智慧電廠建設管理平臺的設計與思考

摘要：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展，行業(yè)競爭日益激烈。物聯(lián)網(wǎng)+5G、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛，使其應用到智慧型電廠的范圍更加廣泛。圍繞對人員管理、作業(yè)流程、安全管理和事故預防的智慧電廠建設目標，對自學習、自適應、自趨勢、自恢復、自組織的智能發(fā)電運行控制管理模式展開討論，實現(xiàn)提升系統(tǒng)生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗的目的，構(gòu)建低碳清潔、安全高效的智能電廠體系。

關(guān)鍵詞：智慧電廠建設;技術(shù)應用;大數(shù)據(jù);人工智能

一、智慧電廠內(nèi)涵及意義

智慧電廠始于感知、精于計算、巧于決策、勤于執(zhí)行、善于學習，以發(fā)電過程的數(shù)字化、自動化、信息化、標準化為基礎，以管控一體化、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)+5G為平臺，集成智能感知與執(zhí)行、智能控制與優(yōu)化、智能管理與決策等技術(shù)，形成一種具備自學習、自適應、自趨勢、自恢復、自組織的智能發(fā)電運行控制管理模式，實現(xiàn)提升系統(tǒng)生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗的目的，構(gòu)建低碳清潔、安全高效的智能電廠體系。

二、平臺架構(gòu)

平臺架構(gòu)分為應用層、平臺層、存儲計算層和物聯(lián)網(wǎng)層。應用層包括大屏展示、三維廠區(qū)、風險預警、風險統(tǒng)計、風險源管控、電子圍欄、視頻聯(lián)動、智能預警、行為識別、智能培訓、閾值管理、設備監(jiān)控、智能巡檢、人員定位和車輛定位;平臺層包括三維引擎、報表統(tǒng)計、工作流、工況辨識、定位應用、身份認證、單點登錄、網(wǎng)關(guān)、配置中心和定位引擎。存儲計算層包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)集市、數(shù)據(jù)治理、離線計算、實時計算、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)安全、離線數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù);物聯(lián)網(wǎng)層包括設備信息、設備參數(shù)、爐溫、定位標簽、定位基站、煙氣參數(shù)、定滑壓、壓力數(shù)據(jù)、傳感器和攝像頭。

三、平臺系統(tǒng)模塊

（一）大數(shù)據(jù)存儲計算平臺

以Kafka作為平臺數(shù)據(jù)的匯聚層，接入各種數(shù)據(jù)源，可靠緩存消息數(shù)據(jù)，任何數(shù)據(jù)類型，不需要在數(shù)據(jù)源端和目標端安裝任何插件，即可實現(xiàn)在大數(shù)據(jù)組件范圍內(nèi)無障礙互通;支持傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫（Mysql、Oracle、Postgresql等）、大數(shù)據(jù)體系數(shù)據(jù)源（ES、Kafka）、文件等多類數(shù)據(jù)源，同時支持靈活定制擴展;支持在集成過程中對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和清洗，通過Sql方式操作，靈活方便，支持用戶自定義轉(zhuǎn)換模型;支持按增量建增量同步，并在同步過程中進行嚴格Schema校驗，保證數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)處理過程中的數(shù)據(jù)規(guī)范化、一致性;靈活任務監(jiān)控和調(diào)度管理，平臺自動根據(jù)任務啟停對任務進行調(diào)度和負載均衡，充分利用系統(tǒng)資源;以數(shù)據(jù)總線和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)機制為核心;注冊Schema，實現(xiàn)基礎元組的管理;分布式集群架構(gòu)，支持處理流程的多環(huán)節(jié)和高并發(fā)。任務提交到集群，統(tǒng)一管理。自動均衡、高可用、線性擴展;內(nèi)置常見數(shù)據(jù)計算模型，支持用戶定義計算模型，同時實現(xiàn)與大數(shù)據(jù)分析計算引擎互通，可方便地將大數(shù)據(jù)分析計算引擎中積累的數(shù)百種數(shù)據(jù)模型集成到計算平臺使用;任務統(tǒng)一監(jiān)控和調(diào)度管理，支持自動均衡、高可用、線性擴展。

（二）高精度室內(nèi)定位

高精度室內(nèi)定位作為位置服務的延伸應用，應用最先進的UWB，實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的分米級高精度定位。將“人員實時定位管理、設備及物資定位管理、移動軌跡查詢、電子圍欄安全防護、一鍵報警求助、視頻聯(lián)動”等現(xiàn)代技術(shù)手段功能加入室內(nèi)人員安全管理系統(tǒng)之中，真正實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境的全覆蓋實時位置管理。

