宝钢电厂作为国内最大规模的钢铁企业自备电厂,始建于 1979 年,第一台发电机组于 1982 年投产.由于特定的功能定位,除了以电煤作为发电燃料以外,要将钢铁企业生产的副产品高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气等工业气体作为基础燃料,全部 5 台发电机组均为能源综合利用机组.
宝钢电厂接受宝钢管理和电力行业双重约束,其生产管理具有长流程、精细化等特点.近些年,宝钢电厂经历了多次技术改造,原有的信息化系统也经历了长期应用,设备老化、性能不能满足现场需求、功能无法扩展等弊端逐渐显露,为此,专门对信息系统进行了整合和升级改造,设计开发了电厂生产管理系统( Power Production ManagementSystem) 并已投入应用.
1 原有信息系统概况及生产管理系统升级改造必要性
根据宝钢电厂管理模式,原有信息系统涵盖了设备角度和管理角度不同层面的多个系统,如图 1 所示,主要包括:
( 1) L1 层: 电厂集散控制系统( DCS) ;
( 2) L2 层: 全厂过程设备实时监控信息系统( SIS) ;
( 3) L3 层: 自主或外委开发的系统,如发电生产作业流程系统、发电设备管理系统、设备异动管理系统、设备缺陷管理系统以及电力行业外部管理系统;
( 4) L4 层: 宝钢股份公司层面的管理系统,如宝钢协同办公平台、BES 科技创新管理系统、PSCS 备件采购控制系统、BPMS 技改项目管理系统、宝钢设备管理系统等.
L1 层为设备层,采用 DCS 控制系统,是成熟和先进的; L2 层为 SIS 层,与 DCS 有单向数据交换,L1 和 L2 均为基础数据层,并不作为流程管理范畴; L4 层是宝钢电厂上级公司的管理系统.本文讨论的信息系统为 L3 层信息系统,原来存在的主要问题是:
( 1) 系统不惟一,各系统各自为政,信息不共享,存在同一数据重复登录不同系统现象,不仅增加数据维护人员的工作量,还会出现信息不对称的状况,不利于日常的生产及管理;
( 2) 系统普遍存在可扩展性较差的问题,在实际使用过程中,新增的数据项无法增加进入系统,造成许多信息无法在系统中管理;
( 3) 系统功能多数停留在记录基本信息,对数据的查询、统计、分析功能较弱,数据的使用率低;
( 4) 系统维护工作跟不上实际要求;
( 5) 权限控制比较薄弱,造成部分操作人员无法使用系统,影响工作;
( 6) 界面不够人性化,公共查询条件太少,不能满足基本需求;
( 7) 部分日常管理工作,如技术监督管理、日常报表编制等,没有信息系统支撑;
( 8) 多数系统硬件设备使用年限较长,处理能力较弱,备件无法保证.
为解决上述问题,同时依据宝钢信息化管理要求和电力行业管理规范,有必要在电厂建立一套较为完善的信息化管理系统,命名为电厂生产管理系统,满足电厂生产管理信息化及精细化要求,使电厂信息化系统达到功能完善、可靠性高、安全性好、可用性强的目的.因此,电厂生产管理系统升级改造的主要定位是建立一个介于 L4 层宝钢整体信息系统及 L2 层电厂 SIS 系统之间的L3 层整体化运行的管理信息系统.
2 生产管理系统升级改造目标
( 1) 整合电厂现有的信息化系统,形成统一的生产管理系统,配套生产管理系统所需的系统软、硬件环境.
( 2) 通过系统升级,使电厂生产管理系统达到功能完善、简捷易用、可靠性高、安全性好、可用性强的目的,确保应用系统持续、可靠、安全地运行,为各台发电机组稳定、安全和经济发电做出贡献.
( 3) 提高电厂信息化管理的水平,提高电厂生产、管理人员获得信息的效率,缩短数据收集和分析的时间,提高历史数据的可靠性和可用性,并提供简明友善的管理手段,进而提高整体劳动生产率,以适应当前人员紧缺的劳动力状况.
3 生产管理系统的设计开发
3. 1 架构设计
电 厂 生 产 管 理 系 统 采 用 B/S ( Browser/Server,浏览器 / 服务器模式) 层次架构设计,应用服务与数据库软件部署在同一台服务器,通过网络对用户提供服务.
逻辑部署方面,1 台在线服务器执行实施在线服务; 1 台备用服务器作为热备用,在线服务器与备用服务器之间组成集群,直接连接到磁盘阵列; 1 台备份服务器负责备份工作,并连接有磁带机.
物理上共配置 3 台 PC 服务器,1 台 PC 服务器作为数据库服务器,1 台 PC 服务器作为应用服务器,数据库服务器和应用服务器互为备用;1 台 PC 服务器作为开发测试服务器并兼作备份服务器.3 台服务器均接入主干网络,终端通过主干网络访问系统.具体的系统结构如图 2所示.
为了提高系统可靠性和可用性,采用了高可用性设计:
( 1) 对于数据存储,内置磁盘采用 RAID10 技术,磁盘上所有数据将有两份拷贝,任何一份拷贝损坏都不会影响用户访问;( 2) 对于数据备份,采用备份软件对数据进行统一的备份管理,当出现数据丢失故障时可以利用备份恢复,恢复时间受故障发现时间和恢复数据量影响;( 3) 采用集群软件实现运行服务器的高可用性,当运行环境中任一服务器无法正常对外提供服务时,系统会将其上资源切换到另一服务器上,继续为用户提供服务.
