一种电厂监控管理系统
技术领域
本发明涉及监控技术,具体的讲是一种电厂监控管理系统。
背景技术
发电厂的管理,在2003年以前,处于人工管理时代,主要基于人工管理图纸、资料。
2003年至今,发电厂的管理进入电子化管理时代,新建项目多采用生产管理系统(MIS)、办公自动化系统(OA)、厂级监控系统(SIS),这三个系统功能主要为:生产管理(MIS):运行管理、设备管理、缺陷管理;办公自动化(OA):流程审批、协同工作、公文管理、沟通工具、文档管理、信息中心、电子论坛、计划管理、项目管理、任务管理、会议管理等;厂级监控(SIS):火电厂全厂实时生产过程综合优化服务的生产过程实时管理和监控的信息系统。
现有技术中对发电厂的电子化管理,仍然需要大量人为干预处理,并且现有的电子化管理系统中各模块之间彼此独立,因此产生了信息孤岛,造成资源浪费。
发明内容
为实现对电厂的电子化管理,减少人为干预,本发明实施例提供了一种电厂监控管理系统,所述的系统包括:
数据录入装置,用于接收用户录入的电厂的基础信息数据;
三维模型建立装置,用于根据所述电厂的基础信息数据和预存储的模型生成三维电厂模型;
终端信息采集装置,用于采集电厂内终端信息;
监控管理装置,用于根据所述终端信息和三维电厂模型生成电厂监控管理数据。
本发明以三维模型为载体,以现场总线技术和多系统通讯集成为“大数据”基础,在发电厂不同专业、业务类别模块化的数据集之间进行深度的跨域交叉关联。把分散的项目数据合并起来,通过对经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理,将管理过程同控制过程有机相结合,让工艺数据为管理分析决策提供依据,使管理系统反过来指导工艺生产,形成良性循环,确保电厂在安全生产的前提条件下实现全寿命周期价值最大化的资产与信息一体化管理。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电厂监控管理系统的框图;
图2为本发明实施例中的监控管理装置的框图;
图3为本发明电厂监控管理系统一实施方式示意图;
图4为本发明实施方式中建立的全厂三维模型图;
图5所为本发明实施例建立的集中平台的多系统关联管理的示意图;
图6所为本发明实施例中系统总线示意图
图7为本发明实施例实现的设备检修模拟;
图8为实现的运行操作模拟;
图9为实现的应急预案模拟。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明提供了一种电厂监控管理系统,系统包括:
数据录入装置101,用于接收用户录入的电厂的基础信息数据;
三维模型建立装置102,用于根据电厂的基础信息数据和预存储的模型生成三维电厂模型;
电厂的基础信息数据包括:电厂内的建筑结构数据、管道数据、系统阀门数据及设备数据。
本发明实施例中,三维模型建立装置包括:
电厂建筑模型建立模块,用于根据所述电厂内建筑结构数据生成电厂建筑三维模型;
电厂设备模型建立模块,用于根据所述电厂内的管道数据、系统阀门数据及设备数据生成电厂设备三维模型;
三维模型建立模块,用于根据所述电厂建筑三维模型和电厂设备三维模型生成三维电厂模型。
终端信息采集装置103,用于采集电厂内终端信息;
本发明实施例中的终端信息包括:仪表设备数据、电气设备的工作信息数据、办公协同工作数据及安防监控数据。电气设备的工作信息数据包括:电气设备的工作票数据和操作票数据;安防监控数据包括:电厂内的门禁数据和监控视频数据。
终端信息采集装置103包括:
现场仪表数据采集模块,用于采集电厂内现场的仪表设备数据;
电气设备工作信息采集模块,用于采集电厂内电气设备的工作信息数据;
办公数据采集模块,用于采集电厂内的办公协同工作数据;
安防监控数据采集模块,用于采集电厂内的安防监控数据。
监控管理装置104,用于根据所述终端信息和三维电厂模型生成电厂监控管理数据。
如图2所示,本发明实施例中的监控管理装置包括:
仪表设备控制模块201,用于根据采集到的仪表设备数据控制电厂内现场设备;
过程参数监控模块202,用于根据所述仪表设备数据生成过程参数监控数据;
维护计划生成模块203,用于根据所述仪表设备数据、过程参数数据与预存储的维护计划数据生成设备维护数据;
