（西安建筑科技大学信息与控制工程学院 陕西西安 710055）
摘要：本文介绍了数字化管理思想在企业管理思想和业务流程重组中的实现，通过应用一系列先进的科学技术、融入现代化的管理思想，旨在解决火力发电厂管理粗放水平低下、发电能耗高、污染物（气、水、渣）排放严重、辅助系统运行不稳定、设备故障率高、自动保护投入率低、运行人员多的现状，最终实现火力发电站现代化的运营和管理，达到企业运营成本最小、发电能耗最低、污染物零排放（废气达标排放）、设备可用系数高、人均产值高。
关键词：数字化；ERP；KKS编码；现场总线
Digital plant design applications and solutions in thermal power plants
LI Wei
(School of information and control engineering, Xi'an University Of Architecture And Technology , Xi'an Shan'xi 710055)
Abstract: This article describes the digital management thinking in business management ideas and business process restructuring achieved through the application of a series of advanced science and technology, into modern management thinking, extensive management designed to address the low level of thermal power plants, high power consumption, pollution matter (gas, water, slag) emissions serious, auxiliary systems unstable, equipment failure rate, automatic protection investment rate, multi-operator status, and ultimately the modern thermal power station operation and management, to minimize the cost of business operations , lowest power consumption, zero emission (emission standard), equipment availability factor, high per capita GDP.
Keywords: Digitization; ERP; KKS coding; Fieldbus
引言
数字化管理将火电厂的业务流程视为建立在企业管理系统上的价值链，可以对价值链上所有环节，如定单、采购、库存、计划、设备、质量、运行、检修、财务、人事等进行有效管理，强调动态监控生产技术和经营状况，及时掌握信息。
火力发电企业正面临着前所未有的深刻变化:电力市场化、业务流程重组、管控一体化…，这些变化逐步改变了火力发电企业经营运作的基本规律；另一方面，新技术不断涌现并迅速应用于火力发电企业,如现场总线控制技术、信息技术等。通过对火力发电厂运行的基本规律的研究和总结,并结合数字化管理的先进思想，数字化火电厂(e-powerplant)模式应运而生。这就是: 用流程工业的计算机集成制造系统（CIMS）理论来设计数字化火电厂的体系结构,在火电厂先进控制系统和安全高效的网络平台、数据库平台基础上,基于国际最新的管理理论和信息技术研究成果，整合电厂管控一体化系统，用ERP管理思想和信息技术对电厂的经营和生产管理系统进行全面设计,使信息技术与电力工业技术、现代管理技术有机融合,全面提升火电厂的生产技术和经营管理水平,增强火电厂电力市场的竞争力。
1数字化火电厂结构层次
数字化火电厂是在传统的火力发电厂的基础上发展起来的，它通过应用一系列先进的科学技术、融入现代化的管理思想，旨在解决火力发电厂管理粗放水平低下、发电能耗高、污染物（气、水、渣）排放严重、辅助系统运行不稳定、设备故障率高、自动保护投入率低、运行人员多的现状，最终实现火力发电站现代化的运营和管理，达到企业运营成本最小、发电能耗最低、污染物零排放（废气达标排放）、设备可用系数高、人均产值高。
数字化火电厂在DCS系统及厂级信息监控系统（SIS系统）的基础上，融入现代化的管理思想，应用电厂资源信息计划系统即ERP系统，为电厂的日常生产经营如检修管理、运行管理、设备管理等提供决策依据，最终达到设备零部件库存最低、采购费用最小及电厂营运成本最低的目标。电子商务交易系统为电厂经营者提供采购决策信息如设备价格、设备性能、供应商等，从而实现电厂设备零部件采购费用最低。
