西安热工研究院有限公司杨耘艺，杜金刚，陈建平，陈俊强，赵晋松

1　项目目标和概述

随着我国能源结构不断优化，传统燃煤发电企业面临深度调峰挑战，燃煤成本占发电成本的60%-70%，成为关注焦点。当前燃煤业务分为“两条业务线，三个管理闭环”，即生产线和经营线。生产线注重煤场管理和配煤掺烧，追求度电成本最低；经营线则关注燃煤供应业务，致力于提升运营效率、降低采购成本及增强风险防控。

燃煤火电厂厂侧燃料管控系统主要用于燃煤火电厂的进耗存管理，一方面，落实廉洁风险防控，做到事前、事中和事后的可控在控，实现了自动归批、自动采样、样品不落地、数据不落地、数据加密和入厂入炉混编等目标；另一方面，动态掌握场存煤的量、质、价及位置信息，为配煤掺烧和燃煤采购提供准确数据支撑；同时，将掺配业务处理流程纳入系统管理，积累掺配掺烧数据，通过掺配评估不断优化掺配方案。

燃煤火电厂厂侧燃料管控系统基于华能自主知识产权的工业互联网平台TCloud开发，实现了燃料设备的物联网平台搭建，做到了设备集中管理、数据收集与分析、设备远程控制、保障设备数据安全等能力，拥有各类接入物联网平台的协议和SDK，对接入设备进行身份登记及访问认证，设备物模型定义，设备属性、事件和服务配置，提供了设备边缘计算数据过滤和分析能力，使用消息通信发布数据到物联网平台供订阅设备使用，使用组态图对控制逻辑进行可视化编排，快速搭建系统框架和模型。

1.1　功能特点

通过信息化、边缘计算手段为业务赋能，达到减员增效的效果，另一方面，落实廉洁风险防控技防措施，做到事前、事中和事后的可控在控。铁路货运单识别、基于翻车机信号连锁控制的静态衡称量等环节通过边缘计算技术实现自动归批、自动采样、样品不落地、数据不落地、数据加密和入厂入炉混编等目标，同时，定义了近30类的厂侧敏感事件，事件由厂侧系统自动生成，需电厂相关管理岗位处理及审批，部分重要事件上传集团，在集团燃料管控平台形成统计和考核。

铁路货运单识别环节通过对接铁路95306货运系统，实现电子货运单下载、导入、识别、人工审核提交，依据货运单车型、车号、矿发量、发站、供应商、煤种等信息，结合入厂铁路识别器实现空车数据过滤及信息匹配，自动生成铁路预归批数据。满足翻车业务操作前煤批批次数据的生成管理。

基于翻车机信号连锁控制的静态衡称量环节旨在提高物料翻卸称量的过程的精度与效率，进一步实现自动化与智能化管理，优化生产流程。该环节主要由翻车机、静态衡、信号连锁控制系统、数据采集与处理系统等组成。翻车机负责将物料翻卸到静态衡上，静态衡则对物料进行称量，并将称量数据传送给数据采集与处理系统。信号连锁控制系统则负责协调翻车机和静态衡的动作，确保称量过程的顺利进行。

自动归批：打通与公路、铁路、下水煤调运系统的信息壁垒，可预先获取来煤信息，根据归批规则实现自动归批。

自动采样：依据归批信息，生成符合国标/行标自动生成采样方案，与采样系统集成，执导采样机完成采样作业，有效解决采样代表性问题，体现风险防控效果，提升质检公信力；同时通过采样机的反馈，可以从采样点水平随机分布性和采样深度等多方面，发现先采样机的缺陷及可能存在的风险和漏洞。

样品不落地：与煤样自动封装系统集成，煤样从采样机到制样间，全程电磁锁密封，排除取送样过程人为风险，同时采样码写入芯片由系统自动识别。

数据不落地：开发华能自主知识产权的汽车计量无人值守系统和轨道衡静态衡无人值守系统，实现入厂煤排队管理、自动验票、自动重车、自动回皮和自动出票等功能；从表头直接取数，实现计量数据不落地采集；落实矿发量与到厂量对比预警等功能，提醒值班人员对存疑车辆进行重点查验，有效降低了入厂计量环节的潜在风险。

