智慧安全管理系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中的應用研究

國家能源集團寧夏電力有限公司 陳忠

安全是現(xiàn)代火電廠工作和生產過程當中的重要基礎。智慧安全系統(tǒng)在火電廠中的建設與應用，能夠有效通過智能化設備以及先進的信息化技術，對火電廠進行安全管理和安全監(jiān)控，能夠有效保證火電廠日常工作當中的安全運行，對火電廠工作人員的安全負責，切實保障人民的財產安全和生命安全。隨著現(xiàn)代科學技術的大力發(fā)展，智慧安全系統(tǒng)的應用已經成為了當代火電廠實現(xiàn)安全管理和監(jiān)督的重要發(fā)展方向與目標。智慧安全系統(tǒng)，能夠有效識別火電廠中存在的危險源，并結合火電廠運行的實際情況，分析如何有效提升安全監(jiān)控與管理方案。本文通過對智慧火電廠的市場需求進行分析，深入研究智慧火電廠的安全架構，并闡述智慧安全系統(tǒng)在火電廠中的具體應用，探討智慧火電廠的未來發(fā)展及其應用價值。

引言

黨的十九大報告中指出，加快建設制造強國，加快發(fā)展先進制造業(yè)，推動互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經濟深度融合，在中高端消費、創(chuàng)新引領、綠色低碳、共享經濟、現(xiàn)代供應鏈、人力資本服務等領域培育新增長點、形成新動能。在企業(yè)生產和發(fā)展的過程當中，安全問題永遠是其持續(xù)經營的前提?；痣姀S是保障國民生活的重要公共設施，火電廠的安全問題對于社會經濟的發(fā)展來說，承擔著重要責任。一直以來，火電廠的安全都被社會各界人士所重視，而隨著科學技術的不斷發(fā)展，改善火電廠安全管理，也越發(fā)迫在眉睫。這就需要火電廠在生產運營過程當中革新安全理念，對安全管理與監(jiān)控采取高度重視，有效結合安全生產與安全管理，使二者合二為一，利用先進的管理理念與智能化技術手段，構建出一個智慧安全系統(tǒng)，確?；痣姀S的安全管理在基于智能化的基礎上，更安全高效地保障火電廠工作人員的人身安全以及生產活動安全。

智慧火電廠的市場需求

火電廠的安全需求

在現(xiàn)代火電廠的管理與生產過程當中，安全監(jiān)控水平以及安全管理水平都有著顯著的提升需求，這主要表現(xiàn)在對風險點排查、設備隱患的排查、安防系統(tǒng)的加固、周界漏洞的排查、監(jiān)控現(xiàn)場違規(guī)操作、對封閉空間和孔洞等危險點的持續(xù)管控能力等方面?，F(xiàn)代火電廠的安全需求正在被逐步重視起來，智慧安全系統(tǒng)在火電廠中的應用，可以更加安全地實現(xiàn)對信息的采集和有效性分析，并且通過智能化的管控技術以及安全管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)應用的集成化發(fā)展，從而使其能夠發(fā)揮出重要的安全保護功能，滿足火電廠的安全追求，使火電廠在生產過程中能夠對工作人員、設備、環(huán)境以及管理等多方面實施安全管控，使智能化安全系統(tǒng)提供的事前預防和事中控制得到完整體現(xiàn)。

表1 火電廠危險源辨識表

圖1 智慧火電廠的典型安全體系

火電廠危險源識別

建設智慧火電廠，應立足于先進的理念和技術手段，結合火電廠自身的發(fā)展特點，總結出火電廠的安全需求。智慧安全系統(tǒng)的建設，主要依據(jù)火電廠的安全理念，重點在于火電廠的生產過程當中，利用現(xiàn)代化的信息技術手段，對生產過程中的行為進行量化與可視化，形成一個系統(tǒng)的安全管理平臺。結合近年來對國內火電廠各類危險源的識別以及評價，可以看出，以目前國家頒布的《火電廠安全評價》的規(guī)定為標準，可以總結出，國內火電廠中較為重大的危險源，如表1所示。

目前火電廠的危險源以火災和人身傷害居多，從上表重大危險源因素當中可以明顯看出，很多危險源實際上都是由于安全監(jiān)控措施和安全管理不到位造成的。因此，建設智慧火電廠，利用其對危險源進行智能化識別，可以從根本上實現(xiàn)對火電廠事故的控制，確保工作人員的生命和財產安全。