协同请求生成模块204,用于根据所述设备维护数据生成对应的协同工作请求数据;
报警模块205,用于设定报警触发信息并根据终端信息生成报警信号;
定位模块206,用于根据采集到的安防监控数据生成电厂内人员位置监控数据;
实时监控数据生成模块207,用于根据所述三维电厂模型、仪表设备数据、过程参数监控数据、报警信号及人员位置监控数据生成实时监控数据
权限管理模块208,用于设定电厂内人员的权限。
图3为本发明一实施方式的示意图,通过控制终端304采集电厂内不同位置设备的传感器301、仪表302的数据以及监视器303的安防监控数据,并通过控制终端304采集电厂内电气设备的工作信息数据和办公协同工作数据。
本发明实施例的现场仪表数据采集模块包括:现场总线接口,用于接收采集的智能仪表数据;HART接口,用于接收采集的非智能仪表数据。
具体实施例中,本发明的系统还包括:
数据库服务器,用于存储预存储的模型、预存储的维护计划数据、采集的监控数据、用户权限信息。
监控信息显示装置,用于显示所述三维电厂模型及监控管理数据。
本发明基于大数据三维仿真平台技术,在传统的商务智能已经应用了数据仓库和数据挖据技术对企业自身的数据进行存储、清洗、索引和分析,并通过复杂的算法增强实时大数据深加工处理能力,提供个性化服务的基础上,创新性实施发电企业数字化全寿命周期多元异构、跨域关联、交互体验、信息与资产一体化执行管理。通过将物理资产与知识资产在模拟与真实的数字化信息资产之间转换,让发电项目的投资、设计、施工、工期控制、交付、运行、检修、维护、物料保障、专业协作、资金配套等过程在项目全寿命周期内进行群智化、可视化、透明化、信息化、数字化、互动化、自动化、仿真化、标准化运作,实现数据采集数字化、生产过程自动化、业务处理互动化、经营管理信息化、战略决策科学化,充分开发企业各项业务与信息资源,深化系统应用,实现经营决策智能分析、管理控制智能处理、业务操作智能作业,全面迎接电力智能时代。这种电厂管理思想上的革命性变化,使企业及其合作单位等利益相关者各团队之间在大数据时代的管理更加流畅,以更低的风险、更高的效率和更经济的方式愉快地协同工作,共享实实在在的效率与效益。
本发明以三维模型为载体,以现场总线技术和多系统通讯集成为“大数据”基础,以二维码作为现实与虚拟的媒介,依靠网络技术构建一个发电厂互联互通、多元异构的平台,在发电厂不同专业、业务类别模块化的数据集之间进行深度的跨域交叉关联。把分散的项目数据合并起来,通过对经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理,将管理过程同控制过程有机相结合,让工艺数据为管理分析决策提供依据,使管理系统反过来指导工艺生产,形成良性循环,确保电厂在安全生产的前提条件下实现全寿命周期价值最大化的资产与信息一体化管理。
本发明实施例的具体设计方案如下:
1.建立全厂的三维模型和文档资料库:
将电厂的静态数据数字化,建立全厂建筑结构、工艺管道、系统阀门等空间物体的计算机三维模型,模型覆盖全厂地下建筑基础及管道,地上建筑物及工艺设备。利用KKS(发电厂标示系统)将电子化的纸质文档资料与三维模型进行关联挂接,形成二三维模型、设备厂家数据、设计数据、施工数据、调试数据、生产数据和管理数据等为基础数字化信息基础,将整个发电厂数字化、透明化。如图4所示,为本发明实施方式中建立的全厂三维模型图。
采用本方案,对基建期作用:(模拟施工控制工程进度管理、工程管理、材料统计、碰撞检查、电缆敷设)减少浪费,避免施工返工、窝工。
2.集中平台的多系统关联管理:
依靠网络技术以面向服务生产为基础,构建一个发电厂互联互通的平台,将发电厂各个业务流程连为一体,实现资源共享、信息互通,充分发挥数字化、网络化的技术优势,进行标准化、流程化的管理,提高发电厂的生产质量和效率,提升发电厂的综合竞争力。
在发电厂不同专业、业务类别的模块化的数据集之间进行深度的交叉关联,并不仅仅是单一数据集量上的变化。跨域关联是数据量增大后从量变到质变的飞跃,是大数据巨大价值的基础。例如将DCS上实时化的数据,ERP上的工作内容,三维模型上的作业区域,门禁和监控系统上的人员轨迹,移动作业管理系统上的作业进度等数据通过同一个用户关联起来,立体化、全面化地进行发电厂的生产管理。
