數字化電廠和智慧電廠概述
數字化電廠是指以產(chan) 品全生命周期的相關(guan) 數據為(wei) 基礎，在計算機虛擬環境中，對整個(ge) 生產(chan) 過程和維護過程進行仿真、評估和優(you) 化，並進一步擴展到整個(ge) 產(chan) 品生命周期的新型生產(chan) 組織方式，是現代數字製造技術與(yu) 計算機仿真技術相結合的產(chan) 物。
智慧（智能）電廠是在數字化電廠的基礎上，運用物聯網技術，減少人工幹預、根據電力市場動態科學製定生產(chan) 計劃，構建高效節能、綠色環保、安全可靠的人性化電廠。智慧電廠功能包含數字化、信息化、可視化、智能化等，是數字化電廠結合智能製造後進一步發展的產(chan) 物。
智慧電廠總體(ti) 方案
數字化設計和移交
數字化設計是實現全生命周期數字化電廠的基礎，將三維設計升級到數字化電廠設計，設備廠商、施工單位、調試單位移交的紙質技術資料轉化成數字化文件，最終形成真正的數字化移交成果。設計院需完成的三維數字化模型設計主要包括建築物結構、主設備結構、主要輔助設備結構、管道、電纜敷設、供熱網絡等內(nei) 容，從(cong) 而建立電廠的三維模型，為(wei) DCS係統三維可視化和數字虛擬電廠建設創造條件。
數字化設計有別於(yu) 傳(chuan) 統的二維CAD設計，數字化設計解決(jue) 方案是以三維設計為(wei) 核心，並結合電力設備的具體(ti) 需求所形成的一套解決(jue) 方案。例如利用三維軟件可對整個(ge) 廠區或某個(ge) 區域實時漫遊，實現全廠設備三維可視化監視，有助於(yu) 對發電廠工藝流程、設備結構的直觀理解。
設計院將電廠設計圖紙、安裝、調試的數據、文件、資料等，轉移到數據化移交管理係統中，將整個(ge) 移交過程管理起來，確保移交內(nei) 容的完整性和一致性。
三維數字化虛擬電廠係統(三維可視化支撐係統)
三維可視化支撐係統通過三維驅動引擎加載電廠三維模型，利用虛擬現實技術，實現物理電廠在計算機係統真實再現，為(wei) 電廠設計、建設、運營提供全壽命周期的形象、直觀、真實的三維圖形和與(yu) 之相關(guan) 的參數信息。三維可視化係統與(yu) DCS、SIS、MIS有機地關(guan) 聯在一起，為(wei) 數字化電廠提供三維的圖形和數據服務。
智慧電廠管控一體(ti) 化係統建設由傳(chuan) 統MIS和SIS兩(liang) 個(ge) 互相融合而成。係統主要功能包括運行管理、設備管理、檢修管理、安全管理、綜合管理、預算管理、物資管理、合同管理、巡點檢、指標管理等軟件模塊。
技術架構充分考慮智慧管控係統未來業(ye) 務發展趨勢，充分體(ti) 現發電企業(ye) 各個(ge) 環節的互動性和信息化，充分體(ti) 現發電企業(ye) 經營管理的集中化。
圖1 技術架構
圖2 移動應用
圖3 網絡拓撲結構圖
為(wei) 電廠行政、經營、決(jue) 策管理提供服務，由經營決(jue) 策係統麵向廠領導提供綜合管理與(yu) 決(jue) 策輔助服務。主要包括：辦公門戶係統（含OA）、人力資源管理係統、計劃管理係統、預算管理係統、成本管理係統、財務集成係統、物資管理係統、檔案管理係統、企業(ye) 管理係統等子係統。
對電力生產(chan) 過程進行全麵監督與(yu) 管理，確保生產(chan) 過程安全、穩定、高效的前提下，通過加強日常生產(chan) 的管理與(yu) 組織，進一步減少能源消耗，提升環保水平。同時為(wei) 數字化工程平台提供數據交換接口，將工程階段的數據納入生產(chan) 過程，強化對電廠全壽命周期的管理能力。
（1）安全管理
