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西安熱工研究院有限公司楊耘藝，杜金剛，陳建平，陳俊強，趙晉松

1　項目目標和概述

隨著我國能源結構不斷優化，傳統燃煤發電企業面臨深度調峰挑戰，燃煤成本占發電成本的60%-70%，成為關注焦點。當前燃煤業務分為“兩條業務線，三個管理閉環”，即生產線和經營線。生產線注重煤場管理和配煤摻燒，追求度電成本最低；經營線則關注燃煤供應業務，致力于提升運營效率、降低采購成本及增強風險防控。

燃煤火電廠廠側燃料管控系統主要用于燃煤火電廠的進耗存管理，一方面，落實廉潔風險防控，做到事前、事中和事后的可控在控，實現了自動歸批、自動采樣、樣品不落地、數據不落地、數據加密和入廠入爐混編等目標；另一方面，動態掌握場存煤的量、質、價及位置信息，為配煤摻燒和燃煤采購提供準確數據支撐；同時，將摻配業務處理流程納入系統管理，積累摻配摻燒數據，通過摻配評估不斷優化摻配方案。

燃煤火電廠廠側燃料管控系統基于華能自主知識產權的工業互聯網平臺TCloud開發，實現了燃料設備的物聯網平臺搭建，做到了設備集中管理、數據收集與分析、設備遠程控制、保障設備數據安全等能力，擁有各類接入物聯網平臺的協議和SDK，對接入設備進行身份登記及訪問認證，設備物模型定義，設備屬性、事件和服務配置，提供了設備邊緣計算數據過濾和分析能力，使用消息通信發布數據到物聯網平臺供訂閱設備使用，使用組態圖對控制邏輯進行可視化編排，快速搭建系統框架和模型。

1.1　功能特點

通過信息化、邊緣計算手段為業務賦能，達到減員增效的效果，另一方面，落實廉潔風險防控技防措施，做到事前、事中和事后的可控在控。鐵路貨運單識別、基于翻車機信號連鎖控制的靜態衡稱量等環節通過邊緣計算技術實現自動歸批、自動采樣、樣品不落地、數據不落地、數據加密和入廠入爐混編等目標，同時，定義了近30類的廠側敏感事件，事件由廠側系統自動生成，需電廠相關管理崗位處理及審批，部分重要事件上傳集團，在集團燃料管控平臺形成統計和考核。

鐵路貨運單識別環節通過對接鐵路95306貨運系統，實現電子貨運單下載、導入、識別、人工審核提交，依據貨運單車型、車號、礦發量、發站、供應商、煤種等信息，結合入廠鐵路識別器實現空車數據過濾及信息匹配，自動生成鐵路預歸批數據。滿足翻車業務操作前煤批批次數據的生成管理。

基于翻車機信號連鎖控制的靜態衡稱量環節旨在提高物料翻卸稱量的過程的精度與效率，進一步實現自動化與智能化管理，優化生產流程。該環節主要由翻車機、靜態衡、信號連鎖控制系統、數據采集與處理系統等組成。翻車機負責將物料翻卸到靜態衡上，靜態衡則對物料進行稱量，并將稱量數據傳送給數據采集與處理系統。信號連鎖控制系統則負責協調翻車機和靜態衡的動作，確保稱量過程的順利進行。

自動歸批：打通與公路、鐵路、下水煤調運系統的信息壁壘，可預先獲取來煤信息，根據歸批規則實現自動歸批。

自動采樣：依據歸批信息，生成符合國標/行標自動生成采樣方案，與采樣系統集成，執導采樣機完成采樣作業，有效解決采樣代表性問題，體現風險防控效果，提升質檢公信力；同時通過采樣機的反饋，可以從采樣點水平隨機分布性和采樣深度等多方面，發現先采樣機的缺陷及可能存在的風險和漏洞。

樣品不落地：與煤樣自動封裝系統集成，煤樣從采樣機到制樣間，全程電磁鎖密封，排除取送樣過程人為風險，同時采樣碼寫入芯片由系統自動識別。

數據不落地：開發華能自主知識產權的汽車計量無人值守系統和軌道衡靜態衡無人值守系統，實現入廠煤排隊管理、自動驗票、自動重車、自動回皮和自動出票等功能；從表頭直接取數，實現計量數據不落地采集；落實礦發量與到廠量對比預警等功能，提醒值班人員對存疑車輛進行重點查驗，有效降低了入廠計量環節的潛在風險。