如图5所示,为本发明实施例建立的集中平台的多系统关联管理的示意图。在现有的孤立、碎片化的系统上,增加相应的管理模块和系统平台,实现数据的自动化流转,关联化管理,提高自动化水平,减少人为干预和误操作。
其中常规配置的系统有DCS(分散控制系统,distributed control system)、PLC(可编程逻辑控制器)、SIS(厂级监控系统)、OA(办公自动化系统)、ERP(企业资源计划系统)、消防、监控、门禁,增加AMS智能设备管理和智能设备状态监控对现场总线设备信息进行深度开发,增加数字化电厂集成平台作为数据平台,汇总、清洗、分析数据,同时承载三维模型,增加现场移动作业管理系统将人员在现场的作业电子化、智能化,增加信息资料浏览发布模块和三维培训模拟进行资料查阅和人员培训。
3.基于现场总线的“大数据”设计:
采用基于现场总线技术,并配合使用HART协议技术,将传统的监控信息扩展到设备内部信息、固有信息、调试信息、监测信息等,使得数据量发生量级的变化,同时,将现有的独立系统数据关联,汇集成庞大的数据平台,在平台上对数据进行必要的筛选、分析,指导生产,服务生产,实现发电厂的自主化、智能化。
如图6所示:基于现场总线的“大数据”设计;
通过现场总线采集电厂内各设备的相关数据,并通过控制器传输到车间级监控网络,通过操作员监控、工程师工作站及操作员接口对电厂内设备进行监控、处理,并通过网桥将采集的数据传输到去工厂及骨干网络。
(1)采用基于现场总线技术(Profibus DP和FF协议),并配合使用HART协议技术,将传统的监控信息扩展到设备内部信息、固有信息、调试信息、监测信息等,使得数据量发生量级的变化
(2)采用Hart协议,获取更多的非智能仪表的信息。
(3)集成PLC、空调、消防、工业电视等系统,实现多系统联动。
(4)如电动执行器定制热电阻间接测量环境温度等。
同时,将现有的独立系统数据关联,汇集成庞大的数据平台,在平台上对数据进行必要的筛选、分析,指导生产,服务生产,实现发电厂的自主化、智能化。
4.三维虚拟现实的人机互动:
交互体验式三维仿真技术是利用计算机生成的三维虚拟环境,将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一,利用体感设备,把操作者与计算机生成的三维虚拟环境连结在一起。操作者与虚拟环境交互作用,可获得视觉、听觉、触觉等多种感知,并按照自己的意愿去改变“不随心”的虚拟环境。通过构建个性化的业务模块,建立发电厂的人员培训系统,形成典型危险点库,反事故措施预案库,设备检修作业库,运行操作标准库等知识体系。
5.信息与资产一体化执行管理:
分散的项目数据合并起来,通过对经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理,将管理过程同控制过程有机相结合,让工艺数据为管理分析决策提供依据,使管理系统反过来指导工艺生产,形成良性循环,确保电厂在安全生产的前提条件下产生更大的利润。
具体实施方案如下:
1.建立全场的三维模型和文档资料库:
(1)采用智能化二三维建模软件(如:AVEVA公司的PDMS(工厂三维布置设计管理系统)、INTERGRAPH公司的PDS(工厂三维设计系统)),以图纸资料(包含设备厂家、设计院、施工单位及用户提供的图纸资料)为基础,以现场实际建筑及设备为准,建立电厂内智能化可编辑二三维模型。
(2)将结构复杂、工艺流程繁琐、图形平面上无法准确定位表达的源点设施装置,以直观性、三维立体化、局部微观精确化表达,使得人们视觉得以延伸。
(3)通过先进的数字化信息集成管理平台,在以设施、设备为核心、二三维模型为导航的信息模型的基础上,实现二三维数字化电厂基础信息模型与运维专有系统的信息集成和关联管理,信息能在各系统间流转,多软件平台的信息关联管理,构建交流互动的人-机系统。本实施例中的运维专有系统包括:SIS(厂级监控)、ERP(企业资源管理系统)、OA(办公自动化)、工业控制系统、门禁系统、工业电视系统、现场作业管理系统、AMS(智能设备管理)、APM(设备状态监控)等。SIS的生产过程数据,为工艺系统性能计算的数学模型、算法提供数据基础,ERP提供工作信息、财务信息、物资信息,门禁系统提供人员的进入信息,工业电视系统提供现场的视频信息,现场作业管理系统执行ERP的工作信息、人为安排的工作以及预制的工作,同时作为人员在现场录入信息的入口之一,AMS实现对独立智能仪表的控制和管理,APM统计、筛选、分析智能仪表的状态信息,提供智能仪表的维修计划,OA提供协同工作的执行信息。
