二十一世紀是數字化和信息化時代，數字化電廠建設在我國經過多年的發展和應用研究，已經有了越來越豐富和完善的概念。近年來,電力企業在電廠數字化建設上有較大的投人和應用，實現電廠生產運行數字化、管理的信息化，建設一個真正意義上的、全面的數字化電廠，已經成為發電企業的建設目標。
目前,從電廠的設計開始，到電廠的施工和投運,各個階段都采用了相應的數字化和信息化產品，電廠設計期各大設計院采用了二維和三維設計軟件進行工程的設計；在電廠施工建設期,建設方和施工方采用基建信息管理系統和P3等軟件進行工程項目信息管理及進度控制管理；在電廠投人運行后，電廠運維部門采用DCS、S1S、EAM、ERP、電廠信息門戶等自動控制和信息管理系統實現對電廠可靠而準確的控制和管理。本文立足從電廠設計階段,對電廠的信息化和數字化建設進行統一規劃,給出電廠建設各個階段相應的信息化建設方案,并對各個階段信息化產品之間如何實現數據繼承和共享提出了設想。
2數字化電廠實施規劃概述
為了實現建設數字化電廠的目標,需要從電廠的設計開始對各個階段的數字化和信息化產品進行全面規劃。
數字化設計包括電廠二維、三維設計及設計過程管理、電廠標識系統；數字化建設包括數字化采購、建設期信息管理和建設期進度管理；數字化移交的內容包括電廠工程相關的文件、模型和數據；數字化運行平臺的建設包括現場總線技術、智能升壓站、分斷點APS控制技術、智能安防、運行優化等；數字化管理平臺的搭建包括管控一體化值班理念和信息化管理。
3數字化設計
在電廠設計過程中采用三維數字化設計技術，為電廠的建設提供高品質的設計成品。
數字化設計中的二維設計,主要是指采用傳統的Autocad、Office、專業計算軟件等工具實現工程項目的二維設計，設計成品包括二維圖紙、計算書、清冊、和說明書等。
數字化設計中還有一個較為重要的是設計院對設計過程進行管理的信息化平臺,即設計協同管理平臺和數字化移交平臺,它在設計院內部實現二維三維協同設計、多專業協同設計、異地協同設計,并為設計成品的數字—交提供完整的手段。
3.1三維數字化設計
采用三維可視化布置設計技術，進行多專業協同設計，可以實現大坡度管道的真實放坡、支吊架設計、電纜橋架敷設等精細化設計，通過對三維數字化模型進行碰撞檢査、數據一致性檢查等手段,解決在設計過程的常見病、多發病，消滅設計過程中“錯、漏、碰、缺”等問題以及由此造成的設計返工，出圖質量可以得到極大的提升。
通過三維數字化設計平臺向客戶提供完整的施工圖圖紙用于電廠的施工建設,所提供的管道施工圖可以直接從三維設計軟件中抽取，不僅標注、表達清晰,而且還可以包含熱控測點、設備元件的基本信息等內容,為電廠施工調試提供了極大的方便。
運用三維數字化設計手段可以建立一個完整的三維數字化現場模型,這是一個的虛擬現實的三維立體空間模型，通過設計移交平臺可以實現形象逼真、感性直觀的三維數字模擬電廠的數字化移交。利用軟件視圖功能可以對整個主廠房或某個區域進行實時漫游,既有助于安裝人員對圖紙和工藝系統的理解，也方便運行和管理人員對電廠的運行維護。
3.2電廠標識系統
數字化電廠的一項重要基礎工作就是標識系統的編碼，在電廠工程建設中，要從設計初始階段就同步KKS編碼工作,在工程設計數字化移交中需要提供各專業設計過程完整的KKS編碼。
4數字化建設
采用電廠工程建設管理信息系統（簡稱基建MIS）和P3工程項目進度管理軟件，實現電廠基建階段對合同、概算、設備、進度、工程等的全面信息化管理。
4.1電廠建設階段管理信息系統建設
電廠建設階段的管理信息系統通常稱為電廠基建MIS,它是以工程項目管理的有關法規為基礎，采用先進的計算機網絡技術、數據庫技術,建立起一個信息集成、資源共享、功能強大的工程項目管理工作平臺，實現電廠基建階段對合同、概算、設備、進度、工程等信息的全面管理。通過電廠建設階段信息管理系統可以協調完成業主、施工單位、監理單位、設計單位業務工作，達到提高工程建設質量、節約投資和縮短工期的目的，從而獲得較高的經濟效益。
電廠的工程建設和施工過程中,將產生有關設備、物資、質量、施工、圖紙資料、財務、廠家、人員等方面的大量數字化信息,這些信息對電廠的生產運行、設備檢修維護、物資采購等是非常有用的。因此，對這些數字化信息，需要作進一步的整理歸類，并zui終提交到生產運行信息系統的數據庫中，完成建設階段管理信息的數字移交。