高精度室內(nèi)定位可應用于危險區(qū)域、危險源管控;承包商、外來人員管控;智能考勤、工時統(tǒng)計，自動生成考勤報表;重要區(qū)域、重要人員、重要事件視頻聯(lián)動;實時查看電廠人員分布情況;智能巡檢、規(guī)范巡檢流程;歷史軌跡存儲和回放;異常行為分析（如昏迷、滯留），實時報警等場景。

（三）安全風險分區(qū)管理

針對室內(nèi)室外分別進行當前風險整體分布、統(tǒng)計、管理;實行兩單三卡管理，包括危險因素排查單、安全風險管控單、承諾卡、應知卡、應急處置卡;將廠區(qū)內(nèi)各區(qū)域按照風險等級劃分為4個等級區(qū)域，每個等級區(qū)域以不同顏色分別顯示于三維廠區(qū)圖中，實行風險四色圖管理;對安全風險的風險統(tǒng)計包括對風險點統(tǒng)計、風險管控跟蹤、歷史風險數(shù)據(jù)統(tǒng)計、風險排查情況統(tǒng)計。

（四）安全生產(chǎn)管控

主動安全管控，掌握人員在崗在位情況，監(jiān)測人員與車輛實時位置，避免人員車輛在未經(jīng)許可情況下闖入危險區(qū)域，保障人員安全。人員管理包括對人員基本信息、人員實時定位、人員軌跡查詢和人員報警進行統(tǒng)計;車輛管理包括對車輛基本信息、車輛實時定位、車輛軌跡查詢、車輛報警統(tǒng)計和車輛移動電子圍欄進行記錄備案;設備管理包括實時監(jiān)測燃燒系統(tǒng)設備、汽水系統(tǒng)設備和電氣系統(tǒng)設備。

對安全生產(chǎn)設置電子圍欄。三維廠區(qū)圖中，可繪制電子圍欄;高危區(qū)域配置，根據(jù)危險設備位置自動生成電子圍欄，形成報警區(qū);三維廠區(qū)圖中，設置危險作業(yè)區(qū)，設置限制人員車輛出入報警規(guī)則。

對安全生產(chǎn)設置智能巡檢。選擇巡檢作業(yè)人員，查看巡檢作業(yè)人員實時軌跡，若偏離預定路線則進行報警并主動進行視頻跟隨;巡檢實時視頻跟隨，通過點擊巡檢人員的實時位置頭像，可以打開巡檢位置的視頻監(jiān)控，跟隨巡檢;對于巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的異常、問題等，上傳圖片、視頻等至數(shù)據(jù)中心;歷史軌跡回放，選擇一個或多個人員進行某時段內(nèi)的軌跡查詢。

對安全生產(chǎn)應用視頻跟蹤識別。監(jiān)控、高精度定位等設備與視頻形成智能聯(lián)動。視頻跟隨，實時調(diào)動攝像頭，完成與主屏幕的實時視頻聯(lián)動;輸入人員信息，能夠快速切換至視頻現(xiàn)場形成快速查找視頻;對突發(fā)事件告警，可以快速切換現(xiàn)場監(jiān)控視頻;對闖入人員、車輛視頻聯(lián)動。應用深度學習技術(shù)對人員及車輛識別、人員翻越廠區(qū)護欄識別、危險操作識別形成智能識別。

對安全生產(chǎn)設置智能兩票。開票—簽發(fā)—安措辦理—許可—現(xiàn)場操作—撤離—安措恢復—終結(jié)。借助電子圍欄、人員定位技術(shù)，監(jiān)控未經(jīng)兩票許可的越權(quán)闖入人員，避免安全事故;通過APP實現(xiàn)實時在線辦理工作票安措，支持上傳安措執(zhí)行中的照片、錄像等資料，保留安措執(zhí)行確認依據(jù);根據(jù)人員定位技術(shù)，實時監(jiān)控工作負責人長時間離開工作區(qū)域，及時通知提醒管理人員。

（五）應急處置

以文本預案為基礎，構(gòu)建電子預案庫，對預案進行匯總和管理，實現(xiàn)預案編制、修訂、報備和發(fā)布全流程的標準化;實現(xiàn)預案結(jié)構(gòu)化處理，提高對預案內(nèi)容的檢索效率，幫助應急相關(guān)人員快速定位所需查看內(nèi)容;實現(xiàn)預案的自動化匹配，全面提高預案的實操性，指導應急演練和救援實戰(zhàn)。

