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智慧化全数字技术及其在电厂中的应用李谷兵

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：李谷兵

[导读] 摘要：传统的数字化电厂技术虽然能实现企业建设和管理中的数字化模式，但信息采集和获取的途径和手段相对单一，信息量相对较小；同时，对信息的利用的深度上也有待进一步加强。

        (雅居乐环保集团广东广州 510000)
        摘要：传统的数字化电厂技术虽然能实现企业建设和管理中的数字化模式，但信息采集和获取的途径和手段相对单一，信息量相对较小；同时，对信息的利用的深度上也有待进一步加强。本文在数字化电厂的技术基础上，从数据和信息的采集、利用的广度和深度两个方面着眼，提出了一种更新的智慧化全数字技术体系。在这种体系中包含智慧主体和基于数字化技术的信息传送两个组成部分。智慧主体包括以人为智慧主体和以机器为智慧主体的两种智慧化的实现方式。
        关键词：智慧化全数字技术；电厂；应用
        1智慧化全数字技术
        智慧化是一个相对广义的概念，是在现有的、静态的信息和知识的基础上具备能够产生更多信息和知识的能力，也即具有动态行为的特性。智慧化包含但不仅限于智能化技术。智能化技术是以自适应、自学习、自组织、自调整为主要特征的，是实现自寻优的重要手段，在现代化生产中主要面向生产设备。智慧化还包含对人的智能的充分的调动和应用，以及人与人之间、人与机器之间的关系的协调和统一。
        智慧化系统的要素包含信息源、智慧主体、通信网络。智慧化所包含的客观主体有人和设备，也即在一个智慧化的系统中，具有动态行为特性的既可以是机器也可以是人。智慧行为包括学习、分析、计算、调度、调整等，这些智慧的动态行为的主体是智慧化实现的基础。在一个大的系统中，通常还包括多个智慧主体，有时还构成分层结构或网状结构的智慧主体网络，各个智慧主体之间进行信息交互，可起到相互学习和指导的作用。为充分利用人作为智慧主体的作用，便于人对信息和数据进行分析、处理和进一步挖掘，数据和信息需要做到全面而深入的展现，如采用更形象、生动的方式来表现数据和信息。人与信息的交互经历了基于文字、二维图画、二维动画的发展阶段，目前逐渐向三维图画、三维动画的方向发展，使智慧化主体可以更好地发挥作用。机器作为智慧主体的发挥作用可以通过AI等技术实现。
        智慧化实现的另外两个重要条件是：（1）丰富的信息和数据；（2）连接信息源和智慧主体（人或机器）的桥梁或通道。丰富的信息和数据的获取包括获取信息的深度和广度2个方面。获取信息的深度是指从同一对象中获取信息和数据的数量。如传统的DCS的现场级通常采用一对一的模拟接线，每条接线只能向DCS系统传送一个最关键的过程信息（现场一次设备感知的温度、压力、流量信号等）；而在现场级采用现场总线技术后，实现了全数字化通信，在一条总线上可以传送多种类型和数量的信息，不但可以传送必要的过程信息，还能传送现场一次设备的状态信息等。因此，现场总线所实现的全数字化通信技术增加了信息获取的深度。
        全数字化技术是“数字化电厂”概念的进一步延伸和发展，它不但注重企业全生存周期各个过程的数字化，更加强调基于数字化信息的企业数字模型的建立，并在此模型基础上，充分利用系统集成、专家系统、虚拟现实等现代信息处理和通信技术、智能控制和管理决策技术，实现电厂管控真正意义上的信息化、智能化，最大限度达到电厂的安全、高效、环保运行状态。全数字化技术不但具备“数字化电厂”的全部特点，即数字化、模型化、可视化、互操作性、信息化，同时具备高度的智慧化趋势，能够将数字化数据、数字模型，三维展示和设计、远程互动和协调等功能有机地结合起来，并在此基础上对数据做深度的分析和利用，产生出更加重要的新数据和知识，并反馈到现有的全数字化系统中去做补充，从而形成一个具有信息、数据和知识不断更新的机制与能力、具备完善的智能化特征的开放式广义反馈系统，即实现了数字化信息的从量变到质变的重要过程。
        2智慧化全数字技术在发电厂中的应用
        2.1智慧化全数字基建
        基于智慧化全数字技术的电厂基建工程，贯穿从KKS编码、平面流程图、三维立体信息化模型、材料管理、全程三维设计优化、三维施工、设备建模和基建安全管理等多个环节。
        智慧化全数字基建是从厂级数字化档案开始的，主要是基于KKS编码形成对设备和材料的管理。