數據加密：由于軌道衡動態衡計量系統及化驗儀器設備暫不能做到從一次儀表直接取數，而是從廠家提供的本地數據庫進行數據抽取，為了確保數據真實防止篡改，使用數據加密技術，實現加密存解密校驗取。

入廠入爐混編：在采制化業務環節利用三級加密編碼，入廠入爐混編，編碼不做區分，樣品交接稱重復核對比，原煤樣單進單出，實現煤樣實物流轉過程中的信息屏蔽和風險防控。

智能設備方面：與全自動制樣機、智能存樣柜及全自動化驗等智能設備集成，實現燃煤驗票、計量、采樣、制樣、存樣、出廠環節的全自動化，無人值守，排除人為因素。

1.2　創新點

燃煤火電廠廠側燃料管控系統實現了與前端汽車衡、火車衡、煤質化驗設備的集成，保證燃料入廠計量、煤質化驗數據不落地；實現了與入廠煤、煤場、入爐煤皮帶秤，以及公司側燃料系統、SAP系統、燃料調運系統的集成；防范了入廠驗收煤量、采樣制樣煤質化驗數據人為修改的舞弊行為，實現燃料計劃、采購、調運、入廠、場存、耗用、結算、支付的全過程實時管理。

（1）邊緣計算賦能業務自動化與智能化

通過邊緣計算技術，在鐵路貨運單識別、翻車機信號連鎖控制的靜態衡稱量等關鍵業務環節實現自動歸批、自動采樣、樣品不落地、數據不落地等目標，顯著提升業務效率與精確度，同時減少人工干預，達到減員增效的效果。

（2）實時數據處理與風險防控

利用邊緣計算的實時數據處理能力，對敏感事件進行實時監測與預警，確保事前、事中、事后的可控在控。通過定義近30類廠側敏感事件，并由廠側系統自動生成與上傳，實現了對業務流程的全面監控與風險防控。

（3）信息壁壘打通與數據集成

邊緣計算技術打通了公路、鐵路、下水煤調運系統的信息壁壘，實現了多源數據的實時集成與處理。這不僅提高了數據的準確性與及時性，還為自動歸批、自動采樣等業務的實現提供了數據支持。

（4）數據加密與信息安全

在數據從采集到處理的整個流程中，邊緣計算技術結合數據加密技術，確保了數據的真實性與安全性，適用于軌道衡動態衡計量系統及化驗儀器設備等關鍵環節，有效防止了數據篡改與泄露。

（5）智能設備集成與無人值守：

邊緣計算技術與全自動制樣機、智能存樣柜及全自動化驗等智能設備集成，實現了燃煤驗票、計量、采樣、制樣、存樣、出廠環節的全自動化與無人值守。這不僅提高了業務效率，還進一步排除了人為因素帶來的風險。

2　案例介紹

燃煤火電廠廠側燃料管控系統物聯網平臺由軟件、硬件、服務構成，涵蓋設備接入、設備管理、數據解析、數據存儲、數據訪問、數據展示以及基礎業務系統多個維度的功能模塊，可根據行業特點，自適應調整系統配置，快速、經濟地幫助企業建立專屬聯網平臺，達成業務轉型中不同階段的物聯網化目標。

提供“云-邊-端”一體化工業互聯網平臺方案，基于智能邊緣計算采集器或物聯網關，快速建立設備到云端之間的連接，實現設備聯網、遠程監控運維、可視化建模和數據分析等服務，支撐海量設備的數據采集、數據傳輸、存儲計算、運行監控和故障預測等場景需求。

燃煤火電廠廠側燃料管控系統物聯網平臺架構如圖1所示。

圖1 燃煤火電廠廠側燃料管控系統物聯網平臺架構

燃煤火電廠廠側燃料管控系統物聯網平臺實現設備集中管理、收集和數據分析、遠程控制、保障設備數據安全等能力，依據不同類型設備接入燃煤火電廠廠側燃料管控系統物聯網平臺支持的接入協議、SDK和具體流程不同，物聯網平臺支持的設備類型和對應協議如表1所示。