4.2項目管理軟件P3的應用
項目管理軟件P3,與電廠基建MIS共享網絡平臺，實現電廠建設工程的進度管理。P3可以將資源、進度、資源限量和資源平衡很好地結合起來，進而在充分結合施工承包商的材料、機械、人力等資源和費用的基礎上,基于要完成的實物量、工程量制定出定量的、切實可行的、科學合理的進度計劃并予以動態管理，以在必要時通過協商和確定對計劃作出相應的調整,從而能夠在降低成本的同時確保工程的施工質量、實現有序的安全施工、并促進項目管理水平的提高。
4.3數字化采購
設計單位通過數字化移交平臺為業主提供數字化采購支持。
通過數字化移交平臺,在產品詢價階段,業主可以獲得設計單位提供的建設電廠所需的設備和元件的技術規范書,指導業主按照設計需求向各廠家詢價；在合同簽訂階段，業主可以獲得設計單位提供的準確的設備及零部件具體型號和數量,便于合同的簽訂，減少浪費。
5數字化移交
在設計、采購、建設階段所形成的工程信息和數據，以數字化方式，借助數字化移交平臺分階段進行移交,以滿足各階段間相互的業務需求。
5.1數字化移交方式
（1）設計向采購的數字化移交:這是設計階段為保證設備、材料采購的技術經濟性、保證設備性能指標的先進性向采購環節提交充分、完備的數字化文件；
（2）設計向建設的數字化移交:這是設計單位向施工單位提交施工圖、施工技術說明書等分階段的各類文件，以保證施工技術要求和施工進度要求；
（3）采購向建設的數字化移交:這是設備、材料的采購環節向負責施工、安裝、調試運行的各單位提交設備、材料及技術文件資料的細數字化文件；
（4）建設向運行的數字化移交:這是zui終數字化移交。它是標準化、規范化的移交,也是數字化的全面移交。
5.2數字化移交內容
數字化電廠移交的內容主要由工程文件、工程模型、工程數據。
5.2.1工程文件
工程文件共包括五類電子文件：
⑴設計文件
是指工程設計中各設計階段編制的文字資料，包括各種技術報告、技術規范書、說明書和圖紙。覆蓋工藝及機械、儀控、電氣、土建等專業
（2）設備文件
是指供應商提供的與供貨內容相關的文字資料和圖紙,包括計算書、數據表、材料表、規范書、圖紙和操作手冊及維修手冊、備品備件清單、質量保證書等。可分為設備出廠資料、設備進口資料、設備臺賬和備品、備件資料。
（3）采購文件
采購文件包括設備請購單、設備招標書、設備投標書、設備評標文件、設備采購合同、設備運輸及收貨驗收記錄等，以及與設備采購相關的代碼等信息。
⑷安裝調試文件
安裝調試文件記錄電廠主要設備安裝調試過程及相關數據，一般包括啟動調試大綱,試驗方案措施，啟動試運行指揮部文件、命令、紀要、記錄等,試運行交接班記錄和運行記錄,試運行階段缺陷、故障分析記錄與事故處理意見。
（5）工程竣工文件
工程唆工文件包括《火電機組達標投產考核標準》規定中列出的12項分類文件和工程竣工結算文件。
5.2.2工程模型
工程模型是使用專門的三維數字化設計軟件建立的工程三維模型，主要包括：主廠房三維模型和廠區的地下管道模型，包括管道模型、煙風道模型、閥門模型、設備模型、主廠房結構模型、主廠房模型、封閉母線模型、共箱母線模型、電纜橋架模型等。
5.2.3工程數據
⑴設計數據
管道：名稱、管徑、材質、保溫等數據；
設備:名稱、KKS編碼、設備規范、制造廠等數據；
重要閥門（電動門、氣動門、調節閥等）：名稱、KKS編碼、壓力等級、公稱通徑等數據。
（2）標識及編碼數據
電廠標識系統（KKS）：工藝專業到設備和重要部件級、電氣專業與熱控專業到控制盤柜級、土建專業到主要建構筑物、信息設備至盤柜及主要設備級。
重點物資編碼系統:全部設備物資編碼，包括閥門、管道、電纜等主要設備和備品備件；含有KKS編碼和物資編碼的設計內容表單。
其他標準編碼系統：電廠數字化運行管理所使用、符合國家相關標準的各類信息代碼。
自用編碼系統：生產技術、生產管理、安監與環保、財務資金等信息類代碼，固定資產分類、燃料等信息類代碼,勞資人事、科技檔案、辦公事務等類信息代碼,職工、部門班組、行政后勤等類信息代碼。
