智能司爐APP
一、企業(yè)簡(jiǎn)介
上海全應(yīng)科技有限公司，簡(jiǎn)稱全應(yīng)科技（ALLSENSE），成立于2016年，創(chuàng)始人為工業(yè)智能專家夏建濤博士，是一家聚焦熱電生產(chǎn)過(guò)程智能化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新型企業(yè)，是我國(guó)熱電行業(yè)智能化的開(kāi)創(chuàng)者與領(lǐng)導(dǎo)者。公司為上海市雙軟認(rèn)證企業(yè)和高新技術(shù)企業(yè)。
全應(yīng)科技自主研發(fā)的全應(yīng)熱電云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)已經(jīng)獲得28項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、2項(xiàng)專利。自2018年以來(lái)，已經(jīng)為華東地區(qū)、華北地區(qū)、華中地區(qū)、西北地區(qū)等多家知名熱電生產(chǎn)企業(yè)和城市供熱公司提供智能在線運(yùn)行優(yōu)化服務(wù)。
目前，公司員工已有120多人，60%以上都是研發(fā)部員工（其中核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)主要由： 人工智能專家+熱動(dòng)專家+大數(shù)據(jù)專家+云計(jì)算專家+熱控專家組成，15% 業(yè)務(wù)、營(yíng)銷人員。20%工程部人員以及5%行政支持人員等。
二、工業(yè)APP簡(jiǎn)介
（一）、問(wèn)題定位
我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是多煤少油少氣，火力發(fā)電占據(jù)全國(guó)發(fā)電量的60%以上。因?yàn)闊犭娐?lián)產(chǎn)的高效特性，我國(guó)近年來(lái)大力發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)。其中燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用最為廣泛。
隨著自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展應(yīng)用，我國(guó)的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)普遍應(yīng)用了DCS系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控和運(yùn)行生產(chǎn)系統(tǒng)。部分簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過(guò)程，比如汽包給水過(guò)程，通過(guò)PID邏輯自動(dòng)運(yùn)行。
但是對(duì)于系統(tǒng)級(jí)的多參數(shù)控制和燃燒/脫硝等大延遲控制場(chǎng)景， 以PID為主的控制技術(shù)無(wú)法做出正確的生產(chǎn)執(zhí)行決策和有效地進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行，仍廣泛依賴運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制，運(yùn)行人員自主決策，并手動(dòng)將調(diào)控指令通過(guò)DCS系統(tǒng)進(jìn)行下達(dá)和執(zhí)行。
這樣的人工+DCS控制模式中，在煤炭熱值和用戶負(fù)荷都大幅波動(dòng)的場(chǎng)景下，運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)決策很難精準(zhǔn)尋找到最優(yōu)生產(chǎn)控制參數(shù)，造成生產(chǎn)控制不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較為低下的結(jié)果。
智能司爐工業(yè)APP將為熱電生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)節(jié)能降耗、安全提升、排放降低、人力需求降低的綜合價(jià)值：
1.節(jié)能降耗
智能司爐工業(yè)APP的核心價(jià)值是幫助熱電生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能降耗，通過(guò)建立生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字孿生模型，精準(zhǔn)匹配供需關(guān)系，讓多個(gè)設(shè)備運(yùn)行在最高效率區(qū)間等，實(shí)現(xiàn)端到端的運(yùn)行效率提升。
通過(guò)多方面的節(jié)能優(yōu)化，預(yù)計(jì)總體提升熱電生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)行能效2-5%，將為熱電生產(chǎn)企業(yè)每年節(jié)約燃煤成本500萬(wàn)元以上。