人員定位係統綜合運用高精度定位技術、網絡通訊技術、智能信息處理技術等高科技手段，結合電廠三維模型，實現現場人員實時監視和安全管理。及時準確的提供工作區域內(nei) 人員的數量、位置、分布情況和每個(ge) 人員任意時刻所在的位置及各時間段的活動軌跡，為(wei) 生產(chan) 現場的安全管理工作提供可靠的數據依據。該係統可實現人員定位及安全管理在移動終端上的延伸使用。主要功能：
人員行走軌跡回放：在三維係統中實現人員、車輛行走軌跡回放，同時也可實現在平麵中查看人員、車輛行走軌跡回放。
如果檢測到有權限不匹配人員進入重點監測區域後，可向該人員手機發短信或電話通知，提醒及時離開。
在三維模型中實時顯示人員、車輛位置，並可快速定位，對不在安全區域內(nei) 的人員、車輛標記異常。
（2）運行管理
功能主要包括：交接班、運行日誌、設備定期試驗、切換等定期工作管理、運行實時績效管理、小指標管理、兩(liang) 票管理、日誌管理、技術管理、定期工作、生產(chan) 調度、專(zhuan) 業(ye) 業(ye) 務、值班簽到、重大操作等內(nei) 容。
（3）節能環保係統
節能環保係統的建設基於(yu) 中心數據庫信息，將生產(chan) 控製網絡的節能環保數據、視頻監控中心數據與(yu) 企業(ye) 外部環保網絡、節能中心實時互動連接，形成環保智能化監控與(yu) 預警，實現節能增效、環保政治安全。
（4）資產(chan) 管理（EAM）
資產(chan) 管理以設備管理為(wei) 核心、項目管理為(wei) 主線、工單管理為(wei) 載體(ti) ，建立設備資產(chan) 管理所需信息的數據架構，實現對設備生命周期全過程管理，確保設備可控、在控，保證機組長期安全穩定運行。
設備管理是整個(ge) 管理係統的基礎部分。電廠中所有檢修維護、故障分析、備品管理等活動都是圍繞著設備開展進行的。
移動應用實現智慧管控在移動終端上的延伸使用，滿足企業(ye) 移動辦公的需求，快速全麵的將移動辦公、輔助分析及消息提醒等功能延伸到管理人員手機APP，為(wei) 企業(ye) 提供移動的實時的信息化服務和決(jue) 策。
（1）便攜辦公
我的事務：支持“我的事務”包含智慧係統中涉及的所有業(ye) 務流程，通過工作流信息及信息字段的配置，控製哪些流程可以在手機上審批，手機端便可審批查閱相應的流程和文件，並可以瀏覽或下載相關(guan) 的附件信息。
會(hui) 議日程：展示指定時間段需要參加的會(hui) 議，可對單條會(hui) 議日程進行參加或請假處理；對於(yu) 已經參加或請假的會(hui) 議可進行曆史記錄查閱。
報表管理：報表展示指定時間段的重要報表及文檔附件信息，點擊可瀏覽、下載相應文件。
（2）輔助分析
關(guan) 鍵指標：通過表格或圖表形式展示生產(chan) 經營指標，使生產(chan) 過程中的關(guan) 鍵指標及時並一目了然的展現。
負荷曲線：通過圖表方式分析展示相關(guan) 負荷或指標趨勢，可查詢不同時間段、不同類型生產(chan) 指標的負荷曲線，同時可展示各種柱狀圖表示的產(chan) 量信息等。
（3）消息推送
及時將“我的事務”或“任務”推送至指定處理人；有效的節約由傳(chuan) 統短信模塊發送消息產(chan) 生的通信費用等,並可與(yu) 微信軟件集成。
智慧決(jue) 策
三維數字化電廠的可視化係統是智慧電廠建設成果和價(jia) 值的集中體(ti) 現，可視化讓智慧電廠變得可知可感。大數據可視化平台，將電廠運行各項關(guan) 鍵數據進行呈現，包括應急指揮、生產(chan) 管理、設備安全、環境保護、經營管理等領域進行管理決(jue) 策支持，進而提升電廠綜合管理水平。
智慧決(jue) 策係統以關(guan) 注數據的診斷、分析為(wei) 目標，通過對數據的診斷、分析、報告，既提升原有係統的效用，又為(wei) 決(jue) 策活動提供有力信息支持，通過對信息化數據的深度分析,幫助企業(ye) 實現績效的科學管理。