数据加密：由于轨道衡动态衡计量系统及化验仪器设备暂不能做到从一次仪表直接取数，而是从厂家提供的本地数据库进行数据抽取，为了确保数据真实防止篡改，使用数据加密技术，实现加密存解密校验取。

入厂入炉混编：在采制化业务环节利用三级加密编码，入厂入炉混编，编码不做区分，样品交接称重复核对比，原煤样单进单出，实现煤样实物流转过程中的信息屏蔽和风险防控。

智能设备方面：与全自动制样机、智能存样柜及全自动化验等智能设备集成，实现燃煤验票、计量、采样、制样、存样、出厂环节的全自动化，无人值守，排除人为因素。

1.2　创新点

燃煤火电厂厂侧燃料管控系统实现了与前端汽车衡、火车衡、煤质化验设备的集成，保证燃料入厂计量、煤质化验数据不落地；实现了与入厂煤、煤场、入炉煤皮带秤，以及公司侧燃料系统、SAP系统、燃料调运系统的集成；防范了入厂验收煤量、采样制样煤质化验数据人为修改的舞弊行为，实现燃料计划、采购、调运、入厂、场存、耗用、结算、支付的全过程实时管理。

（1）边缘计算赋能业务自动化与智能化

通过边缘计算技术，在铁路货运单识别、翻车机信号连锁控制的静态衡称量等关键业务环节实现自动归批、自动采样、样品不落地、数据不落地等目标，显著提升业务效率与精确度，同时减少人工干预，达到减员增效的效果。

（2）实时数据处理与风险防控

利用边缘计算的实时数据处理能力，对敏感事件进行实时监测与预警，确保事前、事中、事后的可控在控。通过定义近30类厂侧敏感事件，并由厂侧系统自动生成与上传，实现了对业务流程的全面监控与风险防控。

（3）信息壁垒打通与数据集成

边缘计算技术打通了公路、铁路、下水煤调运系统的信息壁垒，实现了多源数据的实时集成与处理。这不仅提高了数据的准确性与及时性，还为自动归批、自动采样等业务的实现提供了数据支持。

（4）数据加密与信息安全

在数据从采集到处理的整个流程中，边缘计算技术结合数据加密技术，确保了数据的真实性与安全性，适用于轨道衡动态衡计量系统及化验仪器设备等关键环节，有效防止了数据篡改与泄露。

（5）智能设备集成与无人值守：

边缘计算技术与全自动制样机、智能存样柜及全自动化验等智能设备集成，实现了燃煤验票、计量、采样、制样、存样、出厂环节的全自动化与无人值守。这不仅提高了业务效率，还进一步排除了人为因素带来的风险。

2　案例介绍

燃煤火电厂厂侧燃料管控系统物联网平台由软件、硬件、服务构成，涵盖设备接入、设备管理、数据解析、数据存储、数据访问、数据展示以及基础业务系统多个维度的功能模块，可根据行业特点，自适应调整系统配置，快速、经济地帮助企业建立专属联网平台，达成业务转型中不同阶段的物联网化目标。

提供“云-边-端”一体化工业互联网平台方案，基于智能边缘计算采集器或物联网关，快速建立设备到云端之间的连接，实现设备联网、远程监控运维、可视化建模和数据分析等服务，支撑海量设备的数据采集、数据传输、存储计算、运行监控和故障预测等场景需求。

燃煤火电厂厂侧燃料管控系统物联网平台架构如图1所示。

图1 燃煤火电厂厂侧燃料管控系统物联网平台架构

燃煤火电厂厂侧燃料管控系统物联网平台实现设备集中管理、收集和数据分析、远程控制、保障设备数据安全等能力，依据不同类型设备接入燃煤火电厂厂侧燃料管控系统物联网平台支持的接入协议、SDK和具体流程不同，物联网平台支持的设备类型和对应协议如表1所示。

