)程診斷支撐系統(tǒng)：該系統(tǒng)根據(jù)輸入、輸出及相關(guān)狀態(tài)變量之間的關(guān)聯(lián)，通過對(duì)海量歷史數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并基于實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)模型可信度進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)模型的在線更新;根據(jù)對(duì)象數(shù)學(xué)模型，采取模型自弈的學(xué)習(xí)模式，通過對(duì)關(guān)鍵輸入?yún)?shù)及狀態(tài)變量的有序調(diào)整，對(duì)系統(tǒng)典型故障進(jìn)行激發(fā)和模擬，獲取機(jī)組大量的故障歷史專家?guī)?利用自弈獲取的海量故障數(shù)據(jù)，通過深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，提升系統(tǒng)故障診斷的準(zhǔn)確率;進(jìn)而根據(jù)閾值評(píng)價(jià)體系，對(duì)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)與機(jī)組故障模型之間的比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的提前預(yù)警和診斷。

　　四、結(jié)語

　　某發(fā)電企業(yè)以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為抓手提出的智能電廠建設(shè)方案，有利于全面整合和優(yōu)化企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)和安全體系，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢修的精確化和低成本化，有利于實(shí)現(xiàn)故障智能處理和設(shè)備運(yùn)行在線仿真，提升實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程分析、遠(yuǎn)程維護(hù)和故障預(yù)測(cè)能力，有利于自趨優(yōu)全程控制、自學(xué)習(xí)分析診斷、自恢復(fù)故障處理、自適應(yīng)多目標(biāo)優(yōu)化和自組織精細(xì)管理，為其他發(fā)電企業(yè)推進(jìn)智能化生產(chǎn)和管理提供了重要參考。