圖4：決(jue) 策分析
圖5：管理駕駛艙
（1）管理駕駛艙
三維全景管理駕駛艙，根據崗位動態顯示現場運行及檢修人員分布、機組啟停等信息。輔以電廠關(guan) 鍵指標，如：機組負荷及24小時趨勢、缺陷統計、成本分析、指標追溯等，為(wei) 高層管理者提供 “一站式”決(jue) 策支持。
（2）競價(jia) 上網決(jue) 策
競價(jia) 上網智慧決(jue) 策支持係統具有發電成本預測、電力報價(jia) 及係統優(you) 化與(yu) 決(jue) 策的能力。是基於(yu) 計算機、網絡通信、信息處理技術及安全管理模式，並融入電力係統及電力決(jue) 策計算分析理論的綜合信息係統。根據電力市場運行規則和市場信息、結合電廠和機組的成本分析，為(wei) 發電廠競價(jia) 上網提供決(jue) 策分析。係統能夠實時地計算出發電成本，能夠正確地預測生產(chan) 成本變化趨勢,為(wei) 控製成本提供準確的依據，為(wei) 報價(jia) 工作提供多種輔助決(jue) 策信息，能得到比較高出力的、最低風險的報價(jia) 建議。
（3）智能預算管控
通過對業(ye) 務、資金、信息、人才的整合，明確適度的分權授權，戰略驅動的業(ye) 績評價(jia) 等，來實現企業(ye) 的資源合理配置並真實的反映出企業(ye) 的實際需要，進而對作業(ye) 協同、戰略貫徹、經營現狀與(yu) 價(jia) 值增長等方麵的最終決(jue) 策提供支持。對各部門、各單位的各種財務及非財務資源進行分配、考核、控製，以便有效地組織和協調發電企業(ye) 的生產(chan) 經營活動，完成既定的經營目標。
（4）績效評價(jia)
以量化管理思想為(wei) 核心，以過程控製為(wei) 手段，以實時數據為(wei) 基礎，對電廠生產(chan) 人員的日常工作質量、數量等進行客觀地考核、評價(jia) 。
（5）對標管理
指標管理體(ti) 係的靈活性、擴張性程度直接影響整個(ge) 係統的應用前景。係統按照未來業(ye) 務功能的擴展，規劃指標管理體(ti) 係－對標維護體(ti) 係－KPI評估體(ti) 係三層指標維護工具，依靠這個(ge) 強大的指標維護工具，逐步建立一套適合發電企業(ye) 特點的KPI業(ye) 績評估體(ti) 係。
圖6 對標閉環管理
智能設備
運用現場總線技術和智能傳(chuan) 感技術，實現機組現場設備和儀(yi) 表的數字化，為(wei) DCS係統提供更多、更全麵的現場實時信息，通過智能設備管理係統，實現向主動型設備維護模式轉變。
智能設備包括帶現場總線接口的變送器、執行器、電機控製器等設備。
生產(chan) 視頻監控係統
生產(chan) 視頻監控係統采用智能全數字化的前端監控設備，為(wei) 設備運行的安全提供實時監控、事發後查等技術手段，並具有與(yu) SIS、MIS係統、三維數字化虛擬電廠等係統聯動的功能。
分散控製係統
實現DCS三維可視化監視功能，為(wei) 常規DCS人機係統的預判決(jue) 策提供幫助。
APS控製係統，使機組按照規定的程序進行設備的啟停操作，提高機組運行的安全可靠性，縮短機組啟動時間，提高機組的經濟效益。
與(yu) 常規DCS相比，智慧電廠DCS增加以下內(nei) 容：
（1）三維電廠數據顯示：所有測點位置實時三維顯示，可查閱每一測點參數的量程值、報警值整定及實時趨勢等信息；啟停條件、聯鎖保護條件、設備故障狀態等實時信息。通過全廠三維漫遊，對查找管道泄漏點，提供有力支撐。