對突發(fā)災害、群體事件、衛(wèi)生事件、環(huán)保事件做好應急預案;通過應急值守、系統(tǒng)推送、人工錄入等手段及時應急響應;通過現(xiàn)場信息回傳、事件評估、響應預案、任務派發(fā)、實施救援等手段科學做到應急處置。

（六）風險監(jiān)測預警體系

建立統(tǒng)一可視化平臺的風險監(jiān)測預警體系。安防報警系統(tǒng)集成。命令控制外部系統(tǒng);廠區(qū)廣播、大喇叭;廠區(qū)一鍵報警;報警視頻聯(lián)動;報警、指揮調(diào)度處置;報警事件感知。視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成。監(jiān)控設備地圖聯(lián)動;攝像機、視頻追蹤、視頻分析集成;報警與視頻聯(lián)動;集成視頻分析評估。安全監(jiān)測系統(tǒng)集成。人員、車輛識別與闖入分析;門禁系統(tǒng);溫度、壓力、震動等傳感器;消防報警器。環(huán)境監(jiān)測設備集成。水質(zhì)檢測;廢水廢氣監(jiān)測;空氣質(zhì)量檢測;有毒氣體探測;工業(yè)粉塵檢測;噪聲檢測;有害因素監(jiān)測。

對各項風險進行監(jiān)測，監(jiān)測危險源實時和歷史趨勢，建立風險模型，及時對風險防范;根據(jù)各項風險項設定閾值，超過閾值則推送預警消息;對設備溫度、震動、氣體實時監(jiān)控，超過閾值推送預警消息。

對違規(guī)行為及時報警，將電子圍欄與人員定位技術(shù)結(jié)合，對非法闖入電子圍欄的人員進行報警警告、對人員長時間不在工作區(qū)域的情況進行報警、對人員危險行為進行識別與預警。

（七）平臺安全保障

遵循“零信任”安全理念，實現(xiàn)應急管理各類網(wǎng)絡與信息系統(tǒng)“用戶訪問需認證、全程操作有記錄、安全風險能預測、非法行為可溯源、安全事件能查處”。遵循“智能化”的運維理念，建立集智能化、可視化、標準化為一體的運維保障體系，實現(xiàn)“少人值守、智慧調(diào)度、智能運維”。

（八）智能培訓

采用VR智能培訓，讓體驗者身臨其境、高效培訓降低成本、預防事故發(fā)生。

進行VR電力人身事故體驗，VR電力安全系統(tǒng)生產(chǎn)實景，高度還原現(xiàn)場，采用真實事故案例;VR高風險作業(yè)風險防控培訓。對高處、動火、盲板抽堵、臨時用電、吊裝、受限空間、動土、斷路等作業(yè)實景，交互式體驗;使用VR技術(shù)對勞動防護用品體驗、VR安全帶使用體驗、VR安全帽撞擊體驗、VR職業(yè)危害體驗;使用VR技術(shù)培訓人員應急急救知識。VR應急培訓包括VR心肺復蘇訓練考核、VR觸電急救、VR創(chuàng)傷急救，并進行VR應急處置演練，VR應急處置包括VR消防滅火、VR火場逃生、各種應急演練，進行相關(guān)的VR技能培訓，采用VR仿真電力培訓，通過模擬高壓開關(guān)室場景，員工可以用手柄親自操作，模擬現(xiàn)場電氣倒閘等。

（九）可視化

三維電廠根據(jù)廠區(qū)真實環(huán)境，經(jīng)過現(xiàn)場環(huán)境勘察，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，進行精準測繪，根據(jù)測繪數(shù)據(jù)進行三維信息1：1精準建模，并進行大屏可視化展示。對電廠風險四色圖管理、區(qū)域點名統(tǒng)計、風險管控跟蹤、風險點統(tǒng)計、排查數(shù)據(jù)、當前風險統(tǒng)計、歷史風險數(shù)據(jù)等歷史數(shù)據(jù)進行分析，以多種可化圖標展示。

四、結(jié)束語

隨著物聯(lián)網(wǎng)+5G、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，將“智慧+”技術(shù)應用到對電廠的建設管理中，通過模擬真實情況的三維電廠模型并進行大屏可視化展示，實現(xiàn)了對電廠管理的高度集成化、一體化和可視化，對人員管理、作業(yè)流程、安全管理和事故預防更加科學高效。

作者單位：尚文靜? ? 北京理工大學

參? 考? 文? 獻

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