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1|工业互联网先进应用案例集案例全应智慧热电云管理系统首个面向热电行业的工业互联网系统热力能源是工业发展和居民生活必需的能源之一,热力能源生产企业由于行业特点,普遍存在"散、乱、污、小"的情况,行业整体信息化水平低,安全隐患严重、能源效率低下、管理经营落后.
全应智慧热电云是首个面向热力行业的工业互联网云系统,将分散而规模小的热力生产企业广泛接入,为每个企业提供生产过程和生产管理优化等服务.
对于每家热力生产企业,全面接入热力生产全过程的数据,在数字空间建立物理世界的数字孪生以及从数字孪生不同侧面描述运作机制的工业机理、专家知识、机器学习、深度学习等模型.
利用数字孪生的仿真、预测、诊断等能力,为热力生产企业提供智能司炉、生产监控、管网平衡、设备管理、经营分析等综合智能化解决方案,为企业实现安全生产、效益提升、节能环保、智慧化运营、信息化管理等综效.
一、项目概况1.
项目背景我国工业蒸汽和居民供热主要采用煤炭作为一次能源,现存的燃煤锅炉达46万台,年燃煤量高达4亿吨标煤.
我国工业锅炉具有"数量大、容量小、燃煤为主"的特点,自动化程度低、运营水平差、能效低、污染大、管损严重等问题是热力能源行业污染大、成本高、依赖人工的主要原因.
随着最严环境保护法的出台,抗击雾霾、保卫蓝天成为最大的民生工程,全上海全应科技有限公司2|工业互联网先进应用案例集面推进热能行业朝高效、清洁、环保方向发展已成为必然.
2.
项目简介构建一套面向热力能源行业的工业互联网云平台,以云计算、物联网、大数据、移动计算技术为基础,通过实时物联网数据采集、异构子系统数据深度整合、高可靠低时延数据传输、海量数据存储与管理、智能大数据分析、矢量组态报表、360°超高清晰数据可视化及分布式多屏显示联动等一整套技术,为企业用户提供机器设备实时监控与运维、生产安全实时告警、生产流程信息化管理、人工智能辅助生产、经营分析实时可视化表达等,提高热力生产企业的数字化、信息化水平,让企业运营管理人员全面掌握企业运行状态,及时做出智慧决策,从而全面优化企业运行效率,帮助企业节能减排,促进企业安全生产,有效提高企业运营效率.
项目建成后,在项目中积累的智能化改造和施工方案、面向热力能源行业的工业互联网平台(包括大数据平台、微服务平台、客户端应用等)、智能司炉模型、管理信息化系统、组态可视化、告警模板等一系列面向行业的工业互联网平台内容均可行业内直接复制使用.
同时,在热力能源行业的工业互联网开发和实践模式可水平推广到其他行业.
3.
项目目标将大型热力生产中心经智能化改造后统一纳入综合监控管理平台,实现热能生产过程、生产环境、生产设备、生产用能、和热能消费的实时监控,构建热能生产与消费数字模型,实时分析生产与运营数据,动态调整生产工艺参数,保障供热站安全生产、燃煤能效提升、蒸汽损耗减少、运营效率提高、和工作流程合规,实现全国分布的集中供热中心集中化监控、数字化运营、精细化管理、和集团化企业总部管理层的智慧化决策等综合效益,达到减员增效、节省燃煤、降低成本、绿色环保、管理规范的目标,打造合规、安全、绿色、高效、智慧的煤炭热能产业.
具体指标包括:生产数据接入:将整个热力生产系统主要的2500+个生产过程数据点接入到工业互联网平台,进行集中存储和检索;3|工业互联网先进应用案例集生产监控:为热力生产过程的10+个生产过程子系统提供形象化的监控组态图,支持通过PC、手机、电视、大屏幕进行查看;故障预警与诊断:提供热力生产过程常见30种故障的预警、故障诊断和故障恢复建议;智能化生产:提供智能司炉机器人、智能化管网平衡、智能设备运维管理等智能化服务,辅助人工进行生产过程控制和生产管理,将锅炉燃效提升10%以上、设备故障率降低50%以上;管理信息化:提供工单管理、巡检管理、能源管理、生产经营分析等信息化管理功能,替代现有的手工纸本作业,人工作业效率提升30%;二、项目实施概况1需求分析2017年中国的热能需求是55万蒸吨/小时,全年热能消费量为48亿吨.
随着GDP的增长,年工业热能需求量增长5.
2%,到2022年工业热能需求为69万蒸吨/小时.
中国现存工业锅炉70万台,其中燃煤锅炉46万台,燃气/油/电锅炉10万台,其余为生物质、地热等新能源锅炉.
