智慧全析电厂信息平台研究与设计

喻敏华

(湖南大唐先一科技有限公司，长沙 410007)

在“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”的战略构想的指引下，电厂信息化正在获得快速发展，呈现出数字化、智能化及智慧化发展的趋势，数据管理由分散管理向集中管理转变，智能化设备、商业智能在信息系统中的逐步应用。

贵州兴仁电厂作为新建电厂，为了满足国家对发电行业发展所提出的要求，同时满足中国大唐集团公司(以下简称“集团公司”)对信息化建设的总体思想，利用先进的信息化建设技术，采用前沿的信息化建设方案，打造一体化的智慧全析电厂信息平台，建设数字化、智慧型电厂是执行精细化管理、提升生产及管理效率、实现科学决策、用数据说话的必然条件和发展要求。

1 建设目标

基于现场总线技术、计算机网络技术、物联网技术、信息集成与三维虚拟现实技术、云平台、机器学习算法等现代智能化信息处理技术，融入先进的管理思想和技术策略，实现业务全覆盖、智能化分析、可视化管理、移动化应用，以建立高效、便捷的一体化信息应用平台为总体目标，实现电厂生产经营管理智能、精细、高效、绿色及可持续发展，打造一流企业。实现如下建设目标。

(1)智能处理一流。通过不断对实时感知能力的提升和协同处理能力的优化，实现全厂完整业务过程的流程化监控、智能化处理。

(2)方便适用一流。采用三维模型化设计，实现基建期的数字化移交及生产运行期的可视化管理。

(3)技术架构一流。构建基于电厂数据完整、统一存储、规范处理的数据中心及覆盖全厂业务的一体化管控。

(4)价值导向一流。挖掘数据价值，实现用数据分析、用数据决策。通过模型预测能力的不断提升，实现电厂各环节价值链的最优化运营及打造网络化、信息化、国际化、生态化的高效现代化电力生产企业，为迎和电力行业改革而不断提高核心竞争力。

2 设计思想

以集团公司信息化总体规划为指导思想，以集团公司信息化建设“六原则”为基础， 以安全、可靠、统一、经济、安全、领先为基本原则，智慧全析电厂信息平台建设总体设计思想如下。

(1)顶层设计、统一规划，并实现全生命周期覆盖。采用信息化建设与电厂建设阶段同步进行的思路，相互统一、完整设计、同步推进，信息系统应用覆盖全生命周期。

(2)构建大数据、微应用、多情景、一体化的应用模式。对全厂业务数据采用标准、规范、集中式存储架构，实现数据互联互通，构建大数据应用中心。系统采用一体化平台的构建模式，并使用移动化、个性化应用模式，实现高效、灵活 、一体化的应用模式。

(3)建设基于模型化的数据体系，利用数据资产构建全厂生产运营数据价值链，实现利用最优价值链为指导的生产管控模式。系统采用模型化思想建立数据处理体系，并实现模型可配、可扩、可优化，通过机器学习法等智能算法的应用，形成数据、知识、价值的转变，形成各类数据资产，并通过不断的模型优化及分析，指导各生产运营环节，实现电厂生产运营价值链的最优化运行。

(4)引入工业4.0建设理念、采用前沿成熟的信息化技术及系统先进的架构思想，实现信息化建设行业一流。系统使用虚拟化、云平台为底层支撑，引入大数据、物联网、移动应用、数据总线等前沿技术，打造高效、便捷、智能的信息化系统，实现行业领先的战略目标。

3 平台架构

3.1 总体架构

该平台包括基础设施层、数据感知层、数据资源层、应用支持层、应用层级用户层，整体架构遵循标准规范及信息安全保障体系(见图1)。

图1 总体架构

基础设施层主要包括服务器主机、网络设备、云平台等，是整个系统的基层性支撑；数据感知层是通过统一数据采集平台，对各设备运行、各指标参数进行实时采集、传输，形成系统的基础数据；数据资源层是对项目数据资源统一存储及管理，数据资源包括实时/历史数据、结构化数据和非结构化数据等；应用支持层是应用系统的基础支撑部分，主要包括用户管理、日志管理、系统监控、身份认证等；应用层是系统的核心，统一进行业务的处理及应用。用户层是系统的人机交付界面，包括PC 、大屏及移动应用等。

3.2 业务架构

该平台的业务主要由基建期和生产运行期两大块组成。基建期主要包括三维数字化平台及档案系统；生产运营期包括SIS 、仿真系统、燃料三大项目及综合管理。业务架构如图2。