智慧火電廠的安全架構

智慧火電廠的典型安全體系包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、巡更系統(tǒng)等，統(tǒng)一整合應用，實現(xiàn)跨系統(tǒng)之間的信息數(shù)據(jù)交互、報警聯(lián)動響應和預案自動執(zhí)行，全面提高電廠整體預警、聯(lián)防能力。如圖1所示。

建設智慧火電廠，需要一個整體安全架構作為支撐。通常，智慧安全系統(tǒng)主要由前端設備、傳輸網絡以及監(jiān)控中心三個主要部分構成，前端設備主要由探測報警系統(tǒng)的探頭、監(jiān)控攝像頭、門禁讀卡設備、二維碼條碼以及射頻卡芯片等共同構成。

前端設備在應用當中主要負責對應區(qū)域的監(jiān)控工作，包括對現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息的采集與提供、視音頻的存儲及上傳，并且通過監(jiān)控中心預置的數(shù)據(jù)處理算法，進行自動聯(lián)動工作。

傳輸網絡在安全架構當中起到長距離傳輸介質的功能，能夠有效通過光纖傳輸?shù)确绞?，將前端采集到的視音頻、控制以及警報信號等轉換成光纖傳輸信號，發(fā)送到信息中心。

監(jiān)控中心主要的作用，是集中轉換和管理前端設備傳過來的信號，結合需求信息，對前端設備進行管理，以實現(xiàn)安全架構當中的實時監(jiān)控。包括視頻的監(jiān)控、設備使用的監(jiān)控、警報信號的分析以及不同需求報表的輸出等等。

三個重要的部分相互結合，是構建智能火電廠的智慧安全系統(tǒng)的基礎。

智慧安全系統(tǒng)的應用基礎

EAM（Enterprise Asset Manage?ment）生產管理系統(tǒng)是以建設數(shù)字化發(fā)電廠為目標，基于發(fā)電企業(yè)績效模型、發(fā)電企業(yè)價值鏈建立系統(tǒng)而規(guī)范的管理體系，對企業(yè)管理價值鏈上所有環(huán)節(jié)進行有效管理，強調動態(tài)監(jiān)控設備和經營狀況，及時掌握信息，決策控制。已經建成內容包括：資產管理、運行管理、文檔管理、技術監(jiān)督、消防管理、安全管理、設備巡檢管理、缺陷管理、生產會議管理。建立在統(tǒng)一的平臺上，該平臺向下實現(xiàn)MIS/EAM、視頻、門禁、人員定位、移動終端等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，向上建設以升壓站設備為對象，以兩票為主線的一體化系統(tǒng)，進而實現(xiàn)對生產過程的管控，同時應保留數(shù)據(jù)接口以便進行推廣。如圖2所示。

圖2 智慧安全系統(tǒng)的EAM

智慧安全系統(tǒng)在火電廠中的應用

智能監(jiān)控

智慧安全系統(tǒng)是保證火電廠安全性的先進手段。應用先進的智能安全系統(tǒng)與數(shù)字遠程傳輸技術，能夠采用視頻監(jiān)控對工作現(xiàn)場進行多線路觀察和巡檢。通過網絡傳輸?shù)膱D像和數(shù)據(jù)，工作人員在遠程利用智能分析的算法，經過數(shù)據(jù)處理，自動分析，抽取視頻關鍵信息等，就能夠明確出火電廠中的安全問題。包括人員入侵、遺留物品、是否被盜、煙霧火光檢測等。智能監(jiān)控是火電廠安全性的需求，通過智能監(jiān)控，工作人員不必深入火電廠內部就能夠清楚了解到火電廠中的安全問題，這一方面能夠保證信息傳輸?shù)募皶r性，另一方面也能夠避免人員的危險。

人員管理

火電廠中的布局非常復雜，環(huán)境封閉，這種情況就需要對工作人員進行管理，采用UWB超寬帶智能定位技術，對工作人員進行全方位管理，這種智慧管理方式具有精確度高、信號穿透力強等優(yōu)勢，并且在火電廠非常復雜的布局中，也能夠抵抗多路徑循環(huán)模式，其抗干擾能力較強。結合火電廠的使用需求和后臺管理系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)工作人員的管理。同時，在管理人員的過程中，巡檢任務的實時記錄與反饋，人員異常監(jiān)控，火電廠中的災難發(fā)生與人員搜救都擁有較強的幫助作用。另外，在人員管理中，不僅對工作人員進行巡視，還可以對外來人員進行監(jiān)控，在特定區(qū)域中做電子圍欄，外來人員進入輻射范圍內能夠實施主動的安全預警工作，對不同位置按照危險源進行識別，能夠對火電廠的安全進行預警。

