作者 | 哈电国家工程中心

企业概况

哈电发电设备国家工程研究中心有限公司（以下简称哈电国家工程中心）是由原国家计委批准，国家、企业联合投资1.6亿元（哈电集团代表国家持股4000万元，占比25%；哈尔滨电气股份有限公司持股12000万元，占比75%），于2000年1月建立的全国发电设备制造行业唯一的集科研、新产品开发与科研成果工程化、产业化推广应用的科技型企业。主要包括燃气轮机、先进电机、智慧电厂、节能环保、高端装备研制等产业。

主要措施

（一）实践路径

1.发展目标
哈电集团发电设备工业大数据平台是根据哈电集团电力装备全生命周期智能发展需求而建设的工业大数据应用技术创新平台，以哈电集团设备使用用户为目标客户，采用“装备+服务”销售或者“装备销售+服务租赁”等新的商业模式开发，支撑开展面向海量在线设备的异构数据获取、云端及边缘化数据处理、远程运维服务、智能制造等业务。以期提高发电行业工业智能化水平、提升产品和服务质量、为企业提供新的经济增长点。
2.建设现状与规划
针对发电行业的特点，配套研发了数据采集终端和边缘计算智能网关两大类产品，将异构数据采集、高复杂度边缘计算、数据标准化、数据缓存、网络安全策略等功能模块集于一体。
建成智能管控一体化平台，打通了发电设备从数据接入、存储、管理、算法建模开发到端平台应用的各个环节，为电厂生产控制以及信息管理提供统一接入、管理、大数据支持和智能算法运行环境，同时构建数据科学与工业机理结合的行业知识库，并以开放的模式开发工业APP来实现最终价值。
基于平台完成了两大智能化系统的部署，一是智能运行控制系统，为发电设备提供监测、性能分析、寿命评估、振动监测、故障诊断及预判，给出机组运行健康报告，并进行运行优化和检修建议；二是智能辅助管理系统，着重于智慧生产安全管控中的园区管理和巡检管理进行建设。
平台已应用于智能产品方面以及智能装备方面。平台深度融合大数据、物联网、云计算、人工智能应用技术，形成具备自学习、自适应、自趋优、自恢复、自组织的智能发电运行控制管理模式。
下一步将进一步完善云平台建设，建设工业大数据应用开发平台，在目前的基础上进行扩展升级，运用分布式、云技术面向集群用户开展远程诊断工作，同时应用具备自主知识产权的数据采集系统，以保证机组数据安全、可控、规范。综合开展以数据采集、大数据管理、大数据分析、智能诊断、智能运维以及智能制造为核心的发电设备全生命周期大数据应用技术研究。
3.运营思路
哈电集团发电设备工业大数据平台的运营规划为推广、定制、开放三个阶段：建成后初期，充分利用市场占有优势进行深入推广，之后充分收集企业各种各样的功能及业务需求，不断扩大平台的服务范围以及工业APP服务的数量，使平台从特定企业可用到特定行业可用，最终随着平台的健全和完备，在提供定制服务的基础上，基于平台庞大的工业APP规模，使用户可以自己根据自己的需求在平台上利用现有的服务开发自己的工业APP，同时能够融合不同企业甚至不同行业的工业APP服务，完成从提供产品到提供资源的转变，使平台的服务群体从特定行业发展到跨行业应用。

（二）基本内容

1.一体化数据采集
数据采集终端和边缘计算智能网关两大类产品，将异构数据采集、高复杂度边缘计算、数据标准化、数据缓存、网络安全策略等功能模块集于一体，提供了传感器级的数据采集和半定制化的边缘计算方案，支持通用工业通信协议、数据库通讯接口及原始模拟/数字量的直接采集，采用单向隔离网关等安全策略，将现场多种协议类型的设备数据统一接入，如图1所示，采用无线或有线网络将标准化后的数据上传，解决了工业现场原始信号不易采集、数据种类多、接口协议繁杂、数据传输不安全等技术瓶颈。

