數(shù)字化火電廠建設(shè)方案淺析

1、<p>　　數(shù)字化火電廠建設(shè)方案淺析</p><p>　　[摘 要]文章通過對(duì)建設(shè)數(shù)字化電廠建設(shè)方案的淺析，提出實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)代化、數(shù)字化，信息化及打造真正意義的數(shù)字化發(fā)電企業(yè)的意義。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]電廠；數(shù)字化；建設(shè) </p><p>　　中圖分類號(hào)：F284 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）44-011

2、6-02 </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　21世紀(jì)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展為電力工業(yè)帶來了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。建設(shè)數(shù)字化電廠，深化信息技術(shù)的應(yīng)用，使發(fā)電效益最大化，已成為電廠建設(shè)的目標(biāo)和任務(wù)。作為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)的電力工業(yè)，本著“信息化帶動(dòng)工業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化”的方針，正由傳統(tǒng)工業(yè)向高度集約化、高度知識(shí)化、高度技術(shù)化工業(yè)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)

3、電力企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的現(xiàn)代化、數(shù)字化，信息化已迫在眉睫。 </p><p>　　2 數(shù)字化電廠的概念及建設(shè)目標(biāo) </p><p>　　數(shù)字化電廠的概念從二十世紀(jì)末出現(xiàn)，一直是國(guó)內(nèi)電力行業(yè)建設(shè)者熱衷的話題和追逐的目標(biāo)，許多電力建設(shè)者、系統(tǒng)解決方案提供者從不同的認(rèn)識(shí)角度出發(fā)，給出了數(shù)字化電廠若干種概念和解決方案。如：有人認(rèn)為德國(guó)Niederaussem電廠（單機(jī)出力達(dá)到1012MW）儀控系統(tǒng)采用了

4、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，管理信息、設(shè)備維修信息等也通過現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)入DCS和上層IT系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組優(yōu)化操作及優(yōu)化維修管理，是一個(gè)典型的數(shù)字化電廠；也有人認(rèn)為將信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、設(shè)備檢修備品備件庫與三維模型雙向關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的運(yùn)行維護(hù)，能在三維模型下進(jìn)行可視化的施工是數(shù)字化電廠；在我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化術(shù)語》DL/T701-2012中將數(shù)字化定義為“數(shù)字化電廠是電廠數(shù)字化到達(dá)一定程度的概念。電廠各控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)（包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等基礎(chǔ)

5、單元）均進(jìn)入數(shù)字化后成為數(shù)字化電廠”；我們認(rèn)為數(shù)字化電廠是通過對(duì)電廠物理和工作對(duì)象的全生命周期量化、分析、控制和決策，提高電廠價(jià)值的理論和方法。這一理論和方法研究的對(duì)象是電廠的物理對(duì)象和工作對(duì)象，其方法是從整個(gè)生命周期出發(fā)研究如何對(duì)其進(jìn)行量化、分析、控制和決策。其作用是可以降低發(fā)電成本、提高上網(wǎng)電</p><p>　　數(shù)字化電廠的概念不是一成不變的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、隨著技術(shù)發(fā)展不斷豐富其內(nèi)涵的動(dòng)態(tài)發(fā)展的概念。 &l

6、t;/p><p>　　數(shù)字化電廠建設(shè)的目標(biāo)是在確保安全的前提下，深化信息技術(shù)的應(yīng)用，以數(shù)字化信號(hào)為載體，以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為支撐，優(yōu)化人力資源配置，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低投資及運(yùn)行維護(hù)成本，使發(fā)電效益最大化。 </p><p>　　3 數(shù)字化電廠的模型及結(jié)構(gòu) </p><p>　　3.1 數(shù)字化電廠的模型 </p><p>　　根

7、據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織數(shù)字化企業(yè)和數(shù)字化工廠的模型規(guī)則，即： </p><p>　　*生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)決策構(gòu)建數(shù)字化企業(yè) </p><p>　　*管控一體化構(gòu)建數(shù)字化工廠 </p><p>　　*熱工、電氣設(shè)備全面數(shù)字化構(gòu)建自動(dòng)化設(shè)備資產(chǎn) </p><p>　　數(shù)字化電廠模型層次如下： </p><p>　　3.2 數(shù)字化電廠