（3）建設管理數據
工程建設管理過程中，在該系統里積累了大量建設管理數據,是了解、掌握電廠建設全部過程的豐富數據資源。
6數字化運行平臺建設
6.1現場總線技術
現場總線技術（FCS）是一種全開放、全數字、全分散的新型控制技術,它實現了現場級設備的數字化、網絡化，其根本出發點是讓電廠工藝流程的現場設備信息均實現數字化，特別是來自基層控制級的信息可以及時、準確地傳送給生產管理系統，是真正意義上的數字化電廠的基石。大量現場級設備數字化狀態信號傳輸至數字化控制系統,這不僅可以做到變“設備故障檢修”為“設備狀態維護”，更重要的是,大量的現場實時信息為管理決策提供了基礎和依據。
現場總線在全廠范圍內的推廣應用可以促進電廠基礎單元的全面智能化和數字化,大幅度提高設備狀態管理水平和運行設備的安全可靠性,減少運行維護工作量、降低運行成本。有效的加快工程進度、降低工程總投資。
6.2智能保護與智能安防
6.2.1智能保護
熱工控制系統的繼電器接點、邏輯開關、變送器、執行器、一次元件等，由于產品質量、環境影響、運行時間、管理維護等因素,客觀上就容易出現故障。通過提髙保護系統冗余度，引入冗余信號、避免單點故障引起跳機。對單點信號保護邏輯，盡可能采用信號三取二選擇邏輯。對進入保護聯鎖系統的模擬量信號，合理設置變化速率保護、延時時間，以及縮小量程來提高壞值信號剔除作用等故障診斷功能，設置保護聯鎖信號壞值切除與報警邏輯，減少或消除故障引起信號突變而導致的系統故障。
在現場設備數字化基礎上，完善設備狀態管理功能，引人相應的故障診斷、鍋爐壽命在線監測及管理、以及在汽機和大型轉動輔機上采用振動分析系統（VMS）等專家系統實現智能事故預測預控，切實提高機組運行的可靠性,確保安運行。
6.2.2智能安防
采用物聯網技術的智能周界安防系統和采用數字化的視頻監控系統,實現電廠安全防護的智能化數字化。
電廠的安防系統包括視頻監控系統、周界防范系統、巡更系統、門禁系統四個主要部分。安防系統采用數字化和智能化的前端監控檢測設備，通過網絡傳輸圖像和數據，保證了監控畫面的品質，提高了信號的及時性和準確性,通過網絡互聯,將安防信息及時傳送給監控系統和生產管理系統,實現各子系統聯動，為運行設備的安全運行及電廠的安全保衛提供了更好的保障。
6.3APS技術
APS系統實質上是對電廠運行規程的程序化,使機組按照規定的程序進行設備的啟停操作，它的應用保證了機組主、輔機設備的啟停過程嚴格遵守運行規程，大大簡化了操作人員的工作，減少了出現誤操作的可能,提高了機組運行的安全可靠性,同時也縮短了機組啟動時間,提髙了機組的經濟效益，為減少運行人員提供了有力技術保障。
APS系統的應用既是對主設備運行規范優化的過程，也是對控制系統優化的過程。它不但要求自動控制策略要更加完善和成熟,機組運行參數及工藝準確詳實，而且對設備的管理水平也提出了更高的要求。快速準確的機組啟動可以縮短機組啟、停設備時間，優化的控制策略可以降低啟停過程中的煤耗和油耗，提高機組運行經濟效益。
6.4數字化升壓站控制系統
數字化升壓站控制系統以一次設備信息數字化、二次設備網絡化和統一的信息平臺為基礎，通過采用先進的傳感器、電子、信息、通信、控制、人工智能等技術,實現升壓站設備的遠程監控、程序化自動運行控制、設備狀態檢修、運行狀態自適應、智能分析決策、網絡故障后的自動重構以及與調度中心信息的靈活交互等功能,實現一、二次設備監控的數字化、運行管理的數字化。
數字化升壓站控制系統通過站控層與其他系統通訊,實現數據共享，此外還設置有與電廠生產管理系統的通訊接口，從而使升壓站控制系統與整個數字化電廠信息系統實現無縫連接，幫助電廠業主、集團公司了解和統計電廠的運行狀況,更好的設定電廠的生產計劃，能更好的規范電廠的生產工作,提高電廠的數字化水平。
7數字化管理平臺建設
建立全廠統一的以萬兆以太網為主干的電廠局域網,面向過程數據的實時數據庫和面向管理數據的關系數據庫，在實時數據庫和關系數據庫數據基礎上通過數據挖掘構建面向電廠管理的數據倉庫，在統一的網絡和數據平臺上構建全廠的數字化管理平臺，實現電廠全面的數字化管理（管控一體化）。