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图 1数据采集和边缘计算智能网关结构图

终端具有可视化运行策略配置工具，工程师在现场利用该工具对采集的数据源、采样策略、缓存策略、加密方式、数据标准化逻辑等进行配置，无需代码编程。
边缘计算智能网关具有行业内较高的通用性和功能定制的能力，能够提供火电、水电、核电、风电、光伏等发电设备及配套设备的运行数据采集、处理、缓存和发送服务，且本身与哈电集团云服务平台有着成熟的对接方案。方案不仅适用于哈电集团云平台，与其它平台也能实现松耦合对接。
2.智能管控一体化平台
哈电集团发电设备工业大数据平台是基于信息—物理系统（CPS）、结合IoT、大数据分析、协同优化、可视化、网络安全等技术构成的智能体系，面向多种类设备上云、多语言APP开发、多维度数据管理、多模式服务部署等工业大数据应用的关键需求，提供发电设备智能数据采集、海量数据综合管理、APP开发及运行环境、用户服务资源部署等工业互联网全生命周期业务。平台架构如图2所示，整体采用了分布式云技术架构、模块化功能设计和多层次开放性接口的思想，使平台具有通用性强、易集成、易推广的特点。

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图2 平台系统结构图

平台整体采用了SaaS、PaaS、IaaS和边缘层的传统架构思路。智能生产设备主要包含锅炉，汽轮机，发电机在内的各种发电设备，智能管理设备主要是机器人、摄像头、门禁等辅助设备。边缘端用各种硬件设备来完成对传感器、信息系统、视频等各种数据类型的数据收集，有些硬件还配备边缘计算、图像处理的简单的分析功能。IaaS层主要是应用先进的IT技术，实现计算资源的合理管控，自动动态的调整资源。就地平台就是以多个服务器集群和网络拓扑为主。云平台则利用了虚拟化等技术，相当于一个虚拟的机房。PaaS层主要为数据管理和应用开发工具。平台是将所有数据进行统一化的管理，并提供丰富的数据服务和数据接口。应用开发工具主要分为两部分，第一部分是工业建模分析工具，主要服务智能运行控制中心。第二部分是联网共享工具，主要服务智能管理中心。该层也是平台支撑业务应用部署运行的核心。SaaS层采用B/S架构，主要为了满足应用服务的人机交互需求。
面向用户需求，提供电站服务平台。面向电厂，提供智能化运维服务模式。通过现地平台系统对电厂全部实时信息进行管控，有利于实现电厂运行控制的能效“大闭环”与安全“大保障”；通过管理服务系统对电厂非实时信息进行全面管控，实现专家和设备人机物互联互通，创建电厂运营管理决策的从制造厂到用户现场的“大协同”模式。
3.智能运行控制系统
智能运行控制系统以一体化平台作为支撑，由七大中心构成，主要功能为发电设备提供监测、性能分析、寿命评估、振动监测、故障诊断及预判，并根据这些因素综合进行考虑，最终给出机组运行健康报告，并进行运行优化和检修建议。
 

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图3 智能运行控制系统结构功能图

其中智能监测中心具有智能监测及软测量功能；性能分析中心主要具备机组运行优化的功能；智能诊断中心具有设备智能诊断及健康管理功能；振动监测中心主要具备电厂旋转设备振动监测诊断功能；寿命评估中心主要具备机组关键设备寿命评估与管理的功能；智能决策中心智能决策中心具备综合决策，指导运行人员优化操作和维护建议功能；智能控制中心根据优化结果参与机组调节。
4.智能辅助管理系统
智能辅助管理系统侧重于智慧生产安全管控中的园区管理和巡检管理进行建设，由视频监控系统，定位系统，智能门禁系统，脉冲电子围栏，智能巡检机器人系统组成。系统建设实施工程中为各分系统提供完整的硬软件支持，使其可独立运行，在满足各子系统显示、运行、控制的情况下，通过后台业务融合，实现视频-定位-门禁联动，视频-电子围栏联动，视频-机器人巡检联动等多系统协同工作，提升系统联动能力。本系统的建设实现了系统间的业务功能协同和集中服务，提升数据共享和综合分析能力，并将各子系统形成一个有机结合体，真正实现互相关联，直观的展示电厂的人员分布、车辆分布、重要设备分布、门禁状态、周界防护等生产安全信息，为智能生产安全打造可靠保障，提升电厂生产管理水平。 