锅炉的生产控制是整个热能生产的核心环节,也是最复杂的生产工艺过程,如下图展示了锅炉控制的核心抽象:4|工业互联网先进应用案例集整个锅炉控制过程是一个"非线性、强耦合、大延迟"的系统,这种问题对于人的理解和优化操作是无法实现的,即使是使用基于机理的计算模型也很难计算的很清楚,如下图展示了锅炉控制的分解环节机器困难点:目前的热能生产控制普遍依赖于人工经验和手工作业,在以下几个方面问题突出:1)粗放式锅炉控制导致能源浪费目前热力中心基本都已实现了基于DCS或PLC的集中式自动控制,然而最关键的燃料供给、配风、给水等核心的锅炉控制操作仍旧依赖于人工.
司炉工的经验高低严重影响了锅炉的燃烧效率.
目前行业平均的锅炉燃烧效率在5|工业互联网先进应用案例集70%~75%,距离锅炉额定效率90%仍有较大空间,由于控制不精细导致了15%以上的燃料浪费.
2)人工环保控制导致环保指标不稳定环保问题越来越成为社会关注的焦点,热力中心的环保执行已基本实现自动控制,然而大多数的加药操作仍旧依赖于人工.
"在什么时候加加多少"完全依赖于人工的经验和责任心.
由于人工操作的不确定性导致环保排放指标会出现较大波动,给环保监管部门造成工作负担,同时增加了热力中心的环保开支.
3)安全保障缺乏系统性体制热力生产是一个对安全性要求极高的行业,热力生产安全风险项也非常繁多,并且热力中心的生产事故不仅影响热力中心自身同时也会带来非常恶劣的社会影响.
目前,行业中普遍缺乏系统性的安全管理体制和标准,每个热力生产企业根据管理者的经验自行策划和制定安全生产管理制度.
"安全风险项识别不足"、"安全管理制度不健全"、"应急管理手段缺乏"等问题普遍存在.

同时,由于没有系统性的安全管理体制,导致安全专项资金并没有被合理的利用.
4)经营管理信息化水平低热力生产企业由于单体规模小、分布比较分散等特点,普遍在信息化建设上缺乏投入,大量的工作仍然依赖于手工和纸本作业.
管理流程仍然是纸本流转方式,经营管理数据靠人工汇总上报.
作业效率低、管理风险大、经营数据滞后.
随着国家政策对节能降耗和环境保护要求的提高,以及行业竞争的加剧,以上这些问题已经成为严重制约行业企业发展的问题.
热力生产企业亟待解决.

2系统架构系统全面获取生产工艺全过程的关键数据,在云端对生产过程进行数字化建模,再基于数字模型为一线生产执行人员和上层生产管理人员提供各个维度的可视化展示,指导进行生产优化,如下图所示:6|工业互联网先进应用案例集下图为全应智慧热电云工业互联网平台的架构图:全应智慧热电云工业互联网平台共分为六层:物理层指的是现实物理世界,包括产线、物理环境、信息化系统等,通过传感器、智能仪表、自动控制系统、信息化系统等将物理世界的事件数字化;边缘层用于对接物理层的数据,对物理层数据进行采集、汇聚、编码,并基于物理层数据实现边缘控制、边缘应用等;IaaS层是提供通用计算、网络、存储资源,可以是基于公有云虚拟化资源或基于实际物理环境搭建的私有云环境;全应智慧热电云工业互联网平台基于现有IaaS层技术,并不专门提供IaaS层设施;7|工业互联网先进应用案例集PaaS层体现了全应智慧热电云工业互联网平台的核心能力,包含了一整套大数据平台体系、基于基础PaaS技术的微服务基础体系和云服务体系,以及一整套工业互联网第三方开发工具集;SaaS层是一组基于PaaS层的应用体系,提供了一整套面向云租户和云管理员的具体应用,这里包含平台通用微应用和面向行业的微应用插件;通过将微应用进行组装可以实现多种面向不同用户的应用系统,包括云租户的工业APP和面向云后台的相关管理应用;客户端提供了若干面向不同用途的客户端应用运行环境,包括基于浏览器的PC客户端、面向手机和Pad的移动客户端、面向电视和电视墙的可视化播放器、以及可视化播放器的遥控器;平台的用户可以通过这些客户端对各种SaaS层应用进行使用;3应用场景1)智能司炉基于热能生产关键生产工艺过程的历史运行数据,对给粉机、锅炉、管网等建立数字孪生和数据模型,能够通过模型实时对最佳锅炉参数进行预测,为司炉人员提供最优的操作建议,对各种锅炉控制进行实时最优化调整,包括:给粉机运行数量、给粉机频率、一次风机频率、二次风机频率、引风机频率、给水泵频率、减温减压水开度等.
如下图是基于深度学习的锅炉控制模型:在锅炉集控室提供一套电子看板系统,在电子看板上展示司炉相关的关键参数,同时定期为司炉工展示司炉建议.
如下图所示:8|工业互联网先进应用案例集2)生产系统监控为了提高生产的效益和安全,企业的生产管理人员和安全专家需要能够随时随地了解整个生产系统的实时状态,及时发现系统中的问题,及时进行优化.