基于ERP的燃煤电厂智慧企业管控一体化提升分析

赵俊杰 罗立权 史松宝 张海滨 刘 晓 杨如意 贾顺杰 刘琳鸽 赵 璐 郭 峰

1.国电内蒙古东胜热电有限公司 内蒙古 鄂尔多斯 017000

2.国电浙江北仑第一发电有限公司 浙江 宁波 315800

3.国电电力发展股份有限公司 北京 100101

4.北京华电天仁电力控制技术有限公司 北京 100143

0 引言

燃煤火力发电厂基于ERP、OA、EAM等软件系统，实现重资产流程型工业企业的生产经营管理全流程的数字化和信息化[1-7]。但ERP等流程性的软件系统缺少专家知识库、关键指标对标、经营理念嵌入、数据模型深度挖掘、业务深度融合等高端功能，尚不能满足工业4.0、两化融合、智慧火电厂建设的火电行业发展需要[5-11]。因此，有必要深度应用业务与绩效一体化的理念、边缘层与云端融合的理念、设备故障专家知识库、云计算、物联网感知技术、大数据建模、移动应用技术等，升级形成支撑生产调度、经营决策等高端应用的上层工业互联网信息系统平台，以指导火电企业进一步防范风险、挖潜提效[9-14]。

本研究拟在燃煤火力发电厂ERP等已有信息系统的基础上，搭建更高层级的智慧管控一体化平台，通过机理算法、专家知识库、大数据分析和挖掘等方法，提供更有价值的诊断、报警、预测和决策信息，以实现火电厂经济效益最大化。本文的分析有助于了解基于传统ERP等流程型或基础数据型信息化系统，实现故障诊断、趋势预测、健康评估、风险预控和优化推荐等高端功能的方法和路径，以助力实现火电大数据驱动工业互联网的管理价值提升。

1 工业互联网平台

能源企业的工业互联网平台建设的数字化和信息化基础包括：集团主数据平台、ERP系统、DCS数据镜像系统、SIS系统、EAM系统等。火电厂的数据来源包括：安全数据、运行数据、设备数据、燃料数据、检修数据、财务经营数据。智慧火电厂管控一体化的工业互联网平台的技术包包括：SOA架构、J2EE技术、B/S模式和主流数据库、图形化操作的工作流平台、报表平台、柔性敏捷的二次开发平台。工业互联网平台通过对数据采集、统计、汇总、分析、监控、管理，实现生产和管理全业务过程的管控。

生产实时管控的功能放在更底层的智能发电运行控制系统ICS，包括：生产实时状态数据监视、故障诊断、故障报警、性能计算、设备状态监测、运行统计分析、闭环优化等。工业互联网平台的建设内容包括：生产运行管理、设备资产管理、项目管理、安全管理、经营管理、燃料管理、人力资源管理、党建纪检管理、协同办公管理、对标管理、绩效管理、移动应用、领导驾驶舱。

(1)安全管理的内容包括：安全目标、安全教育、应急管理、事件管理、隐患管理、重大危险源管理、风险管理、两措管理、应急管理、安全定期工作。安全管理方面，可基于全厂可视化、风险二维码、外委人员二维码、人员定位、视频智能识别、移动终端等物联网和移动互联网技术，将安全风险落实到班组，对人员实时管控，从而实现全厂的安全风险三级管控。环境安全的管理内容包括：安全区域划分、安全区域准入授权、区域危险点识别、智能风险提醒、区域设备报警推送等。人员防护的管理内容包括：划设作业安全边界、作业人员定位、作业人员偏离报警、车辆轨迹偏离报警、管理人员到岗到位等。设备防护的管理内容包括：智能操作票、检修工作防护、巡回检查防护、定期工作防护等。

(2)生产运行管理的内容包括：值班管理、交接班管理、定期工作、运行日志、生产日报、化验报告、巡检管理等。

(3)设备资产管理的内容包括：两票管理、技术监督、检修管理、缺陷管理、预防性维护等。

(4)燃料管理的内容包括：采购计划管理、采购合同管理、入厂煤管理、计量验收管理、质量验收管理、数字化煤场、结算管理、入炉煤管理、燃料统计等。

(5)经营管理的内容包括：计划统计、成本管理、费用管理、指标管理、全面预算管理、财务管理、电量营销、物资管理、合同管理、供应链管理、项目前期管理等。在电量营销管理方面，对市场、大客户、合同、电价、成本进行精细化和统一化管理，以增强企业适应电力市场竞价上网、现货交易、调频调峰的能力，提高竞争力和生存能力。全面预算管理有助于实现事前计划、事中控制、事后分析的预算全过程管理。