通过对发电企业管控一体化模型的研究并结合火力发电厂的的特征,将数字化火电厂工程数字化信息管理划分为四个层次如图1所示,四个支持系统的数字化火电厂层次结构模型。四个层次分别是直接控制层、管控一体化层、生产管理层、经营决策层,四个支持系统是KKS编码支持系统、现场级设备数字化支持、数据库支持系统和计算机网络支持系统。数字化火电厂的系统结构层次：上层是生产经营管理层，构架在电厂ERP管理系统上，外挂电子商务交易系统，主要为电厂高层提供决策依据。中层是生产管理层，构架在厂级信息监控系统上，为电厂生产过程如机组负荷分配、机组性能诊断与分析、设备维护等提供决策依据。下层是生产过程控制层，构架在全场计算机控制系统网络上，用于电厂生产过程的控制和调节。底层是生产设备，由常规与数字化（FCS）生产主、辅设备以及监测控制仪表等组成，是电厂生产流程的基本单元。
①第一层：直接控制区
该层主要功能为生产过程的数据采集和直接控制,包括单元机组DCS、DEH、脱硫、SCADA、辅网（水岛、输煤、除灰(渣)、空调程控）等辅助设备的控制系统。目前技术的发展是以现场总线为代表的先进控制系统以及DCS系统机、炉、电的一体化。该层属于生产范畴，直接与生产设备关联，现在一般都随着设备直接集成，主要提供设备的运行实时信息，属于生产基础数据提供层，是其他三层的基础。
②第二层：管控一体化层
该系统即为厂级监控系统(SIS)和煤质在线监测、智能化煤场、优化燃烧、故障诊断等各种机组性能优化的高级应用软件,它完成厂级生产过程的监控，结合管理层的信息,对控制系统和机组性能进行整体优化和分析,为过程控制层提供操作指导,该层是管理和控制之间联系的桥梁。该层对直接控制区提供的生产基础数据进行实时的采集，然后对采集到的数据进行显示、统计、分析和保存，结合生产管理层和决策层所下达的控制信息，反馈到直接控制区，控制生产，同时为生产管理层和决策层提供所需的分析、统计信息。
③第三层：生产管理层
该系统体现电厂资源计划系统（ERP），以安全、经济运行管理为重点，以设备检修为基础,以完成发电量为目标,以企业资产管理为主线（包括实时数据、技术监督、设备可靠性管理（点检定修管理）、质量、环境、安全职业卫生三标一体化等）来优化电厂的机组性能指标，整合生产计划和策略,为协调发电企业的高效运转提供信息,实现全厂的安全、高效、经济运行，优化电厂的生产计划和策略,协调各个部门的运转,实现全厂的安全、高效、经济运行，该层是数字化火电厂管理的基石。该层从经营决策层获取经营指标信息来制定相关的生产计划，并加以实施，同时为SIS层提供控制指导信息。
④第四层：经营决策层
该层主要体现为经营管理和商业化运营、电子商务物资交易系统（ERP扩充）。以综合计划管理为主线、以全面预算和成本管理为核心，以物资管理、燃料管理为基础、人事管理以及OA等系统为辅助手段，提高实时成本计算速度，满足商业化运营管理需求。用全面预算来预测电厂的各项经济指标和费用指标，通过事前预算计划的编制、事中计划实施过程的控制以及事后的总结分析和考核来实现生产经营的闭环管理，确保电厂的运营规范化、科学化和效益化；通过商业化运营提供竞争上网电价报价和辅助决策功能，通过对实时生产成本的运算，使得报价更具有准确和及时性。该层是数字化火电厂的系统入口和决策枢纽。
⑤支持系统一：电厂标识系统--KKS编码
KKS编码被广泛用于电厂的规划设计、工程建设和经营管理过程之中；它拥有足够的容量且可扩充，能够标识不同类型电厂所有的设备；对发电厂的描述由传统的“文字描述”过渡到“编码描述”。KKS编码的逻辑结构和组成体系层次分明，代码简单明了，能够不依赖于计算机程序语言而独立存在。这些特点使它适合作为基础数据供计算机处理，为数字化火电厂的建立提供强有力的支撑，为企业进行成本核算、计划统计和预决算管理提供良好的基础数据平台。KKS编码设计作为建设数字化火电厂的基础性工作，贯穿于工程的设计、订货、安装、调试及移交生产后的运营管理各个环节。
⑥支持系统二： 现场级设备数字化
建设数字化火电厂必须解决现场控制设备级数字化，目前只有FCS能够完成现场控制设备级的数字化。FCS 的现场智能设备能将大量现场信息送入通信网络，这是常规控制系统无法实现的。FCS 双向数字通信现场总线信号制技术，是建设数字化火电厂的基础条件。
⑦支持系统三：数据库支持系统
以关系数据库和实时数据库为基础的面向数据主题的电厂数据库构成了数字化火电厂的数据库支持系统和技术支撑平台，电厂数据库以对电厂各类数据进行分析、提炼、集成,为电厂的分析和决策提供支持。
⑧支持系统四：计算机网络支持系统
以ATM和千兆以太网为代表的先进组网技术,结合系统-网络-终端三级安全策略、目录管理统一认证等先进技术,构成了数字化火电厂的计算机网络支持系统。
图1 数字化火电厂功能模块
2数字化火电厂关键要素：全局高度、管理角度
建设数字化火电厂，最终是要实现数字化管理：企业是一个经济组织，目的就是实现企业经济效益的最大化。数字化信息资源的整合是过程，是服务于这个最终目标，数字化信息整合的成果最终也是通过企业经济效益的显著提高来体现，这与建立良性循环的价值链密不可分。因此，从价值链管理的角度，数字化信息资源整合在推动企业构建良性的价值链管理中起到助推器作用。
3数字化火电厂模型