表1 設備類型和對應協議

直連設備和網關子設備認證方式采用物聯網平臺的設備證書信息ProductKey（產品信息唯一標識）、DeviceName（設備名稱）、DeviceSecret（設備密鑰）進行認證。MQTT協議云網關設備認證方式采用標準的MQTT協議規范的UserName作為身份信息進行認證，支持設備和服務端雙向安全認證等能力。物聯網平臺支持使用設備密鑰、ID2認證、X.509證書和開源MQTT托管設備認證進行設備身份認證。針對不同的使用環境，物聯網平臺提供以下四種設備密鑰認證方案：一機一密，每臺設備燒錄自己的設備證書；一型一密預注冊，同一產品下設備燒錄相同產品證書；一型一密免預注冊，同一產品下設備燒錄相同設備證書；子設備動態注冊，網關連接上云后，子設備通過動態注冊獲取設備證書。

創建設備物模型，物模型是物理空間中的實體（如傳感器、車載裝置、設備）在云端的數字化表示，從屬性、服務和事件三個維度，分別描述了該實體是什么、能做什么、可以對外提供哪些信息。屬性用于描述設備運行時具體信息和狀態。例如，環境監測設備所讀取的當前環境溫度、智能燈開關狀態、電風扇風力等級等?？煞譃樽x寫和只讀兩種類型。讀寫類型支持讀取和設置屬性值，只讀類型僅支持讀取屬性值。服務指設備可供外部調用的指令或方法。服務調用中可設置輸入和輸出參數。輸入參數是服務執行時的參數，輸出參數是服務執行后的結果。相比于屬性，服務可通過一條指令實現更復雜的業務邏輯，例如執行某項特定的任務。服務分為異步和同步兩種調用方式。事件是指設備運行時，主動上報給云端的信息，一般包含需要被外部感知和處理的信息、告警和故障。事件中可包含多個輸出參數。事件可以被訂閱和推送。

使用邊緣計算在設備端進行數據過濾和分析，使效率和安全性有了顯著提升。將計算和數據存儲放在物聯網設備的邊緣處，而不是將其發送到云端或遠程服務器進行處理，大大減少了數據處理和傳輸的延遲，減少了傳輸時間和延遲，節省了帶寬和能源。由于部分數據存儲在物聯網設備的邊緣處，因此可以減少數據泄露和攻擊的風險，邊緣計算還提供加密和身份驗證等安全措施，以確保設備和服務的安全性。同時由于計算和數據存儲在物聯網設備的邊緣處，因此可以輕松地添加或刪除設備，從而提高應用程序的可擴展性和靈活性。

使用消息通信Topic將消息發布到燃煤火電廠廠側燃料管控系統物聯網平臺，物聯網平臺將消息發送給訂閱Topic的設備，實現設備、物聯網平臺、業務服務器、其他云產品之間的通信，具體如圖2所示。

圖2 Topic通信方式

基于翻車機信號連鎖控制的靜態衡稱量系統的硬件架構如圖3所示。

圖3 基于翻車機信號連鎖控制的靜態衡稱量系統硬件架構

翻車衡系統和靜態衡系統通過西門子200smartPLC實現輸入和輸出信號交互。靜態衡系統和PLC通過網線直連，PLC和翻車機系統通過硬件線直連。信號采集PLC的現場工作圖如圖4所示。

圖4 靜態衡計量系統現場工作圖-信號采集PLC

3　代表性及推廣價值

3.1　應用情況及效果

近三年來，西安熱工研究院在集團內為范坪電廠、西固電廠、沁北電廠、澠池電廠、渭南熱電、海門電廠、汕頭電廠、長春熱電、營口電廠、雨汪電廠、滇東電廠、荊門熱電、安源電廠等數十個電廠的廠側燃料系統升級和建設項目提供了技術服務，同時通過集團集采的廠側燃料管理系統2.0升級和待升級的電廠三十余家。

3.2　推廣價值

燃煤火電廠廠側燃料管控系統滿足不同燃料管理方式，設計了滿足鐵路、公路、海進江、海轉陸等燃煤電廠燃料進、耗、存多種復雜管理方式的應用模型，通過系統配置方式即可快速實現具體電廠燃料管理過程，滿足電廠燃料管理不斷發展的需求。已在華能所屬45家單位進行了推廣應用，滿足三級管理要求，實現電廠、分公司、集團的信息實時共享和分級管理。