智能巡檢

智能巡檢是通過AI 技術，結合非接觸檢測技術、多傳感器融合技術等，利用AI 機器人在火電廠中進行智能巡檢。其中對巡檢過程中進行識別、定位及通信反饋，其目的在于為遠程工作人員提供巡檢信息，工作人員也可以通過AI 智能化系統(tǒng)對火電廠中重點生產區(qū)域和危險區(qū)域做出主要監(jiān)控調制，通過AI 機器人攜帶的攝像頭和聲音提取功能，對現(xiàn)場進行信息反饋。攝像頭反饋視頻圖像，聲音提取反饋聲音信息，溫度傳感器反饋現(xiàn)場溫濕度，最終將以上信息通過無線擴頻網絡傳送至總控制臺進行系統(tǒng)分析，工作人員對信息進行采集與整理，便能夠判斷出工作現(xiàn)場環(huán)境及是否存在故障，如果存在故障能夠激活自動報警系統(tǒng)，工作人員根據(jù)巡檢定位及時掌握故障源。

人員定位

人員定位功能是針對人員的移動進行巡視管理，這與火電廠的三維圖形化建模、WIFI 現(xiàn)場定位以及RFID 設備表示技術等都能夠有效結合，充分展示火電廠設備巡檢工作的重要性。以往工作人員在火電廠中的移動無法記錄，只能通過固定攝像頭監(jiān)控，一旦工作人員發(fā)現(xiàn)火電廠中有危險源存在，而存在現(xiàn)場又無攝像頭的情況，很容易對人員造成危險。所以，對人員定位功能的設置，就能夠監(jiān)控人員的移動情況，通過總臺控制的管理、維修管理等對工作人員進行指揮，開展各項業(yè)務等工作，使火電廠工作更加智能化、效率化、簡單化。

智能鎖管理

智能鎖管理是針對火電廠中的門禁和鎖進行的管理方法，通過云計算、智能信息處理等先進技術，外加未來結合5G 技術，對火電廠的配電柜、門禁、控制柜等有門鎖的工作場景進行智能管理，達到智能門鎖和智能鑰匙的管理方法，采用遠程管理對鎖具進行遠程控制，實現(xiàn)機柜門鎖的遠程上鎖和打開，以便應對火電廠中機械門鎖的無序管理。以往火電廠中的門鎖管理比較松散，雖然較先進的采用指紋門禁，但是始終會出現(xiàn)管理無序的情況，另外安全性也比較差。關于智能門禁的管理，采用RFID 技術和UWB 技術對進入火電廠的人員能夠進行智能識別和記錄，火電廠中的生產區(qū)危險源比較多，所以對生產區(qū)的人員可以設置虛擬門禁，當人員進入固定領域中，智能門禁就會對人員進行綜合識別與預警。辦公區(qū)和檢修區(qū)的危險源較少，但信息儲存較多，設置門禁管理，保證物品不能丟失。

危險預警

因火電廠的危險源較多，且危險范圍大，所以故障診斷和預警工作非常重要。故障診斷主要是依據(jù)大數(shù)據(jù)信息處理對故障進行定位和故障分析，而預警功能是結合趨勢發(fā)展和故障結果進行的分析。在控制總臺中會建立智能模型，基于智慧火電廠的整體數(shù)據(jù)進行大量的數(shù)據(jù)采集，通過歷史數(shù)據(jù)以及手動輸入的故障信息來進行識別。如果識別過程中發(fā)現(xiàn)有異常參數(shù)，就證明出現(xiàn)了故障，在建立保障機組的過程中能夠保證智慧火電廠的安全運行，最終對現(xiàn)場危險進行預警。危險預警功能是一體化管理平臺中非常重要且常見的功能。智慧安全系統(tǒng)的應用目的就是為了保證安全性，對安全進行檢查和定期匯報，并且對危險源進行預案處理，在智慧安全系統(tǒng)平臺中留有火電廠的接入口，實現(xiàn)安全數(shù)據(jù)的無縫連接，這樣才能夠建立起相對安全的管理體系。