图2 业务架构

3.3 应用架构

该平台主机采用云平台架构，所有的应用系统可以运行在应用云平台上，数据存储可以运行在数据存储云平台，以方便后续的扩展应用。

平台完全采用SOA(面向服务的体系结构)软件架构模，面向服务的体系结构是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种系统中的服务可以一种统一和通用的方式进行交互。

应用SOA架构模型，将使业务IT系统变得更加灵活和开放，可以快速适应业务中的改变和扩展，同时更加便于系统间的应用整合和数据交互，能灵活适应架构的演变，保持应用架构的持续改进和领先。应用架构如图3所示。

图3 应用架构

3.4 网络架构

该平台应用的基础网络将贯彻中国大唐集团公司的双网隔离要求，按照“统筹规划、系统设计、整体推进”的思路，充分发挥IT运维的支撑和保障性作用。建立统一管理、体系保障、流程规范、安全高效的内外网隔离及信息安全平台，实现安全管理的可管、可控及安全产品(技术)系统性应用，实现规范化、制度化和流程化，通过双网的隔离，整体提高信息安全和运维管理水平。网络总体拓扑架构如图4所示。内、外网隔离后的内网拓扑图和外网拓扑图如图5和图6所示。

图4 网络架构

图5 网络架构(内网)

图6 网络架构(外网)

对各业务系统进行合理的安全域划分，区别防护，建立健全网络安全体系，防范各类安全威胁和安全事故的发生，及时处理信息安全事件，杜绝次生信息安全事故的发生。整个网络设计考虑了核心网络设备的安全、冗余、系统区域边界的安全、整体网络的安全管理控制等多方面因素。

3.5 数据架构

该平台数据采用统一的数据存储及管理架构方式，形成统一数据管理中心。数据来源主要包括电厂采集的指标数据、系统二次计算形成的统计数据、基础管理数据及从分子公司、集团数据中心通过数据交换平台采集过来的数据。数据架构见图7。

图7 数据架构

数据的分类及存储如下。

(1)关系型数据。主要是各个业务系统Oracle数据库中数据，需要整合到统一的关系数据中。

(2)生产实时数据。如机组运行数据，这种数据涉及集团基层单位的生产数据，更新频率比较高，历史数据巨大，这些数据存储在实时/历史数据库中。

(3)非结构化数据。如文档图片视频数据，存储在文件数据库中。

数据平台整合这三种类型数据存储，对外提供统一的数据访问交换接口；采用分布式存储方式，在满足大数据访问性能的同时，解决后续数据不断增加带来的数据扩展难题；数据存储及访问模式如图8所示。

图8 数据存储及访问模式

4 平台功能

智慧全析电厂信息平台包括生产管控一体化、企业资源一体化管理、网络化一体安全监控、智能化决策支持、平台化集成等功能。

4.1 生产管控一体化

生产管控一体化是以数据总线、三维数据模型及智能终端设备为基础，以运行优化专家库为指导，通过对机组运行控制、实时监视、数据分析、设备管控及仿真应用的生产过程的一体化应用，综合分析、运行优化、闭环控制，实现不断提高机组安全、经济、最优化运行。此模块主要包括DCS、厂级生产过程监视、经济性能监测、环保性能监测、设备全生命周期监测、设备智能诊断、运行绩效考核、优化运行及仿真应用等模块。

生产管控一体化主要是以机组运行监控和设备管控为两条主线，实现相互融合的闭环管理。机组运行监控是以在线仿真及运行指导专家库为分析平台和工具，以实时生产数据为基础，不断优化运行参数，实时指导DCS 的运行控制，并通过实时数据及各类指标计算模型，实时形成安全、环保、经济等类型的综合分析和实时性运行绩效考核，实现综合性的指导和引导运行人员实现机组的调优及最优化运行。设备管控是采用机器自学习等技术应用，以设备诊断模型为基础，实现设备智能诊断及设备在线状态监测和分析，并通过三维数字模型，结合基建期安装、调试及生产运营期设备维护、检修等信息，实现设备全厂化漫游、定位、状态监视等全设备周期管控。

通过对此两条主线的应用及相互融合，形成对生产过程的一体化管控，并结合安全管控及生产管理，实现数据共享及应用集成，同时为经营管理、决策支持等方面提供原始的基础数据。

4.2 企业资源一体化管理

企业资源一体化管理包括生产管理、财务管理、燃料管理、物资管理。生产管理是以生产任务管理为主线，以“三型五化”为原则，实现对安全生产管控的动态对标、偏差控制、约束运行、持续改进。通过生产管理与财务管理、燃料管理、物资管理的无缝集成，实现业务驱动财务，财务自动核算，及时反映企业运营成本，并实现业务可追溯；同时融入集团公司安全生产的管理制度、工作标准及技术标准，实现现场规范化作业、流程化管控、偏差控制，为创建本质安全型企业创造条件，并通过对生产数据、经营数据、财务数据的共享、挖掘，实现多维度的对标分析及为辅助管理决策支撑提供基础数据。