系統集成方面制定統計的標準接口，可與采樣機系統、樣品自動封裝系統、全自動制樣系統、智能存樣柜、電子存樣柜、全自動化驗機器人和門禁系統通過標準接口快速集成，有效穩定協同作業。

燃煤火電廠燃料業務模式大同小異，設備設施各有差異；系統提供了模塊化靈活配置功能及豐富充足的系統集成接口，因此，該系統在國內其他發電企業具備可復制性。

燃煤火電廠廠側燃料管控系統從2012年籌建開始，經歷了1.0建設，深化應用，2.0升級等階段，經過十幾年的系統運行期間不斷迭代和優化，已經成為電廠燃料管理及監督重要支撐型信息系統。2.0升級完成后，強化了全過程、全方位管理，加大了關鍵環節管控的力度，規范了燃料采制化等現場作業行為，增強了到廠驗收的公信力，樹立了華能品牌。

3.3　效益分析

通過信息化、物聯網、邊緣計算手段和自動化設備為業務賦能，實現作業的無人化和少人化，數據采集的實時自動化和多維的數據自動統計報表，達到減員增效的效果。

落實廉潔風險防控技防措施，做到事前、事中和事后的可控在控。增強了到廠驗收的公信力，樹立了華能品牌，有效控制了燃料供應領域“以少充多”和“以次充好”現象的發生，避免了經濟損失，減少了經濟糾紛。

實現煤場存煤的精細管理和配煤摻燒的閉環管理，可以輔助電廠決策人員快速制定生產方案，有效降低燃料生產成本，同時，也可減少環保超標情況的發生。

實現入爐耗用計量與煤質數據的自動采集和匹配，為碳排放和碳核查提供數據統計依據。

3.4　方案成熟性

燃煤火電廠廠側燃料管控系統從2012年始建之初，燃煤火電廠燃料相關基礎設備還相當落后，幾乎沒有什么自動化設備和智能設備，可以說系統是在一窮二白的基礎上，落實了集團“管理制度化、制度流程化、流程表單化、表單信息化”的總體要求，實現了數據自動采集，消除了數據孤島，完成了燃料全過程閉環管理。

可以輔助電廠決策人員快速制定生產方案，有效降低燃料生產成本，同時，也可減少環保超標情況的發生。實現入爐耗用計量與煤質數據的自動采集和匹配，為碳排放和碳核查提供數據統計依據。3.4　方案成熟性燃煤火電廠廠側燃料管控系統從2012年始建之初，燃煤火電廠燃料相關基礎設備還相當落后，幾乎沒有什么自動化設備和智能設備，可以說系統是在一窮二白的基礎上，落實了集團“管理制度化、制度流程化、流程表單化、表單信息化”的總體要求，實現了數據自動采集，消除了數據孤島，完成了燃料全過程閉環管理。

技術方面，系統使用華能自主知識產權的TCloud工業互聯網平臺開發，構建一個基于容器平臺和微服務架構的企業級應用系統。平臺采用業界主流技術如Spring Boot和Vue.js，預置多種通用組件，提供低代碼開發能力，系統部署方面采用K8S集群管理、容器面板、集群監控、日志收集和查看、容器鏡像、容器編排等組件，實現容器的統一編排，快速部署和更新能力。在開發和部署方面采用技術都很成熟，所以系統運行穩定。

管理方面，一直堅持統一建設和統一運維的體系，在系統運維期間，出現優化需求和缺陷都能夠及時處理。

人才方面，通過十幾年的系統存續和不斷升級，西安熱工研究院已經建立起了一支技術能力強素質過硬的團隊，另外，建立運維管理制度，通過制度管人，系統責任落實，加強電廠相關人員技術培訓，目前電廠已可以完成一些現場設備、網絡及安全等日常運維和故障處理工作?？傊?，燃煤火電廠廠側燃料管控系統已經比較成熟，而且經過大量電廠的應用驗證，因此，從技術、管理、人才及資金方面都不存在不可控風險。

摘自《自動化博覽》2025年2月刊