智慧火電廠的未來發(fā)展及應用價值

智慧火電廠一直是火電廠發(fā)展過程中的重要需求，隨著5G時代的來臨，智慧火電廠也豐富了其構建的基礎設施，不僅可以運用5G技術，現(xiàn)階段的智慧火電廠就可以具備一定的安全管理功能，所以平臺的開發(fā)與完善非常重要。大數(shù)據(jù)處理和智能算法的基礎性要求對信息平臺能夠提供兩級信息，即機組智能控制系統(tǒng)信息和全場智能管理決策系統(tǒng)信息，兩級信息中包括了幾乎所有智慧火電廠的功能，整體智能火電廠的管理系統(tǒng)框架包括生產控制大區(qū)的DCS設備、智能控制系統(tǒng)中的DCS設備，將數(shù)據(jù)信息整合后，直接傳輸?shù)綒v史數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫中，并將智能控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息上傳至應用服務器和值班站中，以便工作人員及時觀察做數(shù)據(jù)參考。其中接口機與控制中心存在一個隔離器，也就是接口機下的數(shù)據(jù)庫、服務器、值班站，乃至DCS設備等都是深入火電廠內部工作的設備，而上級的中心數(shù)據(jù)庫和中心服務器會通過Internet 網絡傳輸至客戶端，也就形成了以數(shù)據(jù)庫和服務器為主的管理信息大區(qū)和以客戶端為主的智能管理決策系統(tǒng)。這樣更加方便工作人員的遠程操控和觀察。通過以上分析，可以看出智慧火電廠的決策系統(tǒng)雖然布局較多，但對于信息管理工作比較扁平化，這樣保證數(shù)據(jù)傳輸速度快，傳輸過程中數(shù)據(jù)不易丟失，方便整合全廠內外部的整體數(shù)據(jù)資源。

另外，火電廠中的鍋爐燃燒控制是智慧火電廠的主要工作路徑，節(jié)能減排也是火電廠的工作目標之一，所以鍋爐燃燒過程對能量的轉換、污染物的排放以及安全性能等都有非常復雜的影響。如果仍然按照傳統(tǒng)方法對其進行建?？刂?，那么將無法達到節(jié)能減排的工作目標。所以采用多目標優(yōu)化控制技術路線是最好的選擇。從鍋爐燃燒過程中，采取原始樣本并對其進行處理，建模對數(shù)據(jù)樣本進行分析，形成鍋爐燃燒的計算模型和壁溫預測模型。這兩種模型是對鍋爐燃燒的節(jié)能減排的第一層保障。通過鍋爐燃燒模型進行鍋爐效率和污染物排放的模糊計算，實現(xiàn)目標優(yōu)化，最終在智能化工作中明確燃燒控制參數(shù)。而璧溫預測模型是直接采用噴水降溫的方式進行智能尋優(yōu)過程，最終形成燃燒控制系統(tǒng)參數(shù)。通過兩項模型數(shù)據(jù)分析，燃燒控制系統(tǒng)參數(shù)得到最真實和全面的數(shù)據(jù)，對鍋爐的燃燒和傳熱有了一定的控制。

結論

我國經濟已由高速增長階段轉向高質量發(fā)展階段，正處在轉變發(fā)展方式、優(yōu)化經濟結構、轉換增長動力的攻關期，迫切需要新一代人工智能等重大創(chuàng)新添薪續(xù)力。要培育具有重大引領帶動作用的人工智能企業(yè)和產業(yè)，構建數(shù)據(jù)驅動、人機協(xié)同、跨界融合、共創(chuàng)共享的智能經濟形態(tài)。要發(fā)揮人工智能在產業(yè)升級、產品開發(fā)、服務創(chuàng)新等方面的技術優(yōu)勢，促進人工智能同一、二、三產業(yè)深度融合，以人工智能技術推動各產業(yè)變革，在中高端消費、創(chuàng)新引領、綠色低碳、共享經濟、現(xiàn)代供應鏈、人力資本服務等領域培育新增長點，形成新動能。

智慧火電廠是未來火電廠發(fā)展的走向，智慧火電廠的發(fā)展是信息時代下的必然產物，通過互聯(lián)網、物聯(lián)網、信息技術和大數(shù)據(jù)的結合，在工業(yè)處理流程中安全性能夠進一步集中和放大，智慧火電廠的全面多元系統(tǒng)的融合能夠更加方便地傳輸信息、共享信息，為火電廠的生產和管理帶來了極大的方便。所以，本文探討了智能安全系統(tǒng)在火電廠中的應用，希望通過相關研究，解決火電廠中的安全問題，并開展智能化數(shù)據(jù)信息評價，保障火電廠智能控制，最終實現(xiàn)智慧火電廠的目標。