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智慧化全数字电厂的管理信息系统具有较高的要求，通过引入KKS，形成一个能够贯穿电厂生命周期的编码体系，使电厂在规划设计、建设施工、启动调试及运行维护的各个阶段产生的信息都能被设计、施工、设备生产厂家、信息管理软件商和工程业主等各方准确理解和交流，同时易于计算机处理，使电厂的资产及信息从设计开始一直到运行维护都能够处于最佳配置。
        在基建的设计阶段，基于全数字化的三维模型平台，所有专业在共同的三维环境中协同设计，形成与真实电厂一致的工作过程。同时，在数字化平台上可进行设计现状的展示，可通过图像或视频的方式展示工程的设计进度，在数字化平台上点击设备名称可直接定位到模型；还可在平台上实现全厂漫游，点击模型如阀门、管道、设备等均可直接查看其属性。三维漫游具有真实、安全的特点，有利于人员快速熟悉环境。同时做到后台数据可查，具有很强的可扩展性。
        2.2全厂的三维数字化数据管理
        包括对三维设备模型，过程数据，以及各类图纸资料的管理；还能提供全厂全生命周期数据管理和状态管控，形成与SIS/SCADA、DCS、MIS、ERP/EAM等系统的全面集成；可实现关联工程主数据，管理智能P&ID图纸，建立和维护三维工程模型以及文档信息等；实现与PI系统、CCTV系统的数据映射管理，以及多系统之间的数据关联和调用。
        2.3大数据分析平台
        主要实现性能计算与耗差分析、节能优化与环保数据监测、为全厂资源优化调配提供数据支持等功能。主要组成部分包括：（1）实时监控：基于HTML5技术，支持Web端和移动客户端，可覆盖DCS全部画面。（2）历史趋势：可采用自定义查看、多参数查看等功能。（3）报警预警：包括DCS定值报警、梯度报警、超限报警等，能实时生产报警报告。还可提供数据完整性校验、预测报警灯功能。（4）性能计算：可依据国际标准、国家标准或行业标准对主要辅机进行耗差分析；还可实现设备、系统和机组级性能的数学模型的构建和性能的在线计算。（5）分析统计：提供机组启停统计，以及机组级、厂级的性能指标计算分析。（6）相关性分析：提供子系统内和用户自定义测点的相关性分析。（7）预测分析：提供对重要测点在未来的趋势预测。
        2.4基于三维模型分析的辅机状态评估、监测与分析
        传统的辅机状态评估、监测与分析主要是基于计算机的后台计算分析，缺少与工程技术人员的交互，无法充分利用智慧主体的作用。基于智慧化全数字技术的辅机状态评估的数据来源是三维数据模型，同时提供与工程技术人员进行交互的直观的平台，使其可充分了解和掌握状态评估的机理和过程，为工程技术人员改进、完善评估方法提供进一步的指导。基于智慧化全数字技术的辅机状态评估主要包括基于辅机三维数据模型的数据筛选、辅机运行的历史数据分析、数据分析模型的选择和模型的训练等功能。
        结束语
        传统的数字化电厂技术虽然能实现企业建设和管理中的数字化模式，但从信息采集的广度和信息利用的深度来说，还不具备高度智能化的条件和特征。本文结合电厂的生产特点，在数字化电厂的技术基础上提出了一种适用于发电厂的智慧化全数字技术体系。在这种体系中，智慧主体与数字化技术有机结合，增加并扩展了对数据信息在广度和深度2个维度上的利用，通过扩展信息获取和采集的途径和手段来增加信息的广度，通过引入更加智能化的计算方法和分析方法对数据信息做深度分析、挖掘和再利用。
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