数字化火电厂是在数据库基础上的对火电厂物流、资金流、信息流、工作流进行综合分析的系统,其功能体系应涵盖火电厂生产经营和决策等各个方面。构成直接控制层的实时系统如：DCS、水处理、输煤程控和煤质在线监测、智能化煤场等。计算机管理实时系统以图形界面的方式反映上述系统的技术参数并记录（时间间隔5秒或更短）。要求DCS数据采集子系统提供以下功能：
组态的系统结构： 组态中心、网关采集、用户接口的层次结构可与各种DCS系统、各种SIS系统的有机集成； 长期历史数据的存储能力：采用高效的数据压缩及还原技术，可快速存取大量的历史数据； 强大的数据挖掘功能： 通过数据抽取、分类等建立生产数据库，利用现场总线控制技术底层数字化的特点为故障诊断及状态检修提供数据支持； 用户接口的全组态： 以共性化及个性化组态两种方式提供：模拟图、F(T)曲线图、F(X)曲线图、棒图、趋势图、相关报警、屏幕打印等功能。
4数字化火电厂特点
新一代的数字化火电厂主要特征表现在四个方面，第一、数字化火电厂除了电厂常规的主辅设备、检测控制仪器仪表外，还配备了特种检测控制分析仪表以及先进的现场总线控制系统；第二、数字化火电厂将管理放在首位，通过科学的管理思想、方法来提升电厂的运营能力；第三、数字化火电厂实现了电厂生产的安全性、经济性，同时也实现了电厂污染物的零排放或达标排放；第四、数字化火电厂人均产值高、人员配置少，在人员配置结构上，管理人员和生产人员的比例大于常规电厂。数字化火电厂系统特点如下：
①采用CIMS/ERP的哲理,系统的设计思想和层次结构具有理论的严密性和实际可操作性；
②采用动态企业建模技术,软件重构技术,面向对象技术设计的系统可保证电厂的运作流程变化后的系统适应性；
③强大的系统配置工具(包括系统建模工具,模型仿真工具,实施工具)可使系统快速实施,并保证系统有良好的扩展性和软件模块的可重用性；
④可行的优化算法可使企业的各个系统在仿真优化的前提下按最佳方案运行,从而保证了系统的先进性和可靠性；
⑤先进的组网技术和信息平台为系统的稳定运行提供了可靠支撑；
⑥采用三级客户机/服务器（C/S/S）结构和浏览器/服务器（B/S）结构，采用瘦客户端，建立处理逻辑规则的中间层，提高整个软件的可维护性及对异构数据库的适应性。
⑦先进的数据库和数据挖掘技术能自动地进行挖掘分析工作，剖析任意层面数据的内在联系，最终确定发电企业在电力市场竞争中的发展趋势和规律。
5 数字化火电厂项目的实施大纲
数字化火电厂项目成功实施需要按照流程进行分步实施与管理，实施流程图如图2所示：
①需求分析与调研：调研、分析电厂需求，建立企业现有业务模型，以供业务流程分析和设计使用。
②业务流程定义与重组：分析企业现有业务流程，结合国内外先进管理思想，同时考虑电厂实际业务特色和管理特点，将现有业务流程归纳、总结，并进行提升，形成具有先进性、实用性的企业业务流程规范，从而实现电厂管理的标准化。同时，通过对电厂业务流程的定义与重组，实现管理的流程化，变企业按部门的管理模式为按流程的管理模式，利用业务流打破了企业部门间条块分割的现象，围绕业务流，加强了部门间的横向合作与协调。
通过企业业务流程的定义与重组，将标准化体系的管理思想贯穿于每个业务模块，实现贯标一体化。
③完善企业基础数据，建立企业管理数据模型：整合企业生产与经营管理数据，统一数据模型，实现电厂管理的数字化。
④完善电厂一体化管理系统：建立和企业一体化文件相适应的计算机软件系统，健全企业各级质量管理机构，建立和完善质量工作责任制；监督职业安全卫生管理方案和运行控制程序是否有效实施，以达到不断提高职业安全卫生绩效的目的；通过对电厂的活动、产品或服务的全过程管理，实现污染预防和环境行为的持续改进。
⑤实现知识库管理功能：整理、丰富电厂设备、项目、图档、预算、经营、体系、燃料、人力资源、供应链等知识库，优化电厂对知识资源的利用，实现电厂的知识管理。
⑥结合全厂管理需求编制全厂数字化解决方案：
图2 数字化管理平台实施流程图
6结束语
“数字化火电厂”若成功实施，必将成为采用“数字化火电厂”模型的新型管理模式的发电企业。实现数字化火电厂技术创新，是一项庞大的系统工程，需要依靠各个层次的组织共同努力，需要国内一流系统工程单位的协作，通过现代高技术层次电厂技术人员和建设者的共同努力，通过完善的管理需求信息收集与整合，通过企业信息管理创新和“四新”技术的成功运用，建设具有“现代管理模式”的数字化火电厂目标一定能实现。一流的企业需要一流的管理，一流的管理需要一流的数字化信息系统平台支撑。在数字化管理方面，按照设备管理科学化、工作流程最优化、成本最小化和效益最大化准则建设的数字化管理模式必将成为“精细化管理”的必由之路。
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作者简介
李伟 男，生于1975年，陕西省西安市西安建筑科技大学信息与控制工程学院工程硕士在读。
论文作者:李伟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/3
标签：火电厂论文; 电厂论文; 系统论文; 企业论文; 设备论文; 技术论文; 支持系统论文; 《电力设备》2016年第15期论文;