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图4 智能辅助管理系统架构

（三）问题和难点

1.市场方面
针对制造业智能化发展战略，哈电集团发电设备工业大数据平台是大数据与云技术交叉产生的服务型产品。目前，国外在这方面的发展较为成熟，为国内市场带来了较大的竞争压力。伴随国家政策的支持，哈电集团将借助自身在发电行业的产品优势，推进项目产品化的进程。同时加强与德国、美国等国家的技术交流与合作，力争研究成果的国际化，增强国际竞争力，抢占国际市场。
2.技术方面
技术方面，鉴于我国哈电集团发电设备工业大数据平台发展现状和问题，制造业需要以互联网技术作为服务型升级的关键支撑，而互联网行业需要以制造业的大数据作为研究基础，两者的协同化和智能化的发展道路必然导致新技术的产生，因此将会面临着新技术不成熟的风险，特别是在核心技术体系和安全方面，风险更为突出。为更好的应对可能出现的各类技术风险，将通过广泛开展合作，加强与掌握核心技术及产品的企业、大专院校、科研院所等交流沟通，可通过联合开发、并购等方式，形成产学研用一体的技术研发合作模式，降低新技术风险。同时充分依托目前已取得和掌握的技术基础和项目经验，并保持对国内外前沿新技术、新产品、新应用的了解和掌握，有效降低技术风险的不确定性。

实施效果

（一）企业经济效益方面

帮助哈电集团形成在智能制造领域的行业地位。以远程运维和诊断预测服务为目标搭建的工业大数据平台，具有广阔的市场前景，目前全国30万千瓦以上机组约3000台，单台机组的智能化服务投入按1000万计，仅考虑这部分机组对应的市场空间就可达300亿元。哈电集团大数据平台已在水电、火电、光伏、风电、抽水蓄能等领域，逐步培育生态合作伙伴，结合建设展示中心、进行线上线下同步推广。
帮助哈电集团建立更有效、更科学的机组售后服务管理体系，缩短维修周期，降低检修和备件存储过程能耗，提升了服务水平和产品质量。
有效提升了产品全生命周期的智能化水平，提高产品附加值，不断增强产品创新能力、盈利能力和竞争力，推动业务创新。

（二）用户经济效益方面

哈电集团发电设备工业大数据平台在数据采集、故障诊断与健康管理以及数据可视化展示方面为平台用户提供智能化的发电产品管理与运维模式，帮助发电站减少检修（维修）次数和缩短检修时间，降低电站的运营成本，提升客户业务管理的便捷性、直观性、准确性、智能性和协同性，有利于实现我国现代数字化电站的建设需求。
通过计算、分析、统计、优化、数据挖掘手段，实现发电厂生产过程监视、机组性能及经济指标分析、机组优化运行指导、设备故障诊断、寿命管理等应用功能。这些功能将大大降低能耗、节约成本、提高发电效率和质量：
①降低燃料单耗直接效益，平均可降低燃料单耗1%—2%左右；
②提高机组可用率，若每年累计多运行1周，同时减少启动次数3次，扣除50%的原料成本，将多产生效益达数百万元以上；
③延长机组寿命，机组的造价按1亿元计，设计寿命按30年计，延长寿命1年相当于减少设备消耗的经济效益为333万元；
④最优可降低还原剂消耗10%，每年节约人力成本数十万元。
依据实际电站工程应用的相关参数和规定进行计算，采用该平台可使水轮机组运维生产效率提高25.2%,A级检修运维成本降低28.2%，C级检修运维成本降低27.6%，运维单位产值能耗降低15.7%。

（三）社会效益方面

有效支撑工业互联网平台发展的技术体系和产业体系，促进了我国工业互联网生态体系的发展，增强了国际竞争力。

来源：推进智慧企业建设