智能司爐APP
一、企業簡介
上海全應科技有限公司，簡稱全應科技（ALLSENSE），成立于2016年，創始人為工業智能專家夏建濤博士，是一家聚焦熱電生產過程智能化的工業互聯網創新型企業，是我國熱電行業智能化的開創者與領導者。公司為上海市雙軟認證企業和高新技術企業。
全應科技自主研發的全應熱電云工業互聯網平臺已經獲得28項知識產權、2項專利。自2018年以來，已經為華東地區、華北地區、華中地區、西北地區等多家知名熱電生產企業和城市供熱公司提供智能在線運行優化服務。
目前，公司員工已有120多人，60%以上都是研發部員工（其中核心技術團隊主要由： 人工智能專家+熱動專家+大數據專家+云計算專家+熱控專家組成，15% 業務、營銷人員。20%工程部人員以及5%行政支持人員等。
二、工業APP簡介
（一）、問題定位
我國的能源結構特點是多煤少油少氣，火力發電占據全國發電量的60%以上。因為熱電聯產的高效特性，我國近年來大力發展熱電聯產。其中燃煤熱電聯產應用最為廣泛。
隨著自動化技術的快速發展應用，我國的燃煤熱電聯產普遍應用了DCS系統來監控和運行生產系統。部分簡單的生產過程，比如汽包給水過程，通過PID邏輯自動運行。
但是對于系統級的多參數控制和燃燒/脫硝等大延遲控制場景， 以PID為主的控制技術無法做出正確的生產執行決策和有效地進行自動運行，仍廣泛依賴運行人員的經驗和現場實時控制，運行人員自主決策，并手動將調控指令通過DCS系統進行下達和執行。
這樣的人工+DCS控制模式中，在煤炭熱值和用戶負荷都大幅波動的場景下，運行人員的經驗決策很難精準尋找到最優生產控制參數，造成生產控制不穩定，生產效率較為低下的結果。
智能司爐工業APP將為熱電生產企業帶來節能降耗、安全提升、排放降低、人力需求降低的綜合價值：
1.節能降耗
智能司爐工業APP的核心價值是幫助熱電生產企業節能降耗，通過建立生產過程數字孿生模型，精準匹配供需關系，讓多個設備運行在最高效率區間等，實現端到端的運行效率提升。
通過多方面的節能優化，預計總體提升熱電生產企業運行能效2-5%，將為熱電生產企業每年節約燃煤成本500萬元以上。
2.安全提升
對全系統狀態全面監盤和控制，并通過語音及時報告，避免運行人員疏忽遺漏和誤操作。將運行異常實時通知專工和生產管理層，以便管理層及時指導操作。對發生的異常基于數據進行智能診斷，對歷史異常進行統計分析，識別重大隱患，全方位提升熱電廠運行安全等級。
3.排放降低
燃煤量的減少必然會帶來二氧化碳、氮氧化物等污染物排放的等量降低， 同時全應熱電云系統可以更好的控制燃燒，降低氮氧化物初始生成量，減少化學藥劑的用量。有效提升熱電廠環保達標能力。
人力需求降低
運行人員跟隨智能司爐工業APP的推薦值進行操作，會極大的降低對運行人員經驗的依賴，減輕運行人員的操作壓力和工作量，提升運行班組工作效率。
（二）、創新點
智能司爐工業APP以“數字孿生”為基礎，引入知識智能（熱能工業機理、專家知識）和數據智能（機器學習、深度學習），實現預測、診斷、仿真能力，達到對熱電生產全過程精準控制、精準維護、精準運營。
智能司爐通過建立鍋爐的數字孿生，將智能調度計算的最佳運行調度策略分解到鍋爐部分的控制目標進行分解和優化控制，在達到鍋爐控制目標的前提下，保證鍋爐運行的安全、高效、環保。
在智能司爐看板上，人工智能應用會直接提示給煤、給風等關鍵控制參數的具體控制指令，例如給煤機的頻率、一二次風機的頻率、風門的開度等。司爐人員根據給出操作提示進行司爐，即可以在安全平穩運行的基礎上，達到能效最優，NOx初始排放最低的效果。
（三）、功能介紹
鍋爐燃燒優化
鍋爐燃燒是一個復雜的系統，包含了給煤、配風、環保等多個方面，需要同時將主汽壓力、排煙氧含量、排煙溫度、爐膛溫度、爐膛壓力等參數控制到合適。同時還需要平衡排煙熱損失和未燃燒熱損失，對各種控制參數進行尋優，以盡可能提高鍋爐的運行效率。然而，在實際運行中，運行人員幾乎無法在保障供需平衡的情況下對系統進行尋優和精準控制。
全應熱電云系統基于人工智能、云計算和大數據計算技術，通過建立的鍋爐數字孿生模型，根據歷史運行數據在不同負荷段下對鍋爐運行參數進行實時熱態尋優，并且通過精準地調整鍋爐的各種控制量，使鍋爐運行在最優參數，從而實現鍋爐運行能效的最大化。
（四）、功能和技術指標優勢
指標1：提升熱電生產效率2%以上：
通過建立生產過程數字孿生模型，精準匹配供需關系，讓多個設備運行在最高效率區間等，實現端到端的運行效率提升。通過多方面的節能優化，預計總體提升熱電生產企業運行能效2-5%，將為熱電生產企業每年節約燃煤成本500萬元以上。
三、技術方案說明
（一）、工業APP架構
