智慧电厂建设管理平台的设计与思考

摘要：随着现代经济的发展，行业竞争日益激烈。物联网+5G、大数据、云计算、人工智能技术发展势头迅猛，使其应用到智慧型电厂的范围更加广泛。围绕对人员管理、作业流程、安全管理和事故预防的智慧电厂建设目标，对自学习、自适应、自趋势、自恢复、自组织的智能发电运行控制管理模式展开讨论，实现提升系统生产效率、节能降耗的目的，构建低碳清洁、安全高效的智能电厂体系。

关键词：智慧电厂建设;技术应用;大数据;人工智能

一、智慧电厂内涵及意义

智慧电厂始于感知、精于计算、巧于决策、勤于执行、善于学习，以发电过程的数字化、自动化、信息化、标准化为基础，以管控一体化、大数据、云计算、物联网+5G为平台，集成智能感知与执行、智能控制与优化、智能管理与决策等技术，形成一种具备自学习、自适应、自趋势、自恢复、自组织的智能发电运行控制管理模式，实现提升系统生产效率、节能降耗的目的，构建低碳清洁、安全高效的智能电厂体系。

二、平台架构

平台架构分为应用层、平台层、存储计算层和物联网层。应用层包括大屏展示、三维厂区、风险预警、风险统计、风险源管控、电子围栏、视频联动、智能预警、行为识别、智能培训、阈值管理、设备监控、智能巡检、人员定位和车辆定位;平台层包括三维引擎、报表统计、工作流、工况辨识、定位应用、身份认证、单点登录、网关、配置中心和定位引擎。存储计算层包括数据存储、数据集市、数据治理、离线计算、实时计算、数据采集、数据集成、数据安全、离线数据和实时数据;物联网层包括设备信息、设备参数、炉温、定位标签、定位基站、烟气参数、定滑压、压力数据、传感器和摄像头。

三、平台系统模块

（一）大数据存储计算平台

以Kafka作为平台数据的汇聚层，接入各种数据源，可靠缓存消息数据，任何数据类型，不需要在数据源端和目标端安装任何插件，即可实现在大数据组件范围内无障碍互通;支持传统关系数据库（Mysql、Oracle、Postgresql等）、大数据体系数据源（ES、Kafka）、文件等多类数据源，同时支持灵活定制扩展;支持在集成过程中对数据转换和清洗，通过Sql方式操作，灵活方便，支持用户自定义转换模型;支持按增量建增量同步，并在同步过程中进行严格Schema校验，保证数据流转处理过程中的数据规范化、一致性;灵活任务监控和调度管理，平台自动根据任务启停对任务进行调度和负载均衡，充分利用系统资源;以数据总线和数据流转机制为核心;注册Schema，实现基础元组的管理;分布式集群架构，支持处理流程的多环节和高并发。任务提交到集群，统一管理。自动均衡、高可用、线性扩展;内置常见数据计算模型，支持用户定义计算模型，同时实现与大数据分析计算引擎互通，可方便地将大数据分析计算引擎中积累的数百种数据模型集成到计算平台使用;任务统一监控和调度管理，支持自动均衡、高可用、线性扩展。

（二）高精度室内定位

高精度室内定位作为位置服务的延伸应用，应用最先进的UWB，实现室内环境的分米级高精度定位。将“人员实时定位管理、设备及物资定位管理、移动轨迹查询、电子围栏安全防护、一键报警求助、视频联动”等现代技术手段功能加入室内人员安全管理系统之中，真正实现对室内环境的全覆盖实时位置管理。

高精度室内定位可应用于危险区域、危险源管控;承包商、外来人员管控;智能考勤、工时统计，自动生成考勤报表;重要区域、重要人员、重要事件视频联动;实时查看电厂人员分布情况;智能巡检、规范巡检流程;历史轨迹存储和回放;异常行为分析（如昏迷、滞留），实时报警等场景。

（三）安全风险分区管理

针对室内室外分别进行当前风险整体分布、统计、管理;实行两单三卡管理，包括危险因素排查单、安全风险管控单、承诺卡、应知卡、应急处置卡;将厂区内各区域按照风险等级划分为4个等级区域，每个等级区域以不同颜色分别显示于三维厂区图中，实行风险四色图管理;对安全风险的风险统计包括对风险点统计、风险管控跟踪、历史风险数据统计、风险排查情况统计。

（四）安全生产管控

主动安全管控，掌握人员在岗在位情况，监测人员与车辆实时位置，避免人员车辆在未经许可情况下闯入危险区域，保障人员安全。人员管理包括对人员基本信息、人员实时定位、人员轨迹查询和人员报警进行统计;车辆管理包括对车辆基本信息、车辆实时定位、车辆轨迹查询、车辆报警统计和车辆移动电子围栏进行记录备案;设备管理包括实时监测燃烧系统设备、汽水系统设备和电气系统设备。

对安全生产设置电子围栏。三维厂区图中，可绘制电子围栏;高危区域配置，根据危险设备位置自动生成电子围栏，形成报警区;三维厂区图中，设置危险作业区，设置限制人员车辆出入报警规则。