3. 2 功能设计
电厂生产管理系统主要包括七大功能模块,分别是基准管理、电力生产管理、电力设备管理、两票管理、专业管理、成本管理及技术监督管理,系统的功能架构如图 3 所示.（图3略）
3. 2. 1 基准管理
基准管理是电厂生产管理系统的基础,为电厂生产管理系统其他模块提供基础数据支撑,通过建立基准的数据,使系统在分类、检索、查询、统计等业务信息传递工作中更加方便、准确、高效.
基准管理包含设备编码、部门、岗位代码、简易代码等.图 4 显示了基准管理模块中设备树浏览功能界面.
3. 2. 2 电力生产管理
电力生产管理涵盖发电生产工作的日常管理,包括运行值班记录管理、交接班记录管理、日志参数统计分析及经济小指标成本管理、当班燃料供应管理、环保数据记录管理、生产报表统计等功能.图 5 显示了电力生产管理模块中系统图查询界面.
3. 2. 3 电力设备管理
电力设备管理主要包括设备缺陷管理和设备异动管理等功能.缺陷管理模块用于实现设备缺陷提出、记录、处理、消除、验证、统计分析全过程的信息化管理,同时与其他功能模块进行数据交换,提高缺陷管理的效率并加强缺陷管理处理情况监督.
异动管理模块用于实现对热力系统和电气一次、二次系统的整体变动,操作功能的变动,设备的拆除及新装,控制软件的修改等事项的信息化管理,对整个异动申请、实施和报告的全流程进行跟踪,达到设备异动流程执行快速、顺畅和高效,维持电厂设备信息的最新状态.图 6 显示了电力设备管理模块中异动执行情况的查询界面,图 7显示了异动管理流程图.
3. 2. 4 两票管理
工作票和操作票的管理是电力安全生产的重要基础工作,对于确保人身和设备安全、确保电网安全稳定运行有着十分重要的作用.工作票管理分为标准工作票( 检修为主) 和普通工作票,提供打印功能供现场作业实施人员使用; 操作票管理分为标准操作卡和操作票,提供打印功能供现场人员使用.另外,设备试运行管理、检修项目前期准备和策划等内容也在两票管理模块体现.图 8 显示了两票管理模块中工作票填写界面.
3. 2. 5 专业管理
专业管理主要覆盖各技术专业工作的管理信息化,用于支撑生产技术管理部门进行技术业务流程实现和技术文件管理,包括工作计划管理、技术资料管理、能环管理、安全管理及报表管理等功能.图 9 显示了专业管理中职业健康监测计划及报告界面.
3. 2. 6 成本管理
成本管理主要包括预算管理、实绩收集及归集、成本分析三大块功能.预算管理实现电厂内部从预算申报到预算下达再到预算分解的流程管理; 实绩收集及归集实现电厂成本实绩数据的获取,并根据实际需求进行成本的归集; 成本分析提供各类成本分析报表.图 10 显示了成本管理模块中月度预算输入界面.
3. 2. 7 技术监督管理
技术监督管理模块针对电能质量、金属、化学、绝缘、热工、电测、环保、继电保护、节能以及汽轮机监测十项专业技术监督工作开发,主要用于实现技术监督业务流程的信息化管理,包括技术监督项目编制与维护,实施计划的生成与跟踪,技术监督实绩的录入与查看,技术监督项目实施过程中问题的管理,以及技术监督项目实施完成后报告的上载、查看及归档等具体功能.图 11 显示了技术监督管理模块中技术监督项目查询界面.
4 生产管理系统的应用与特点分析
电厂生产管理系统现已投入应用,系统功能完善、简捷易用、可靠性高、安全性好、可用性强,为各台发电机组稳定、安全和经济发电提供了管理支撑,促进了电厂信息化管理,提高了生产运行、设备维护和技术管理人员获得信息的效率,缩短了数据收集和分析的时间,提升了历史数据的可靠性和可用性,成为简明友善的管理手段,进而提高整体工作效率.图12 是生产管理系统登录的主界面.
整体上看,电厂生产管理系统升级改造实现了原设定的目标,达到了原设定的要求,系统具备以下特点:
( 1) 基于管理流程设计,采用流程软件控制流程环节,流程图以图形方式可视化显示,便于查看和跟踪流程执行状态,有利于工作流程的效率提升;
( 2) 数据录入单一入口,实现数据的惟一性,便于数据准确性控制和责任分配管理;
( 3) 事件触发流程,以现场事件发生后操作员工信息录入触发流程的开始,流程最后需要现场操作员工的终端验证,保证了工作的闭环管理,有利于工作质量管理;
( 4) 良好的权限控制,需要单一权限的赋予单一权限,可以多人负责的通过多人赋权,实现流程不会卡在某一个环节的可能,提高工作效率;
( 5) 良好的人机界面、提示功能和查询功能,有利于降低人员使用信息系统的疲劳度,提升工作效率;
( 6) 系统在开放平台开发,功能可以自由扩展,便于维护和更新,可以降低信息化系统更新开发的成本.