8、的結(jié)構(gòu) </p><p>　　結(jié)合電廠特點(diǎn)和國(guó)際上數(shù)字化工廠和數(shù)字化企業(yè)概念，提出一個(gè)具有四個(gè)層次，四個(gè)支持系統(tǒng)的數(shù)字化電廠結(jié)構(gòu)模型。 </p><p>　　四個(gè)層次：經(jīng)營(yíng)決策層、生產(chǎn)監(jiān)控層、控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。 </p><p>　　四個(gè)支持系統(tǒng)：信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)、電廠標(biāo)識(shí)系統(tǒng)、三維模型支持系統(tǒng)。 </p><p>　　從數(shù)字化

9、發(fā)電廠的概念出發(fā)，建設(shè)數(shù)字化電廠是方法實(shí)現(xiàn)的過程，建設(shè)數(shù)字化電廠，需要采用以下三個(gè)方面的方法實(shí)現(xiàn)： </p><p>　　*數(shù)字化電廠設(shè)計(jì)和建設(shè) </p><p><b>　　*數(shù)字化電廠運(yùn)行 </b></p><p>　　*數(shù)字化電廠智能化管理和維護(hù) </p><p>　　4 數(shù)字化電廠的設(shè)計(jì)和建設(shè) </p>

10、;<p>　　4.1 利用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù) </p><p>　　采用以國(guó)際主流設(shè)計(jì)軟件為核心，集成一套涵蓋電廠設(shè)計(jì)、采購(gòu)全過程的系統(tǒng)，稱為工程項(xiàng)目管理集成系統(tǒng)。包括系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)、布置設(shè)計(jì)、各種計(jì)算軟件、項(xiàng)目資源管理系統(tǒng)。 </p><p>　　采用以三維技術(shù)為核心的數(shù)字設(shè)計(jì)手段在完成一個(gè)物理電廠的同時(shí)，提供一個(gè)數(shù)字電廠。 </p><p>　　4.2

11、 利用工程設(shè)計(jì)協(xié)作平臺(tái) </p><p>　　利用工程設(shè)計(jì)協(xié)作平臺(tái)對(duì)電廠設(shè)計(jì)過程實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)字化管理，包括：任務(wù)分解、資料管理、進(jìn)度管理等。采用三維設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)行多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，以提高設(shè)計(jì)工作效率和質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字電廠向業(yè)主的快速、無縫移交打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 </p><p>　　從初步設(shè)計(jì)階段開始，按照“項(xiàng)目定制-系統(tǒng)設(shè)計(jì)-布置設(shè)計(jì)-詳圖設(shè)計(jì)”的流程，以三維模型為核心開展工程設(shè)計(jì)工作。 &l

12、t;/p><p>　　在施工圖詳圖設(shè)計(jì)階段，生成最終的智能PID和三維模型，直接從三維模型中抽取管道安裝圖和平剖面圖紙，已滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。 </p><p>　　4.3 數(shù)字化采購(gòu)和數(shù)字化施工 </p><p>　　采用專業(yè)化的設(shè)計(jì)軟件，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)?D?D布置設(shè)計(jì)，將生成智能PID和本階段的三維模型供設(shè)計(jì)評(píng)審，同時(shí)可以生成主要設(shè)備明細(xì)表和初步的材料清單。并可提供多種

13、不同類型的材料統(tǒng)計(jì)清單： </p><p>　　1）整個(gè)系統(tǒng)的材料匯總表，可用于做材料計(jì)劃； </p><p>　　2）管線預(yù)制清單，按每條管線安裝所需材料匯成清單，方便領(lǐng)料和物資部控制材料發(fā)放； </p><p>　　3）管線裝配清單，方便班組的分配工作，發(fā)放材料和領(lǐng)料，更好的做到“工完，料盡，場(chǎng)地清”。 </p><p>　　利用三維系統(tǒng)