（2）2D、3D畫麵聯動：三維係統自動跟隨切換至被操作、報警、故障、跳閘設備的工藝流程畫麵，直接展示出該設備的三維界麵。迅速查看報警、故障、跳閘設備相關(guan) 的實時數據、檢修記錄，對報警原因做出初步判斷。
（3）三維可視化巡檢：可進行遠程巡檢，查看各設備的實時、檢修信息。使監視更直觀，明確顯示設備測點位置，方便運行分析。（如鍋爐壁溫測點，汽輪機瓦溫、發電機線圈溫度等）。
（4）三維展示故障診斷和優(you) 化運行中心信息：三維展示故障診斷和優(you) 化運行中心提供的各種故障信息，全麵掌握機組運行狀態和設備故障信息，及時采取措施，避免機組非停。設備不同健康狀態（正常、預警、報警、故障等），可用不同顏色在對應三維設備中顯現，非常直觀、明確。
（5）通過對人員實時位置監視，監視運行人員現場所有操作監視，對不規範操作及行為(wei) 可及時提醒。並實現夜間對人員施救，更加迅速、準確。
智慧熱網
對所有熱用戶集中監測管理、分析計算及運行調度、故障檢測、遠程控製。根據運行參數合理製定供熱係統運行方案，合理的調度、指揮。並通過預付費管理功能，實現用前先繳費，用後詳細結算，避免電廠資金風險。
三維可視化仿真係統
三維可視化仿真係統是在傳(chuan) 統仿真機的基礎上建設具有三維可視化的仿真係統模型，是集虛擬現實（VR）技術和交互技術於(yu) 一體(ti) 的高精度、沉浸式仿真係統。利用三維模型，呈現三維虛擬現實（VR）工作環境仿真場景，可簡便而快速地進行瀏覽、學習(xi) ，如同在計算機上操作遊戲一樣。
三維可視化仿真係統具有傳(chuan) 統仿真機不具備的三維動畫操作顯示功能，可以實現在虛擬現實環境中進行設備的動畫操作和顯示，利用此功能進行以下培訓：
☆ 三維可視化環境下的工藝流程培訓，直觀顯示工質流動，設備動態參數等。
☆ 全廠場景漫遊。通過構建真實尺寸模型建立虛擬環境，在虛擬環境中可以快速對全廠環境進行了解，在設備上顯示基本參數，能夠使受訓者全麵掌握廠內(nei) 狀態。該場景也可為(wei) 技術改造的討論及演示提供平台。
圖7全廠區域三維可視圖
圖8 設備拆、裝三維可視圖
☆ 設備檢修過程培訓。建立高精度三維設備模型數據庫，任意選擇要操作的設備模型，進行人機交互式訓練，對設備進行虛擬拆卸、安裝、隱藏零部件等功能，使員工熟練掌握設備詳細結構，實現將模型組件從(cong) 模型上拆解出來，展示模型“從(cong) 整到零，從(cong) 零到整”的過程，為(wei) 設備維修作業(ye) 中提供支持。
故障診斷係統
故障診斷係統為(wei) 事故預診提供重要基礎數據和狀態檢修策略，對已發生的故障進行分析與(yu) 診斷，確定故障原因，提出整改措施，為(wei) 設備或係統的安全運行提供可靠的保障。
故障診斷係統包含以下功能：設備狀態檢測、設備早期預警、設備故障診斷、振動分析等。
☆ 趨勢分析：監測影響設備安全運行的一些重要參數，如瓦溫、振動等，得到參數的變化和發展趨勢，結合專(zhuan) 家和運行人員經驗，對設備的運行趨勢給出結論，杜絕事故，延長設備壽命。
☆ 振動分析：提供多種振動信號分析圖形，包括波形圖、頻譜圖、軸心軌跡圖、波德圖、極坐標圖和振動趨勢圖等。機組振動超過危險值時，並分析振動與(yu) 相關(guan) 參數之間的關(guan) 係，為(wei) 振動分析提供依據，幫助技術人員對機組工作狀態進行深入分析。
☆ 設備早期預警：當設備健康度下降的時候，提出預警，並提供影響設備健康度的參數，指導運行和檢修。
☆ 設備故障診斷：通過與(yu) 專(zhuan) 家合作，建立故障診斷知識庫。利用專(zhuan) 家知識進行推理診斷，給出診斷結果，提出消除故障的措施。係統提供自動診斷和和對話診斷兩(liang) 種診斷方式，可對機組常見故障進行診斷。
☆ 設備風險評估：根據設備運行狀態和趨勢風險，建立設備風險和失效的數學模型，對可能存在的風險進行分級提醒。