(6)绩效管理的内容包括：绩效标准、绩效指标、绩效评测、绩效监控、绩效考核、绩效分析。

(7)图1示出指标管理的内容包括：安全类指标，运行能耗、设备状况、环保、原料、库存、检修、技改等生产类指标，成本、财务、营销、收入、绩效等经济指标。

(8)领导驾驶舱是上层管理和决策的窗口，动态直观地展现安全生产和经营营销动态，包括：参数异常安全报警、风险预警、数据挖掘分析、设备信息、发电信息、燃煤信息、销售日报和周报、决策优化建议等信息和功能。领导驾驶舱通过常见的图表(仪表盘、温度计、雷达图、甘特图等)和企业运行的关键指标KPI，对业务数据和工作流程可知、可视、可控、可溯，以实现随时、随地高效管理与决策。1)领导驾驶舱通过对实时数据与管理数据的融合，提供更全面、更科学的设备可靠性分析、安全性评价和经济性评价；2)通过人、财、物三者合一，实现精细化成本管理和成本实施管控；3)对生产过程控制，实现企业本质安全管理；4)通过融入点巡检思想的资产管理，对设备实施状态检修，优化检修模式；5)通过专家知识库的积累、沉淀和应用，提高企业管控能力。

图1 火电厂的指标分类

工业互联网的功能包括：(1)业务全过程、全参数的一体化管理。对工程建设、安全、发电运行、设备、技术监督、燃料、检修、物资、经营、营销、风险、应急、物资、人资、党建等火电厂全业务的管理标准、模式、要求、规范与深度进行统一化管理。(2)移动化，利用移动终端便利性，将各项关键指标、业务过程通过移动终端呈现，形成移动端虚拟能源企业，即便出差、休假均不错过任何信息，让管理无处不在，指令可以从任何地点发出。(3)数据量化、推优排序、闭环管理、过程控制、全程追溯，以快速抓住重点要点，快速反应、决策和调度，保障安全生产，提高发电企业绩效。

2 先进管理理念

工业互联网平台的核心管理理念包括：

(1)基于四色理论实现色带分级风险管控。

(2)数据的可穿透分析。智慧管控一体化平台能实现对每一项数据追根溯源，从结果到业务全程追溯和穿透。在看到结果的同时，能掌握审批过程，达到集团能源企业安全生产业务过程留痕，形成一个完成的虚拟化、数字化能源企业。

(3)二次参数报警及系统性预警。

(4)对标专家知识库。通过对标先进和标杆，找准差距，不断优化，以优秀示范效应带动企业管理效益提升。对标的业务领域包括：工程建设、市场、资本、运行绩效、度电效益、燃料、检修等。

(5)三级报警，包括严重告警、软报警、预报警。建立三级报警管理体系，可随时监控系统及生产过程中的报警数据，筛选归纳重要的报警信息，对随后的数据归纳、决策分析，绩效考核等提供重要依据。

(6)设备生命周期管理，包括寿命趋势预测。基于神经网络算法，对电厂重要设备进行状态监测、故障诊断与预警。基于机理算法，对设备健康度进行评估，对锅炉四管剩余寿命进行预测和预警，以提升设备可靠性和经济性。

(7)形成可视化的知识图谱，包括业务流程可视化。知识图谱的构建需要经过知识模型建立、知识存储、知识抽取及知识融合输出等阶段。图2示出自底向上的知识图谱构建方法和流程，从开放链接的数据源中提取实体、属性和关系，加入到知识图谱的数据层；然后将这些知识要素进行归纳组织，逐步往上抽象为概念，最后形成模式层。经由信息抽取之后的信息单元间的关系是扁平化的，缺乏层次性和逻辑性，存在大量冗余甚至错误的信息碎片。知识融合的作用就是将多个知识库中的知识进行整合，形成一个知识库的过程，在这个过程中，主要关键技术包括指代消解、实体消歧、实体链接。