表1 设备类型和对应协议

直连设备和网关子设备认证方式采用物联网平台的设备证书信息ProductKey（产品信息唯一标识）、DeviceName（设备名称）、DeviceSecret（设备密钥）进行认证。MQTT协议云网关设备认证方式采用标准的MQTT协议规范的UserName作为身份信息进行认证，支持设备和服务端双向安全认证等能力。物联网平台支持使用设备密钥、ID²认证、X.509证书和开源MQTT托管设备认证进行设备身份认证。针对不同的使用环境，物联网平台提供以下四种设备密钥认证方案：一机一密，每台设备烧录自己的设备证书；一型一密预注册，同一产品下设备烧录相同产品证书；一型一密免预注册，同一产品下设备烧录相同设备证书；子设备动态注册，网关连接上云后，子设备通过动态注册获取设备证书。

创建设备物模型，物模型是物理空间中的实体（如传感器、车载装置、设备）在云端的数字化表示，从属性、服务和事件三个维度，分别描述了该实体是什么、能做什么、可以对外提供哪些信息。属性用于描述设备运行时具体信息和状态。例如，环境监测设备所读取的当前环境温度、智能灯开关状态、电风扇风力等级等。可分为读写和只读两种类型。读写类型支持读取和设置属性值，只读类型仅支持读取属性值。服务指设备可供外部调用的指令或方法。服务调用中可设置输入和输出参数。输入参数是服务执行时的参数，输出参数是服务执行后的结果。相比于属性，服务可通过一条指令实现更复杂的业务逻辑，例如执行某项特定的任务。服务分为异步和同步两种调用方式。事件是指设备运行时，主动上报给云端的信息，一般包含需要被外部感知和处理的信息、告警和故障。事件中可包含多个输出参数。事件可以被订阅和推送。

使用边缘计算在设备端进行数据过滤和分析，使效率和安全性有了显著提升。将计算和数据存储放在物联网设备的边缘处，而不是将其发送到云端或远程服务器进行处理，大大减少了数据处理和传输的延迟，减少了传输时间和延迟，节省了带宽和能源。由于部分数据存储在物联网设备的边缘处，因此可以减少数据泄露和攻击的风险，边缘计算还提供加密和身份验证等安全措施，以确保设备和服务的安全性。同时由于计算和数据存储在物联网设备的边缘处，因此可以轻松地添加或删除设备，从而提高应用程序的可扩展性和灵活性。

使用消息通信Topic将消息发布到燃煤火电厂厂侧燃料管控系统物联网平台，物联网平台将消息发送给订阅Topic的设备，实现设备、物联网平台、业务服务器、其他云产品之间的通信，具体如图2所示。

图2 Topic通信方式

基于翻车机信号连锁控制的静态衡称量系统的硬件架构如图3所示。

图3 基于翻车机信号连锁控制的静态衡称量系统硬件架构

翻车衡系统和静态衡系统通过西门子200smartPLC实现输入和输出信号交互。静态衡系统和PLC通过网线直连，PLC和翻车机系统通过硬件线直连。信号采集PLC的现场工作图如图4所示。

图4 静态衡计量系统现场工作图-信号采集PLC

3　代表性及推广价值

3.1　应用情况及效果

近三年来，西安热工研究院在集团内为范坪电厂、西固电厂、沁北电厂、渑池电厂、渭南热电、海门电厂、汕头电厂、长春热电、营口电厂、雨汪电厂、滇东电厂、荆门热电、安源电厂等数十个电厂的厂侧燃料系统升级和建设项目提供了技术服务，同时通过集团集采的厂侧燃料管理系统2.0升级和待升级的电厂三十余家。

3.2　推广价值

燃煤火电厂厂侧燃料管控系统满足不同燃料管理方式，设计了满足铁路、公路、海进江、海转陆等燃煤电厂燃料进、耗、存多种复杂管理方式的应用模型，通过系统配置方式即可快速实现具体电厂燃料管理过程，满足电厂燃料管理不断发展的需求。已在华能所属45家单位进行了推广应用，满足三级管理要求，实现电厂、分公司、集团的信息实时共享和分级管理。