14、，可以模擬施工組織方案，合理組織施工、理順施工工藝、減少施工準(zhǔn)備時(shí)間，減少施工交叉，機(jī)具調(diào)整，加快施工進(jìn)度。 </p><p>　　4.4 采用統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)編碼系統(tǒng) </p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電廠信息系統(tǒng)的有效運(yùn)行，必須建立有效的數(shù)據(jù)交換機(jī)制，建立統(tǒng)一的關(guān)鍵詞詞庫。關(guān)鍵詞詞庫是聯(lián)系各類數(shù)據(jù)的紐帶，可以保證數(shù)據(jù)的完整性、唯一性、一致性、可交換性、可互訪性；在發(fā)電廠推廣使用統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)編

15、碼就是這樣的關(guān)鍵詞詞庫。標(biāo)識(shí)編碼對(duì)各類設(shè)備的工藝（過程）相關(guān)標(biāo)識(shí)、安裝地點(diǎn)標(biāo)識(shí)、位置標(biāo)識(shí)等進(jìn)行了描述。 </p><p>　　4.5 采用項(xiàng)目管理軟件 　　為加強(qiáng)工程內(nèi)部協(xié)調(diào)和工程控制管理工作，降低管理成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程進(jìn)度的“靜態(tài)控制、動(dòng)態(tài)管理；宏觀控制、量化調(diào)節(jié)”的目的，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成本費(fèi)用明細(xì)化、進(jìn)度控制數(shù)字化、協(xié)調(diào)溝通信息化，采用項(xiàng)目管理軟件進(jìn)行企業(yè)級(jí)項(xiàng)目控制管理，將工程概算、合同管理、財(cái)務(wù)支出、設(shè)備采購(gòu)、進(jìn)

16、度控制、績(jī)效考核等全面融入管理系統(tǒng)，形成企業(yè)管理的信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全面的、數(shù)字化的、標(biāo)準(zhǔn)化的項(xiàng)目管理。 </p><p>　　5 數(shù)字化電廠的運(yùn)行 </p><p>　　數(shù)字化電廠運(yùn)行是基于數(shù)字化電廠的四個(gè)層次，即經(jīng)營(yíng)決策層、生產(chǎn)管理層、廠級(jí)監(jiān)控層、現(xiàn)場(chǎng)過程操作控制層。 </p><p>　　過程操作控制層包含電廠內(nèi)部針對(duì)設(shè)備運(yùn)行或操作過程的數(shù)字化監(jiān)控功能，主要由單元

17、機(jī)組分布式集中控制系統(tǒng)DCS、電氣、水處理、輸煤、除灰（ 除塵） 、脫硫、脫硝等的輔助車間自動(dòng)化系統(tǒng)等組成。目前技術(shù)的發(fā)展是以基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的先進(jìn)控制系統(tǒng)DCS實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐、電的一體化監(jiān)控為方向的。過程操作控制層是數(shù)字化電廠建設(shè)的基礎(chǔ)，沒有現(xiàn)場(chǎng)過程操作層的精心建設(shè)，數(shù)字化電廠就會(huì)成為海市蜃樓。具體體現(xiàn)在如下方面： </p><p>　　1）合理使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，全廠采用DCS監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電廠監(jiān)控系統(tǒng)的高度一體化。

18、</p><p>　　2）實(shí)現(xiàn)電廠斷點(diǎn)式機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)（APS） </p><p>　　3）采用合理的技術(shù)方案，構(gòu)建適應(yīng)數(shù)字化電廠公用系統(tǒng)集中監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在集控室對(duì)整個(gè)輔助車間各工藝系統(tǒng)及設(shè)備的全廠一點(diǎn)化集中監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)無人值守。 </p><p>　　4）升壓站系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)字化、電氣系統(tǒng)（設(shè)備）監(jiān)控?cái)?shù)字化。 </p><p>　　5