管控一體化解決方案是從電廠的生產和經營目標出發，為電廠的管理業務和運轉流程提供信息化支撐的系統集合，它綜合了電廠的過程控制、廠級監控、管理信息的數據，將人、財、物有機的組織成有序互動的整體，以計劃、實現、檢査和調整的廣義閉環思想使整個組織具有自優化的能力，為實現組織目標的zui大化服務，并提供實現值班先進理念的技術平臺。
管控一體化解決方案管理全廠的過程控制級數據,廠級監控層數據和管理信息層數據。從數據的來源和特性上，可以很清晰地將三層數據分解成三個范疇，控制系統（DCS）、廠級監控信息系統、管理信息系統。DCS完成的是生產流程的實時監控,廠級監控信息系統完成的是廠級實時管理和優化,管理信息系統完成的是管理業務的信息流轉和流程優化。
常規的管控一體化是將生產現場的各種實時數據與管理信息相融合，為電廠全面實現信息化奠定數據基礎。但僅僅有了數據基礎,并不是完全意義上的管控一體化系統，管控一體化系統不僅要求實時數據與管理信息的融合，而且要求管理優化過程與控制優化過程的融合。三層數據結構及相關的信息化產品只是構成了管控一體化系統的橫向架構,為了發揮更大的作用，在橫向架構的基礎上，還需要數據和功能融合的縱向架構。在縱向架構中,三層數據的互連是基礎功能，而以完成生產和經營目標為核心的管理流程和生產控制的優化才是管控一體化系統縱向架構的主干。
因此，針對基建投資少，生產運行效率高,故障損失少，運行、檢修等管理費用低,上網電量盡可能多,上網電價盡可能高等目標的管理流程和生產控制的優化解決方案，就成了火電廠管控一體化解決方案的區別于一般信息化產品的主要特征。至于DCS、廠級監控信息系統、管理信息系統則是在解決這些問題過程中使用到的信息化模塊,而計算機網絡、數據安全和隔離技術、模型仿真技術、實時數據庫、工作流技術、管理業務開發平臺等技術在管控一體化解決方案中則是這些信息化軟件產品的技術支撐。按照這樣的原則,電廠管控一體化系統從縱向上分解為四個方面：生產管理、資產管理、經營管理、行政管理。
生產管理以生產運行效率髙，故障損失少,運行、檢修管理費用低為目標。生產管理包括運行管理、運行優化、運行評價、安全管理、培訓管理等功能,涵蓋了廠級監控信息系統、管理信息系統的生產相關功能的范疇,將各個層面的數據和功能按生產管理的要求進行匯總和連接，形成的一套綜合的動態管理系統。
資產管理是在資產密集型企業中，圍繞資產從設計采購、安裝調試、運行管理到轉讓報廢的全生命周期，運用現代信息技術（IT）提高資產的運行可靠性與使用價值,降低維護與維修成本，提升企業管理水平與人員素養,加強資產密集型企業核心競爭力的一套系統。資產管理包括管理信息系統中的設備管理、檢修管理、物資管理的功能,并與廠級監控信息系統中的設備相關實時數據相連接，在目前的裝備技術條件下，能夠大大提高火電廠設備的利用價值。
經營管理以綜合計劃管理為主線、以全面預算和成本管理為核心，提高實時成本計算速度,滿足商業化運營管理需求。通過對實時生產成本的運算，使得報價更加準確和及時，以達到降低成本，提高收益的目的。經營管理包括計劃管理、燃料管理、成本管理等,并與生產管理中的運行優化和資產管理中的物資管理密切相關。
行政管理主要是辦公自動化層面的概念,通過有效的資源共享和信息交流、發布,達到提高個人工作效率、降低勞動強度、減少重復勞動的目的。它強調協同工作和知識共享,統一管理整個信息化過程的人機互動,為電廠經營管理目標提供支持。
這四部分功能，也不是平行并列的關系。生產管理和資產管理是電廠的兩個業務主干；經營管理是電廠所有工作的主線，生產管理和資產管理的從經營管理中取得目標和要求,向經營管理提供業績指標的參數；而行政管理為所有的信息化功能提供協同和知識平臺，是所有人員與信息化系統的交互接口。
由此可見,管控一體化解決方案是基于全廠數字化管理平臺的技術整合產物，在互通互連的全廠數據平臺上,將各個層面的數據和功能進行重組,以滿足值班和生產經營管理的需要。
8結束語
隨著計算機網絡技術、自動控制技術和信息技術的日益發展，數字化電廠的三維設計技術、現場總線技術（FCS）、APS控制技術、現場設備智能化技術和信息集成技術的日益成熟,設計和建設一個投資更少、運行更安全，維護成本更低的數字化電廠已成為各大發電集團追求的主要目標。