2.安全提升
對(duì)全系統(tǒng)狀態(tài)全面監(jiān)盤和控制，并通過(guò)語(yǔ)音及時(shí)報(bào)告，避免運(yùn)行人員疏忽遺漏和誤操作。將運(yùn)行異常實(shí)時(shí)通知專工和生產(chǎn)管理層，以便管理層及時(shí)指導(dǎo)操作。對(duì)發(fā)生的異常基于數(shù)據(jù)進(jìn)行智能診斷，對(duì)歷史異常進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，識(shí)別重大隱患，全方位提升熱電廠運(yùn)行安全等級(jí)。
3.排放降低
燃煤量的減少必然會(huì)帶來(lái)二氧化碳、氮氧化物等污染物排放的等量降低， 同時(shí)全應(yīng)熱電云系統(tǒng)可以更好的控制燃燒，降低氮氧化物初始生成量，減少化學(xué)藥劑的用量。有效提升熱電廠環(huán)保達(dá)標(biāo)能力。
人力需求降低
運(yùn)行人員跟隨智能司爐工業(yè)APP的推薦值進(jìn)行操作，會(huì)極大的降低對(duì)運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)的依賴，減輕運(yùn)行人員的操作壓力和工作量，提升運(yùn)行班組工作效率。
（二）、創(chuàng)新點(diǎn)
智能司爐工業(yè)APP以“數(shù)字孿生”為基礎(chǔ)，引入知識(shí)智能（熱能工業(yè)機(jī)理、專家知識(shí)）和數(shù)據(jù)智能（機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)），實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)、診斷、仿真能力，達(dá)到對(duì)熱電生產(chǎn)全過(guò)程精準(zhǔn)控制、精準(zhǔn)維護(hù)、精準(zhǔn)運(yùn)營(yíng)。
智能司爐通過(guò)建立鍋爐的數(shù)字孿生，將智能調(diào)度計(jì)算的最佳運(yùn)行調(diào)度策略分解到鍋爐部分的控制目標(biāo)進(jìn)行分解和優(yōu)化控制，在達(dá)到鍋爐控制目標(biāo)的前提下，保證鍋爐運(yùn)行的安全、高效、環(huán)保。
在智能司爐看板上，人工智能應(yīng)用會(huì)直接提示給煤、給風(fēng)等關(guān)鍵控制參數(shù)的具體控制指令，例如給煤機(jī)的頻率、一二次風(fēng)機(jī)的頻率、風(fēng)門的開(kāi)度等。司爐人員根據(jù)給出操作提示進(jìn)行司爐，即可以在安全平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，達(dá)到能效最優(yōu)，NOx初始排放最低的效果。
（三）、功能介紹
鍋爐燃燒優(yōu)化
鍋爐燃燒是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，包含了給煤、配風(fēng)、環(huán)保等多個(gè)方面，需要同時(shí)將主汽壓力、排煙氧含量、排煙溫度、爐膛溫度、爐膛壓力等參數(shù)控制到合適。同時(shí)還需要平衡排煙熱損失和未燃燒熱損失，對(duì)各種控制參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，以盡可能提高鍋爐的運(yùn)行效率。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行人員幾乎無(wú)法在保障供需平衡的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行尋優(yōu)和精準(zhǔn)控制。
全應(yīng)熱電云系統(tǒng)基于人工智能、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)計(jì)算技術(shù)，通過(guò)建立的鍋爐數(shù)字孿生模型，根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)在不同負(fù)荷段下對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)熱態(tài)尋優(yōu)，并且通過(guò)精準(zhǔn)地調(diào)整鍋爐的各種控制量，使鍋爐運(yùn)行在最優(yōu)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行能效的最大化。
（四）、功能和技術(shù)指標(biāo)優(yōu)勢(shì)
指標(biāo)1：提升熱電生產(chǎn)效率2%以上：
通過(guò)建立生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字孿生模型，精準(zhǔn)匹配供需關(guān)系，讓多個(gè)設(shè)備運(yùn)行在最高效率區(qū)間等，實(shí)現(xiàn)端到端的運(yùn)行效率提升。通過(guò)多方面的節(jié)能優(yōu)化，預(yù)計(jì)總體提升熱電生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)行能效2-5%，將為熱電生產(chǎn)企業(yè)每年節(jié)約燃煤成本500萬(wàn)元以上。