19、）建設(shè)一個(gè)完整的包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、周界防防護(hù)系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)的智能化安防系統(tǒng)。 </p><p>　　6）采用以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐、云計(jì)算為中心，通過數(shù)據(jù)接口、信息集成和協(xié)議轉(zhuǎn)換等手段將電廠相互獨(dú)立的安防子系統(tǒng)、消防報(bào)警子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)、智能照明子系統(tǒng)、暖通控制子系統(tǒng)等接入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的設(shè)備聯(lián)動(dòng)，一體化集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)廠區(qū)的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化、集約化融合的智慧化廠區(qū)綜合管理

20、。 </p><p>　　7）全范圍高逼真度的仿真系統(tǒng)，為數(shù)字化電廠運(yùn)行培訓(xùn)提供有力的保障。 </p><p>　　8）消除信息孤島，建設(shè)高度集成的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)智能系統(tǒng)。 </p><p>　　6 智能化管理系統(tǒng)和維護(hù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù) </p><p>　　6.1 信息化管理系統(tǒng)目標(biāo) </p><p>　　配置的信息化系統(tǒng)以建設(shè)

21、數(shù)字化電力企業(yè)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理一體化，滿足企業(yè)管理提升和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展需要，對(duì)電力企業(yè)整體性戰(zhàn)略發(fā)展構(gòu)成強(qiáng)有力的支持。 </p><p>　　借助國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，建立企業(yè)一體化平臺(tái)，減少數(shù)據(jù)冗余，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。以資產(chǎn)管理為核心，建立資產(chǎn)全生命周期管理體系，優(yōu)化資產(chǎn)結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)狀況跟蹤、測(cè)量，提高設(shè)備的可靠性；智能化決策設(shè)備檢修周期，提升設(shè)備使用效率；通過全面預(yù)算控制，降低投資成本與運(yùn)行維護(hù)成本。

22、</p><p>　　結(jié)合生產(chǎn)過程控制自動(dòng)化，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過對(duì)標(biāo)管理、績(jī)效管理、預(yù)算管理，實(shí)現(xiàn)管理精細(xì)化，形成企業(yè)管控一體化，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高企業(yè)效益。 </p><p>　　6.2 信息化管理系統(tǒng)特點(diǎn) </p><p>　　*編碼體系標(biāo)準(zhǔn)化：依托國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編碼體系，滿足唯一性、合理性、擴(kuò)充性、通用性、保密性、科學(xué)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性的要求，實(shí)現(xiàn)

23、資料交換和資料共享。 </p><p>　　*數(shù)據(jù)中心集中化：通過數(shù)據(jù)集成，提供一個(gè)電廠全范圍內(nèi)從底層控制到分析優(yōu)化、管理決策的綜合應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資金流、物流和信息流有機(jī)集成，形成管控一體化。 </p><p>　　*標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品可配置：根據(jù)電力企業(yè)信息化發(fā)展規(guī)劃，功能模塊可任意組合使用，滿足電力企業(yè)組織調(diào)整、流程優(yōu)化、管控方式等各方面的實(shí)際需求。 </p><p>　

24、　*個(gè)性需求可定制：對(duì)于電力企業(yè)特有的行業(yè)需求、個(gè)性需求，信息化管理系統(tǒng)能夠支持新增業(yè)務(wù)功能定義，滿足個(gè)性化業(yè)務(wù)處理的實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　　*異構(gòu)系統(tǒng)可集成：可以與財(cái)務(wù)、辦公自動(dòng)化、人力資源管理等其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、流程集成，保障電力企業(yè)系統(tǒng)投資與應(yīng)用成果。 </p><p>　　*技術(shù)平臺(tái)統(tǒng)一化：基于SOA設(shè)計(jì)模式，符合J2EE開發(fā)規(guī)范，采用中間件技術(shù)和工作流技術(shù)，支持基于構(gòu)件