维护:读取ERP中的工作信息(操作票、工作票),在模型中显示这些工作对应的区域和内容;
财务:读取ERP中的授权财务信息,在模型中显示相应设备的财务信息;
人员:基于现场门禁、监控和二维码的位置信息,在模型中的相关区域显示人员的位置,并描绘其行动轨迹;
安全:获取ERP中的工作信息,在模型中标记作业区域,同时,这些区域也作为图形化开票的判断条件,要求同一个安全区域不能开出两张工作票;
运行:获取SIS系统的时时、历史数据,在模型中显示选定设备的温度、压力、流量的实时数据或者历史曲线;
监测:获取智能设备状态监控的信息,在模型中显示智能设备的状态,对故障信息进行报警,提示人员尽快处理,并支持办理缺陷或工作票;
工程:支持查看全厂模型,并可在模型中进行测量,辅助工作,尤其是测量地下隐蔽工作的数据。
例如,现场作业管理系统从ERP中取得工作信息(操作票或者工作票)去现场执行,通过扫描二维码,逐一执行操作票或者工作票的内容,同时将每一步操作带上时间标签,执行完流程后,将整个工作的执行结果上传给ERP系统,闭环本项工作,同时也会将执行工作的动态状态和地点标记在三维模型中;
又如,现场作业管理系统中预制的巡检、点检内容,以巡检为例,执行人员按照预制好的内容、时间去现场执行工作,对于每一个设备的检查内容,移动作业管理系统会依据SIS中的实时生产过程数据做出判断,运行的设备进行全面检查,备用的设备进行关键项目检查,检修的设备跳过不检查,将每次的数据保存下来,和当前的SIS数据作对比,自动计算偏差并报警,同时,基于扫码和设备位置信息,在模型中标记人员的位置和行动轨迹。
又如,APM(设备状态管理)上故障报警的智能仪表,在三维模型上显示其故障信息,自动给出处理意见(维修或者更换),自动执行缺陷流程,由人员操作确认,自动流转执行处理流程,结合ERP中的备件库存信息,如果有维修或者更换需要的备件,系统自动按照标准票库生成工作票或操作票,相关人员通过现场作业管理到现场执行,如果没有备件,系统自动执行OA流程,生产OA签报,进入备件采购流程。
又如,SIS中的过程生产数据、现场作业管理系统采集的生产数据、AMS的智能仪表状态信息在三维模型上进行校验,其过程是这样的,工艺系统的数学模型或算法的性能计算基于SIS的过程生产数据,通过AMS读取的智能仪表工作状态(是否有故障,故障是否影响采集数据的真实性)判断其相关数据来源的仪表是否健康,进而判断该生产过程数据是否有效,另外,通过现场作业管理系统集采的同一参数(如某位置的压力、温度、流量)的其他仪表的数据和SIS对应的该生产过程数据做比对,通过偏差是否在可用范围内判断SIS生产过程数据的有效性,通过相互校验的数据,系统认为相关数据是真实的,由此基于模型或者算法给出的结果才可能被认为是正确定的,有依据的。强调,本段叙说的过程都是自动进行的。
2.集中平台的多系统关联管理:
本发明实施例的工程在常规的SIS、OA、ERP、DCS、PLC等独立系统的基础上,进行了数据集成和关联管理,优化了人-机系统,提高了数字化程度。主要涉及以下几个方面:
(1)深度开发现场总线的优势,引入AMS设备智能管理,对智能设备的配置、校验、故障等信息进行管理,同时通过智能设备状态监控软件对所有智能设备的故障进行帅选、过滤、分类、汇总,实现自动报警、报表、邮件功能,最终实现智能设备的状态检修。
(2)采用数字化电厂集成平台汇总各信息平台的信息数据,实现数据在各管理平台间的流转和关联管理,并对数据进行分析处理和发布。通过智能仪表状态监测确认SIS数据的有效性,利用SIS的数据,在三维平台上基于数学模型和算法逐步实现非智能设备和工艺系统的状态监测,最终达到状态检修的目标,避免出现欠维修和过度维修的情况。