三、技術(shù)方案說(shuō)明
（一）、工業(yè)APP架構(gòu)
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)智能制造的路徑，是將物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)信息化技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)相融合的具體形式，即“兩化融合”中的信息化。
熱能生產(chǎn)的智能化也需要借助于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。熱能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)除了通用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的基礎(chǔ)元素外，還包括了針對(duì)熱能行業(yè)特有的組件。如下圖展示了全應(yīng)熱電云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)+智能司爐工業(yè)APP的架構(gòu)：
該平臺(tái)分為以下幾層：
物理層：代表實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)來(lái)源和控制接口，包括物理系統(tǒng)的傳感器、智能儀表、自動(dòng)控制系統(tǒng)，和各種信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、文件等。
邊緣層：邊緣層是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的最底層，實(shí)現(xiàn)與物理層系統(tǒng)的對(duì)接以及現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算和控制等，包括對(duì)接傳感器的物聯(lián)網(wǎng)采集器、對(duì)接智能儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)的IoTGateway、對(duì)接信息化系統(tǒng)的DataHub、邊緣計(jì)算和控制的邊緣計(jì)算控制服務(wù)器。
IaaS層：云端基礎(chǔ)設(shè)施層，提供了云端系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟硬件資源，包括計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源、操作系統(tǒng)資源等。
PaaS層：云端平臺(tái)層，提供了面向工業(yè)的工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)微服務(wù)和交付工具等。該層是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心層，其中工業(yè)大數(shù)據(jù)提供了面向工業(yè)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)引擎、實(shí)時(shí)計(jì)算數(shù)據(jù)引擎、數(shù)據(jù)緩存引擎、數(shù)據(jù)檢索引擎等。工業(yè)微服務(wù)提供了基于容器化管理的各種基礎(chǔ)服務(wù)和各種微服務(wù)管理引擎等。面向熱能生產(chǎn)，該層提供了面向熱能生產(chǎn)的數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)預(yù)處理組件、數(shù)據(jù)分析組件，以及面向熱能生產(chǎn)的公共微服務(wù)。在開(kāi)發(fā)工具部分，提供了面向熱能生產(chǎn)的組態(tài)工具、報(bào)表工具等。
SaaS層：基于PaaS層提供的平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施，提供面向熱能生產(chǎn)的各種業(yè)務(wù)應(yīng)用。
客戶端層：提供基于PC、TV、大屏幕、手機(jī)等多終端客戶端，為不同角色、不同場(chǎng)景、不同應(yīng)用提供最佳適配 。
除此之外，信息安全是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中非常重要的能力，一套貫穿邊緣端到云端的安全與運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)保障了整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行和信息安全。
（二）、工業(yè)APP關(guān)鍵技術(shù)