对安全生产设置智能巡检。选择巡检作业人员，查看巡检作业人员实时轨迹，若偏离预定路线则进行报警并主动进行视频跟随;巡检实时视频跟随，通过点击巡检人员的实时位置头像，可以打开巡检位置的视频监控，跟随巡检;对于巡檢过程中发现的异常、问题等，上传图片、视频等至数据中心;历史轨迹回放，选择一个或多个人员进行某时段内的轨迹查询。

对安全生产应用视频跟踪识别。监控、高精度定位等设备与视频形成智能联动。视频跟随，实时调动摄像头，完成与主屏幕的实时视频联动;输入人员信息，能够快速切换至视频现场形成快速查找视频;对突发事件告警，可以快速切换现场监控视频;对闯入人员、车辆视频联动。应用深度学习技术对人员及车辆识别、人员翻越厂区护栏识别、危险操作识别形成智能识别。

对安全生产设置智能两票。开票—签发—安措办理—许可—现场操作—撤离—安措恢复—终结。借助电子围栏、人员定位技术，监控未经两票许可的越权闯入人员，避免安全事故;通过APP实现实时在线办理工作票安措，支持上传安措执行中的照片、录像等资料，保留安措执行确认依据;根据人员定位技术，实时监控工作负责人长时间离开工作区域，及时通知提醒管理人员。

（五）应急处置

以文本预案为基础，构建电子预案库，对预案进行汇总和管理，实现预案编制、修订、报备和发布全流程的标准化;实现预案结构化处理，提高对预案内容的检索效率，帮助应急相关人员快速定位所需查看内容;实现预案的自动化匹配，全面提高预案的实操性，指导应急演练和救援实战。

对突发灾害、群体事件、卫生事件、环保事件做好应急预案;通过应急值守、系统推送、人工录入等手段及时应急响应;通过现场信息回传、事件评估、响应预案、任务派发、实施救援等手段科学做到应急处置。

（六）风险监测预警体系

建立统一可视化平台的风险监测预警体系。安防报警系统集成。命令控制外部系统;厂区广播、大喇叭;厂区一键报警;报警视频联动;报警、指挥调度处置;报警事件感知。视频监控系统集成。监控设备地图联动;摄像机、视频追踪、视频分析集成;报警与视频联动;集成视频分析评估。安全监测系统集成。人员、车辆识别与闯入分析;门禁系统;温度、压力、震动等传感器;消防报警器。环境监测设备集成。水质检测;废水废气监测;空气质量检测;有毒气体探测;工业粉尘检测;噪声检测;有害因素监测。

对各项风险进行监测，监测危险源实时和历史趋势，建立风险模型，及时对风险防范;根据各项风险项设定阈值，超过阈值则推送预警消息;对设备温度、震动、气体实时监控，超过阈值推送预警消息。

对违规行为及时报警，将电子围栏与人员定位技术结合，对非法闯入电子围栏的人员进行报警警告、对人员长时间不在工作区域的情况进行报警、对人员危险行为进行识别与预警。

（七）平台安全保障

遵循“零信任”安全理念，实现应急管理各类网络与信息系统“用户访问需认证、全程操作有记录、安全风险能预测、非法行为可溯源、安全事件能查处”。遵循“智能化”的运维理念，建立集智能化、可视化、标准化为一体的运维保障体系，实现“少人值守、智慧调度、智能运维”。

（八）智能培训

采用VR智能培训，让体验者身临其境、高效培训降低成本、预防事故发生。

进行VR电力人身事故体验，VR电力安全系统生产实景，高度还原现场，采用真实事故案例;VR高风险作业风险防控培训。对高处、动火、盲板抽堵、临时用电、吊装、受限空间、动土、断路等作业实景，交互式体验;使用VR技术对劳动防护用品体验、VR安全带使用体验、VR安全帽撞击体验、VR职业危害体验;使用VR技术培训人员应急急救知识。VR应急培训包括VR心肺复苏训练考核、VR触电急救、VR创伤急救，并进行VR应急处置演练，VR应急处置包括VR消防灭火、VR火场逃生、各种应急演练，进行相关的VR技能培训，采用VR仿真电力培训，通过模拟高压开关室场景，员工可以用手柄亲自操作，模拟现场电气倒闸等。

（九）可视化

三维电厂根据厂区真实环境，经过现场环境勘察，根据现场实际情况，进行精准测绘，根据测绘数据进行三维信息1：1精准建模，并进行大屏可视化展示。对电厂风险四色图管理、区域点名统计、风险管控跟踪、风险点统计、排查数据、当前风险统计、历史风险数据等历史数据进行分析，以多种可化图标展示。

四、结束语

随着物联网+5G、大数据、云计算、人工智能技术的不断发展，将“智慧+”技术应用到对电厂的建设管理中，通过模拟真实情况的三维电厂模型并进行大屏可视化展示，实现了对电厂管理的高度集成化、一体化和可视化，对人员管理、作业流程、安全管理和事故预防更加科学高效。

作者單位：尚文静    北京理工大学

参  考  文  献

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