系统集成方面制定统计的标准接口，可与采样机系统、样品自动封装系统、全自动制样系统、智能存样柜、电子存样柜、全自动化验机器人和门禁系统通过标准接口快速集成，有效稳定协同作业。

燃煤火电厂燃料业务模式大同小异，设备设施各有差异；系统提供了模块化灵活配置功能及丰富充足的系统集成接口，因此，该系统在国内其他发电企业具备可复制性。

燃煤火电厂厂侧燃料管控系统从2012年筹建开始，经历了1.0建设，深化应用，2.0升级等阶段，经过十几年的系统运行期间不断迭代和优化，已经成为电厂燃料管理及监督重要支撑型信息系统。2.0升级完成后，强化了全过程、全方位管理，加大了关键环节管控的力度，规范了燃料采制化等现场作业行为，增强了到厂验收的公信力，树立了华能品牌。

3.3　效益分析

通过信息化、物联网、边缘计算手段和自动化设备为业务赋能，实现作业的无人化和少人化，数据采集的实时自动化和多维的数据自动统计报表，达到减员增效的效果。

落实廉洁风险防控技防措施，做到事前、事中和事后的可控在控。增强了到厂验收的公信力，树立了华能品牌，有效控制了燃料供应领域“以少充多”和“以次充好”现象的发生，避免了经济损失，减少了经济纠纷。

实现煤场存煤的精细管理和配煤掺烧的闭环管理，可以辅助电厂决策人员快速制定生产方案，有效降低燃料生产成本，同时，也可减少环保超标情况的发生。

实现入炉耗用计量与煤质数据的自动采集和匹配，为碳排放和碳核查提供数据统计依据。

3.4　方案成熟性

燃煤火电厂厂侧燃料管控系统从2012年始建之初，燃煤火电厂燃料相关基础设备还相当落后，几乎没有什么自动化设备和智能设备，可以说系统是在一穷二白的基础上，落实了集团“管理制度化、制度流程化、流程表单化、表单信息化”的总体要求，实现了数据自动采集，消除了数据孤岛，完成了燃料全过程闭环管理。

可以辅助电厂决策人员快速制定生产方案，有效降低燃料生产成本，同时，也可减少环保超标情况的发生。实现入炉耗用计量与煤质数据的自动采集和匹配，为碳排放和碳核查提供数据统计依据。3.4　方案成熟性燃煤火电厂厂侧燃料管控系统从2012年始建之初，燃煤火电厂燃料相关基础设备还相当落后，几乎没有什么自动化设备和智能设备，可以说系统是在一穷二白的基础上，落实了集团“管理制度化、制度流程化、流程表单化、表单信息化”的总体要求，实现了数据自动采集，消除了数据孤岛，完成了燃料全过程闭环管理。

技术方面，系统使用华能自主知识产权的TCloud工业互联网平台开发，构建一个基于容器平台和微服务架构的企业级应用系统。平台采用业界主流技术如Spring Boot和Vue.js，预置多种通用组件，提供低代码开发能力，系统部署方面采用K8S集群管理、容器面板、集群监控、日志收集和查看、容器镜像、容器编排等组件，实现容器的统一编排，快速部署和更新能力。在开发和部署方面采用技术都很成熟，所以系统运行稳定。

管理方面，一直坚持统一建设和统一运维的体系，在系统运维期间，出现优化需求和缺陷都能够及时处理。

人才方面，通过十几年的系统存续和不断升级，西安热工研究院已经建立起了一支技术能力强素质过硬的团队，另外，建立运维管理制度，通过制度管人，系统责任落实，加强电厂相关人员技术培训，目前电厂已可以完成一些现场设备、网络及安全等日常运维和故障处理工作。总之，燃煤火电厂厂侧燃料管控系统已经比较成熟，而且经过大量电厂的应用验证，因此，从技术、管理、人才及资金方面都不存在不可控风险。

摘自《自动化博览》2025年2月刊