25、的開發(fā)模式，構(gòu)建純B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的技術(shù)平臺(tái)，滿足企業(yè)所有業(yè)務(wù)在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、開放、可擴(kuò)展的技術(shù)平臺(tái)下組裝和運(yùn)行。 </p><p>　　6.3 信息化管理系統(tǒng)應(yīng)用軟件業(yè)務(wù)功能 </p><p>　　發(fā)電企業(yè)管控一體化解決方案以實(shí)現(xiàn)智能化數(shù)字電廠為目標(biāo)，將電廠生產(chǎn)控制與上層經(jīng)營(yíng)決策系統(tǒng)真正銜接，讓生產(chǎn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)能夠?yàn)殡姀S管理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)以電廠管理指令指導(dǎo)生產(chǎn)指令，以生產(chǎn)指令優(yōu)化底層控制，

26、形成電力企業(yè)管控一體化，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高企業(yè)效益。 </p><p>　　應(yīng)用系統(tǒng)是以企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理數(shù)據(jù)為中心，以設(shè)備維護(hù)管理和企業(yè)成本管理為核心流程，涵蓋企業(yè)資產(chǎn)管理、生產(chǎn)運(yùn)行管理、經(jīng)營(yíng)管理和協(xié)同辦公管理，為電廠的生產(chǎn)管理者提供真實(shí)、準(zhǔn)確、及時(shí)的生產(chǎn)管理信息，市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)信息，提高工作效率，提升管理水平，增強(qiáng)決策的正確性，適應(yīng)“廠網(wǎng)分開、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”的市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)模式。 </p><p>

27、　　6.4 信息化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù) </p><p>　　6.4.1系統(tǒng)支持平臺(tái)架構(gòu) </p><p>　　系統(tǒng)主體程序需采用多層純B/S架構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、多個(gè)應(yīng)用服務(wù)器以及Web服務(wù)器、客戶端組成，實(shí)現(xiàn)了樣式、數(shù)據(jù)、控制和業(yè)務(wù)分離的模式，是一個(gè)高復(fù)用、并有嚴(yán)格層次劃分的體系架構(gòu)。 </p><p>　　6.4.2系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境 </p&g

28、t;<p>　　*硬件系統(tǒng)：支持微機(jī)、小型機(jī)的各種機(jī)器配置； </p><p>　　*服務(wù)器操作系統(tǒng)：支持Windows、UNIX等服務(wù)器操作系統(tǒng)； </p><p>　　*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：選用Oracle大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)； </p><p><b>　　*客戶端：IE。 </b></p><p>　　6.4.3

29、系統(tǒng)權(quán)限管理 </p><p>　　*用戶賬號(hào)建立與管理，包括系統(tǒng)管理員管理，系統(tǒng)管理員可以執(zhí)行系統(tǒng)的所有功能，管理和維護(hù)信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行； </p><p>　　*用戶信息建立與管理：任一用戶可以屬于不同的用戶組，也可以屬于不同的角色； </p><p>　　*角色信息建立與管理：任一角色只能屬于一個(gè)用戶組，一旦一個(gè)用戶屬于某一個(gè)角色，則此用戶擁有賦予此角色的所

30、有權(quán)力； </p><p>　　*用戶組建立與管理：每個(gè)用戶組之中可以建立不同的角色。 </p><p>　　6.4.5信息化管理系統(tǒng)總圖結(jié)構(gòu) </p><p>　　通過數(shù)據(jù)集成，提供一個(gè)全廠范圍內(nèi)從底層控制到分析優(yōu)化、管理決策的綜合應(yīng)用平臺(tái)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、現(xiàn)代化管理技術(shù)、信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)集成，人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理三要素統(tǒng)一管理，資金流、物流和信

31、息流有機(jī)集成，并優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜大系統(tǒng)，將資金流、信息流和物流作為貫穿整個(gè)企業(yè)的主線，將市場(chǎng)需求、生產(chǎn)控制、資源控制、財(cái)務(wù)核算等各方面集成起來，達(dá)到面向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的“管控一體化”。 </p><p><b>　　7 結(jié)論 </b></p><p>　　建設(shè)數(shù)字化電廠是現(xiàn)在以至將來發(fā)電企業(yè)建設(shè)的目標(biāo)，是一項(xiàng)長(zhǎng)期、細(xì)致、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在建設(shè)方的支持下，利用先進(jìn)的管理思想、先