工業互聯網平臺是實現智能制造的路徑，是將物聯網、互聯網、云計算、大數據、人工智能等先進信息化技術與工業生產相融合的具體形式，即“兩化融合”中的信息化。
熱能生產的智能化也需要借助于工業互聯網平臺。熱能工業互聯網平臺除了通用工業互聯網平臺的基礎元素外，還包括了針對熱能行業特有的組件。如下圖展示了全應熱電云工業互聯網平臺+智能司爐工業APP的架構：
該平臺分為以下幾層：
物理層：代表實際生產系統中的數據來源和控制接口，包括物理系統的傳感器、智能儀表、自動控制系統，和各種信息系統、數據庫、文件等。
邊緣層：邊緣層是工業互聯網的最底層，實現與物理層系統的對接以及現場的計算和控制等，包括對接傳感器的物聯網采集器、對接智能儀表和自動控制系統的IoTGateway、對接信息化系統的DataHub、邊緣計算和控制的邊緣計算控制服務器。
IaaS層：云端基礎設施層，提供了云端系統的基礎軟硬件資源，包括計算資源、網絡資源、存儲資源、操作系統資源等。
PaaS層：云端平臺層，提供了面向工業的工業大數據、工業微服務和交付工具等。該層是工業互聯網的核心層，其中工業大數據提供了面向工業的時間序列數據引擎、實時計算數據引擎、數據緩存引擎、數據檢索引擎等。工業微服務提供了基于容器化管理的各種基礎服務和各種微服務管理引擎等。面向熱能生產，該層提供了面向熱能生產的數據治理、數據預處理組件、數據分析組件，以及面向熱能生產的公共微服務。在開發工具部分，提供了面向熱能生產的組態工具、報表工具等。
SaaS層：基于PaaS層提供的平臺基礎設施，提供面向熱能生產的各種業務應用。
客戶端層：提供基于PC、TV、大屏幕、手機等多終端客戶端，為不同角色、不同場景、不同應用提供最佳適配 。
除此之外，信息安全是工業互聯網平臺中非常重要的能力，一套貫穿邊緣端到云端的安全與運維監控系統保障了整個工業互聯網平臺的穩定運行和信息安全。
（二）、工業APP關鍵技術
智能司爐運行優化的最關鍵技術就是數字孿生技術，通過數字孿生技術可以精準地在數字世界里模擬現實世界的生產系統。結合數字孿生可以對生產系統進行預測、仿真、診斷，進而對實現尋優和故障處理。
數字孿生技術最關鍵的是“精準“，因為如果模擬的不精準，就會導致預測、仿真、診斷出現偏差，進而導致尋優和故障處理錯誤。所以，如何能夠精準地模擬每一套/臺個性化系統和設備的運行規律是極其困難的。全應熱電云面向熱電系統的數字孿生體系，通過有機地將工業機理/專家知識和數據統計/機器學習技術進行融合，既體現了同類型系統的通用特性，又能兼顧每個系統的個性化特性，極好地平衡了模型的準確性和泛化能力，能夠非常精準地模擬每套生產系統的運行規律。數字孿生技術支撐智能司爐APP的核心計算模型的實現。
四、應用情況描述
（一）、應用場景描述
本APP適用于工業園區集中供熱熱電廠、大型化工、造紙等流程制造企業自備熱電廠、城市集中供熱熱源廠等。
這些熱電生產企業燃煤品質波動大、負荷波動大，運行控制依賴運行人員工作經驗，總體生產效率低，供汽品質不穩定。
智能司爐工業APP可以為這些熱電生產企業提供智能生產參數尋優，提高生產效率。
（二）、商業化情況
江蘇紅豆集團熱電廠始建于2001年，為集團內部企業生產供熱和部分供電，并向周邊其它企業、商業、民用供熱。
熱電廠生產系統主要包括2臺110t/h的高溫高壓循環流化床鍋爐和1臺130t/h的高溫高壓煤粉爐，以及總容量為38MW的4臺汽輪機發電機組，是典型的母管制熱電聯產生產系統。下游通過7條供熱管線為140余家工業客戶進行供熱和供電。
園區除熱電廠外，還建設了太陽能發電互補和峰谷電儲能系統以提高綜合能源使用效率。
因為下游企業用熱波動頻繁且波動范圍大、生產機組配置復雜、燃煤熱值波動等因素，而且人工運行很難精準跟隨用戶需求變動，造成鍋爐燃燒控制不穩定、供需不平衡，運行效率較低等挑戰。
全應科技與紅豆熱電廠于2019年7月達成合作，全應熱電云于2019年9月在紅豆熱電廠開始上線運行，主要提供了智能調度、智能司爐、智能司機、生產監控、告警管理、工單管理和經營分析等功能。
其中智能調度、智能司爐和智能司機模塊，主要為值長、鍋爐運行人員和汽機運行人員提供人工智能生產參數建議，提升鍋爐、汽機、雙減等全廠綜合運行效率，為企業節能降耗。
生產監控、告警管理、工單管理、經營分析主要為運行人員、運行管理人員、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。
通過對比上線前后熱電廠生產報表數據，綜合運行效率提升4.5%以上，為企業大大降低了燃煤成本，年收益600萬元以上。
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