(8)工业互联网与工业物联网深度融合。集成物联网技术，在工业互联网平台实现智能化设备防护、人员防护、安全环境创建、安全大数据分析，集成两票系统、设备资产管理系统，强化对外包商的管理，形成基于物联网的工业互联网智能安防系统。1)基于全厂三维可视化建模、视频监视、热成像监视、智能视频识别、厂内道路智能测速、二维码、5G、RFID、UWB人员定位等物联网技术，实现全厂安全风险预控。2)将二维码与设备静态、动态台账数据关联，实现扫描二维码进行设备缺陷登记，后台自动关联工作票，减少跨专业业务人员沟通的时间成本，提高安全风险预控能力和工作效率。3)智能人脸识别系统，利用人脸深度学习算法，集成入口人脸人员通道管理、人脸门禁管理、人脸消费、人脸考勤等功能于一体，在办公区与生产区之间设置人员通道，实现对进出人员的管控，并在生产区入口LED屏上实时展示生产区人数。4)在办公区与生产区之间设置车辆道闸，通过采用电动挡车杆和车牌识别模块设备的组合，实现设备整合联动，对车辆的进出进行管制。内部车辆自动放行，外部车辆预约、登记放行，有效加大企业反恐和防盗能力。5)在生产现场布置安全帽视频智能识别检测点，基于服务器深度学习分析，实现报警，并推送给工业互联网平台。6)在厂区道路部署雷达测速点，限定车辆行驶最高时速，将车辆超速情况在厂区LED显示屏上展示。7)在厂区生产区域部署多台热成像摄像机，采用热成像算法、AGC自动增益、DDE图像细节增强、3D降噪等技术，对蒸汽泄漏、煤炭自燃、火花等超温进行报警。

图2 知识图谱的通用构建方法

3 业务主线

图3示出基于火电企业智慧管控的工业互联网平台，需要打通五条业务主线，包括：运行管理、安全管理、设备全寿命周期管理、经营和营销、燃料全过程无人化智慧管理。

(1)基于智能发电平台ICS的智能运行管理功能包括：智能检测、可视化监测、能耗计算、智能诊断、智能报警与预警、运行优化、闭环控制优化等。

(2)通过对振动监控、漏液(油、酸、碱、液)检测、漏气(汽)检测、粉尘检测、音量检测、成分分析、温度遥感、运行专家系统等系统与视频监控相结合，通过专家诊断系统实现安全预测预控。

(3)为实现设备全寿命周期管理，工业互联网平台的数据和业务流程需包括：立项或提请需求、采购、合同管理、出入库和仓储管理、设备缺陷管理、设备资产折旧和报废管理等。在设备维护环节，通过工单策划、工单处理、工单状态跟踪、工单成本汇总进行管理。基于工单的人工时间、所耗物料、资源和服务，汇总检修、维护任务成本，进行实时成本的分析，从而将生产检修与成本进行关联，形成实时生产检修维护成本汇总分析。

(4)经营和营销管理基于四个成本、四个电价、日利润系统，实现竞价上网和辅助电量交易决策。通过推荐算法和优化策略，在现货交易和调频调峰等电力营销中取得优势。

(5)国电东胜公司于2018年首次提出智慧燃料建设“六大无人燃料”的管理理念。在无人采制样、皮带上煤质在线检测、无人化验室、数字化煤场和无人盘煤、无人斗轮机、无人输煤系统、配煤掺烧与燃料的动态生产成本分析、燃料与财务一键结算等领域实现燃料一体化智慧集成。

图3 火电企业智慧管控一体化平台的五条业务主线

4 结论

本文提出在ERP等基础信息系统之上，打造更高层次的燃煤火力发电厂智慧管控一体化的工业互联网平台，为火电厂的长周期生产经营提供安全生产、精益管理、设备优化、远程诊断、分析预测及全生命周期可视化管控等高端应用功能。结果表明：

(1)智慧火电厂工业互联网平台的建设内容包括：生产运行、设备资产、经营营销、燃料、安全、人力资源、党建、协同办公、对标、绩效、领导驾驶舱等。领导驾驶舱的效果包括：更实时、全面、科学的设备可靠性、安全性和经济性评价，精细化成本管管控，本质安全管理，状态检修，专家知识库提升企业管控能力。

(2)工业互联网的功能包括：业务全过程、全参数的一体化管理，移动化和虚拟能源，数据量化、推优排序、闭环管理、过程控制、全程追溯。

(3)工业物联网融入工业互联网的场景包括：全厂三维可视化建模，视频监视，人脸识别与门禁管理、考勤管理，安全帽智能视频识别，跑冒滴漏智能视频识别，热成像监视与超温报警，厂内道路雷达测速，基于电动挡车杆和车牌识别实现车辆出入管理，二维码与设备台账管理、UWB人员定位与周界防护等，以实现全厂安全风险预控。