4.3 网络化一体安全监控

网络化一体安全监控是通过智能视频、安防体系、应急体系及与生产过程、生产管理的集成，形成全厂一体化、网络化安全管理。网络化一体安全监控主要包括智能门禁、视频监控、出入口管理、访客系统、自动考勤、视频会议、应急指挥、安全生产、库存安全等模块。

系统采用智能一卡通、入侵检测、自动跟踪等前沿信息技术，通过生物识别技术(如：人脸、指纹、指静脉等)、摄像头等感知设备或到位刷卡方式，利用移动定位、摄像机联动控制、声光报警等技术建立的物联网感知体系，并通过与生产管理、三维数字平台等模块相集成，实现人员识别、现场作业、区域监控、设备监视等方面一体化安全管控，实现全局指挥、应急联动、操作简单、安全可靠、智能处理的安全管控模式。

4.4 智能一体化决策支持

智能一体化决策支持是通过对数据资产及各类数学模型，采用数据挖掘及分析技术，为电厂管理层在经营管理、设备诊断、能耗分析、优化运行等方面决策提供有力的数据支撑。

该平台以云平台架构、大数据平台为基础，建立各类数据分析模型，采用机器自学习法、神经网络算法等分析技术，提供对竞价上网、生产运营、设备智能诊断、设备寿命分析、节能环保等方面进行数据分析和挖掘，提供一键式实时分析，并对分析结果实现数据可追溯、分析结果结构化展示。对进行精细化管理、风险可控、决策支持等方面，实现用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新的管理模式。

4.5 平台化集成及个性化应用

该平台通过集成平台对生产管控一体化、企业资源一体化管理、网络化一体安全监控、智能化决策支持等模块及分子公司、集团公司统建的系统进行集成，形成统一的一体化系统应用平台，并对使用角色提供个性化应用，实现大数据、微应用的系统应用模式。

该平台集成主要包括横向集成和纵向集成。横向集成是对全厂各部门、各业务领域的横向贯通，打通部门之间、管理领域之间的横向关联，消除信息孤岛、数据，实现全厂级数据共享及全厂业务功能的一体化应用，共同搭建厂级的一体信息化平台。纵向集成是对集团公司、分子公司业务的纵向贯通，打通机构上下级之间的业务关联。

5 平台特色

(1)使用工业4.0思想，采用模块化处理、一体化集成架构，实现全厂业务协同运作，管理无死角。改变传统SIS、MIS 等系统化的模式，采用集成平台实现业务全覆盖的一体化管控模式，数据无缝链接。实现全厂业务一体化的管控，数据共享性利用。

(2)引入国外先进的三维数字化模型技术，实现数字化移交及可视化远程生产过程管控。引入三维数字化模型技术，实现资产数字化管理，通过与安防、生产过程数据的有机集成，实现可视化生产过程管控，提高了工作效率及安全性能。

(3)利用智能检测、测量设备、现场总线、视频及信息智能处理技术，实现了设备检修，设备诊断、人员行为管理、物资流转、库存等生产过程智能化管控。

(4)实现全厂无线覆盖，采用移动化应用技术及二维码扫描技术，提供多操作场景的应用平台，开创基于大数据、微应用的实时式监控、便捷式处理的工作方式。采用全厂覆盖的无线网络模式及移动技术，满足PC 、手机、智能移动终端、大屏等多种终端设备，提供便捷式处理服务并极大地提高了工作效率。

(5)采用了大数据、云平台、商务智能等前沿技术，提供智能化数据分析及一键化数据处理，实现用数据决策的经营管理模式。利用神经网络算法、机器自学习法等数据挖掘技术及先进的数据处理模型，在竞价上网、日利润分析、运行优化、故障诊断等决策支持方面提供智能化数据分析。

6 结语

基于智慧全析模式的电厂信息平台采用先进的智能设备与大数据挖掘分析技术，对电厂生产经营的全过程、全价值链进行全面的、系统的分析，结合现场总线技术、计算机网络技术、物联网技术、信息集成与三维虚拟现实技术、云平台、机器学习算法等现代智能化信息处理技术，融入先进的管理思想和技术策略，打造高效、便捷的一体化信息应用平台，从而为电厂优化生产方式、提高生产效率、全面提升生产管控水平、提供科学决策的智慧化电厂，实现电厂生产经营管理智能、精细、高效、绿色及可持续发展，打造一流企业。

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