(3)将分散控制系统(DCS)、工业电视系统、门禁管理系统、消防系统四者有机统一,共同决策,实现四者的有机联动,解决工程中的实际问题。实现工业电视系统与分散控制系统(DCS)联动、工业电视系统与门禁管理系统联动以及消防系统与工业电视、门禁系统联动。
(4)引入二维码标签管理,实现现场移动作业,现场工作数字化,人员配置相应的PDA或者平板电脑进行两票、巡检、点检等工作。
(5)二维码扫描获取信息和资料、基于三维模型的互动式培训模拟。
(6)基于二维码、门禁、监控的全厂人员定位和紧急疏散。
3.基于现场总线的“大数据”设计;
(1)采用基于现场总线技术,并配合使用HART协议技术,将传统的监控信息扩展到设备内部信息、固有信息、调试信息、监测信息等,使得数据量发生量级的变化
(2)采用Hart协议,获取更多的非智能仪表的信息。
(3)集成PLC、空调、消防、工业电视等系统,实现多系统联动。
(4)如电动执行器定制热电阻间接测量环境温度等。
如图6所示,为本发明实施例中系统总线示意图。同时,将现有的独立系统数据关联,汇集成庞大的数据平台,在平台上对数据进行必要的筛选、分析,指导生产,服务生产,实现发电厂的自主化、智能化。
4.三维虚拟现实的人机互动
图7为本发明实施例实现的设备检修模拟;图8为实现的运行操作模拟;图9为实现的应急预案模拟。
数字化工厂是真实工厂的镜像,通过虚拟的三维数字模型,可以漫游在犹如真实环境中的工厂中,通过SIS系统传递过来的数据实时查看身边的设备生产数据,基于三维数字模型的操作培训教程制作,进行工厂漫游浏览、设备检修模拟培训、运行操作模拟培训、应急预案模拟培训等,通过培训不断强化员工安全意识,促进企业安全生产。
5.信息与资产一体化管理
电厂的建设从设计到投产包含四个方面的内容:设计、采购、安装建造调试、运行维护。此处以一台水泵距离:
在设计阶段应该包括设备的逻辑图、模型、布置图;
采购阶段应该包括该设备的采购合同、技术协议、补充协议;
监造安装调试阶段包括该设备的施工管理、技术指标、监造记录、性能试验、到货验收、调试记录等相关的资料;
运行维护阶段包括了设备的设计参数、作业指导书、检修规程、质量验收卡、生产情况、维护记录、说明书等等资料。
一台简单的设备设计诸多方面,诸多内容,使用对象也设计多级工作人员,人员对这些资料的使用也可能随着工作内容的不同随时变化,因此,要保证资料的完成性、便捷性,就需要将资料进行整合。
分散的项目数据合并起来,通过对经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理,将管理过程同控制过程有机相结合,让工艺数据为管理分析决策提供依据,使管理系统反过来指导工艺生产,形成良性循环,确保电厂在安全生产的前提条件下产生更大的利润。
本发明实现的效果如下:
以工程对象为中心协同工作:
提供以工程对象为中心的管理方式,其核心为面向工厂工程数据对象的完整工程数据库,包括技术参数、系统图和三维布置设计等数据。在设计文件中,各专业之间、系统图和三维布置设计之间的数据一致性对项目后续设计、施工非常重要。以工程对象为中心的数据结构可以通过定制,使设计数据以工程对象为中心按工作流进行验证,从而确保数据一致性;并可以在设计和审查过程中可以提供相应的基于网络的协同工作包括方案校审。
系统与布置协同设计:
在详细设计阶段,通过工厂全专业二三维系统及布置协同设计平台,解决设备、建筑、土建、结构、暖通、电气、仪表、支吊架等各专业详细二维系统设计和三维布置设计,使各专业间充分关联联动。
本阶段的特点是在一个大量人员广泛参与、信息量急剧增加、周期较短的情况下进行协同设计,一般有多个不同单位参与,互相之间通过接口传递数据,有效管理系统设计和布置设计变更及版次,而且允许工厂设计中常见的系统和布置并行设计。在系统设计和布置设计并行开展过程中,比较容易发生数据不一致现象,通过可控工作流提供的方便的可视化手段对其进行有效管理,确保系统设计和布置设计一致性。
以工程对象为核心,实现包括工艺流程图、工艺数据、各专业设计数据等系统设计集成,实现系统设计中各专业间数据按工作流高效共享,并内置变更管理,通过专业间、可控并经验证的资料互提高效生成准确的分专业或汇总清单、清册、报表等。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。