智能司爐運(yùn)行優(yōu)化的最關(guān)鍵技術(shù)就是數(shù)字孿生技術(shù)，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)可以精準(zhǔn)地在數(shù)字世界里模擬現(xiàn)實(shí)世界的生產(chǎn)系統(tǒng)。結(jié)合數(shù)字孿生可以對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)、仿真、診斷，進(jìn)而對(duì)實(shí)現(xiàn)尋優(yōu)和故障處理。
數(shù)字孿生技術(shù)最關(guān)鍵的是“精準(zhǔn)“，因?yàn)槿绻M的不精準(zhǔn)，就會(huì)導(dǎo)致預(yù)測(cè)、仿真、診斷出現(xiàn)偏差，進(jìn)而導(dǎo)致尋優(yōu)和故障處理錯(cuò)誤。所以，如何能夠精準(zhǔn)地模擬每一套/臺(tái)個(gè)性化系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律是極其困難的。全應(yīng)熱電云面向熱電系統(tǒng)的數(shù)字孿生體系，通過(guò)有機(jī)地將工業(yè)機(jī)理/專家知識(shí)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)/機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行融合，既體現(xiàn)了同類型系統(tǒng)的通用特性，又能兼顧每個(gè)系統(tǒng)的個(gè)性化特性，極好地平衡了模型的準(zhǔn)確性和泛化能力，能夠非常精準(zhǔn)地模擬每套生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律。數(shù)字孿生技術(shù)支撐智能司爐APP的核心計(jì)算模型的實(shí)現(xiàn)。
四、應(yīng)用情況描述
（一）、應(yīng)用場(chǎng)景描述
本APP適用于工業(yè)園區(qū)集中供熱熱電廠、大型化工、造紙等流程制造企業(yè)自備熱電廠、城市集中供熱熱源廠等。
這些熱電生產(chǎn)企業(yè)燃煤品質(zhì)波動(dòng)大、負(fù)荷波動(dòng)大，運(yùn)行控制依賴運(yùn)行人員工作經(jīng)驗(yàn)，總體生產(chǎn)效率低，供汽品質(zhì)不穩(wěn)定。
智能司爐工業(yè)APP可以為這些熱電生產(chǎn)企業(yè)提供智能生產(chǎn)參數(shù)尋優(yōu)，提高生產(chǎn)效率。
（二）、商業(yè)化情況
江蘇紅豆集團(tuán)熱電廠始建于2001年，為集團(tuán)內(nèi)部企業(yè)生產(chǎn)供熱和部分供電，并向周邊其它企業(yè)、商業(yè)、民用供熱。
熱電廠生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括2臺(tái)110t/h的高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐和1臺(tái)130t/h的高溫高壓煤粉爐，以及總?cè)萘繛?8MW的4臺(tái)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，是典型的母管制熱電聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)系統(tǒng)。下游通過(guò)7條供熱管線為140余家工業(yè)客戶進(jìn)行供熱和供電。
園區(qū)除熱電廠外，還建設(shè)了太陽(yáng)能發(fā)電互補(bǔ)和峰谷電儲(chǔ)能系統(tǒng)以提高綜合能源使用效率。
因?yàn)橄掠纹髽I(yè)用熱波動(dòng)頻繁且波動(dòng)范圍大、生產(chǎn)機(jī)組配置復(fù)雜、燃煤熱值波動(dòng)等因素，而且人工運(yùn)行很難精準(zhǔn)跟隨用戶需求變動(dòng)，造成鍋爐燃燒控制不穩(wěn)定、供需不平衡，運(yùn)行效率較低等挑戰(zhàn)。
全應(yīng)科技與紅豆熱電廠于2019年7月達(dá)成合作，全應(yīng)熱電云于2019年9月在紅豆熱電廠開(kāi)始上線運(yùn)行，主要提供了智能調(diào)度、智能司爐、智能司機(jī)、生產(chǎn)監(jiān)控、告警管理、工單管理和經(jīng)營(yíng)分析等功能。
其中智能調(diào)度、智能司爐和智能司機(jī)模塊，主要為值長(zhǎng)、鍋爐運(yùn)行人員和汽機(jī)運(yùn)行人員提供人工智能生產(chǎn)參數(shù)建議，提升鍋爐、汽機(jī)、雙減等全廠綜合運(yùn)行效率，為企業(yè)節(jié)能降耗。
生產(chǎn)監(jiān)控、告警管理、工單管理、經(jīng)營(yíng)分析主要為運(yùn)行人員、運(yùn)行管理人員、中層和高層管理人員提供信息化工具，提升管理效率，提升決策水平。
通過(guò)對(duì)比上線前后熱電廠生產(chǎn)報(bào)表數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)行效率提升4.5%以上，為企業(yè)大大降低了燃煤成本，年收益600萬(wàn)元以上。
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