基于物联网的水电企业一线班组智能管理

吴 凡

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

湖北清江隔河岩水力发电厂位于湖北省宜昌市长阳土家族自治县境内，安装4台300 MW混流式水轮发电机组，总装机1 212 MW，设计年发电量30.4亿kW·h，是华中电网骨干调峰调频电厂。隔河岩水利枢纽控制流域面积14 430 km2，多年平均降水量1 380 mm，多年平均流量383 m3/s，多年平均径流量120.76亿m3。隔河岩大坝为混凝土重力拱坝，坝顶高程206 m，坝长653.5 m，正常蓄水位200 m，总库容30.18亿m3，属年调节水库[1]。隔河岩电厂1993年6月首台机组投产发电，1994年11月4台机组全部投产发电，电厂于2011年全面启动监控系统、调速系统、励磁系统、直流系统、机组保护系统、线路保护系统、同步向量测量系统、调度数据网系统以及自动化辅控系统的更新改造，截至2017年底，设备改造工作基本完成，在长达7年的设备集中改造周期内，电厂保持了良好的安全生产记录，连续7年实现零非停、零障碍的双零目标[2]。

1 班组智能化建设实践

隔河岩电厂自动班做为一线核心生产班组，始终坚持对水电生产的各个环节实施精益管控，持续采用新技术、新工艺，不断提高设备可靠性，严格坚持运维问题导向，密切关注设备生命周期，加强历史数据趋势分析，提前预判系统健康状态，积极践行智能管理、绿色检修，围绕自动化设备的运行维护、缺陷处理和隐患排查等发掘新方法、开拓新思路，有机结合互联网新技术，推行班组智能化建设，不断探索水电企业互联网+一线班组管理的新模式。

1.1 班组智能化考勤管理

隔河岩电厂自动班共有8名员工，负责全厂计算机监控系统、励磁系统、调速系统、自动化辅控系统等电气设备的运行维护，所辖设备分布在大坝、廊道、进水口、厂房、尾水平台等各个角落，点多面广，时常需要深夜低谷消缺以及外出检修维护，班组成员的工作时间和工作地点随机性大，在办公室集中办公的时间受到一定限制，给传统的考勤管理带来挑战。

清江公司于2017年5月正式实行手机刷卡考勤，在流域电厂范围内统一采用RF-SIM卡，用手机替代考勤卡，同时具备门禁准入卡，食堂餐卡等功能。2018年5月，隔河岩电厂厂区全面实现WIFI无线网络全覆盖，在此基础上，自动班根据班组管理实际需求，提出了班组智能考勤的目标，通过采用阿里巴巴集团免费提供的钉钉(DingTalk)多端协同平台，较好解决了水电企业一线班组考勤管理的痛点，水电企业一线班组智能考勤管理主要具有以下特点：

1)系统具有DING公告功能，班组员工是否阅读过公告内容清晰可见。

2)系统具有外勤签到功能，班组管理者可快速查看班组成员外出工作的位置信息，实时掌握班组成员外出检修及消缺情况。

3)班组管理者可开启系统的极速打卡功能，班组成员到达考勤地点并打开钉钉APP后系统自动打卡。若班组成员外出检修地点不在考勤范围，可点击上传外勤位置信息，钉钉将自动记录并上传位置信息。

4)考勤系统会对手机的打卡环境做综合判定，遇到手机刷机、系统升级、或者登陆他人设备等情况时会有人脸识别提示，确保考勤数据真实可靠。

采用该系统后，自动班可精确量化班组成员的工作时间，无论是正常工作时间的设备维护、外出检修，还是深夜的低谷消缺、节假日加班，智能考勤系统都能根据位置信息和时间信息如实记录，结合系统后台的大数据统计及智能化分析功能，能够为班组员工考核提供较大权重的数据支撑，同时还可以根据某项具体工作的耗时统计，精准分析工作强度，调整班组人力资源分配，优化班组管理流程，系统界面如图1所示。

图1 班组考勤智能化管理

1.2 班组智能化物资管理

为保障发电设备检修维护及缺陷处理的及时性，水电企业一线班组都配备有班组仓库，用于存储备品备件、试验仪器、专用设备等，但班组一般没有配备专职仓库管理员，仓库管理需要依靠班组成员共同完成出入库管理、库存物资清点、消耗物资补充申报等，因为缺乏硬性约束和相应的技术手段，自动班于2013年7月发挥专业特长优势，自行搭建了班组物资管理服务器，实现班组仓库的电子化出入库录入和数据库管理，但仍然缺乏统一的管控，很难真正实现帐卡物的严格对应。自动班的8名班组成员均承担了不同的设备分工，在设备检修维护尤其是深夜低谷消缺的过程中，不可避免的要消耗班组仓库的物资，具体到一些紧急缺陷处理时为使得设备尽快恢复运行，班组成员一般暂不进行备品备件及设备物资的出库登记，而是在相关工作完成后进行事后集中补登，另外在检修过程中，各工作面需要交叉使用班组仓库公共试验设备和专用工具，因为缺少相关设备的实时追踪和动态管理，班组人员无法做到对班组仓库物资状态和设备使用的精细化管理。

基于上述班组仓库管理难题，自动班在班组物资仓库数据服务器管理的基础上，提出了班组物资智能化管理的目标，设计出基于RFID和ZigBee技术的互联网+班组物资仓库智能化管理系统[3]。RFID(Radio Frequency Identification)是构建物联网(Internet of Things)的核心射频识别技术，其利用近场电磁感应交换数据，通过射频读写器识别并传输电子标签内存储的物资和设备信息。ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网通信技术，具有远距离自适应组网、数据采集、无线定位等功能，班组物资仓库智能化管理系统将RFID射频识别和ZigBee无线传感器网络进行技术融合，实现班组物资仓库内备品备件、试验仪器、专用工具等的批量自动识别、实时定位跟踪、远程监控管理等。自动班将班组仓库内的备品备件、试验仪器、专用工具等关键物资与无源RFID电子标签绑定，通过安装在仓库货架的多台固定式RFID射频读写器天线，配合ZigBee低功耗无线网络，实时读取物资参数信息，动态感知物资库存状态，智能定位并追踪物资使用情况，实现了班组物资的自动识别、智能盘点，流通统计，以及库存定位，消耗预警等[4]，完全省去了人工出入库登记和物资清点环节，结合智能终端的班组物资管理APP，班组成员可随时随地查看物资仓库内的库存物资状态，真正实现全天候24小时监控，任一备品备件、试验设备、专用工具等离开班组仓库范围，固定式RFID射频读写器天线便感应不到相应物资的RFID电子标签，后台程序自动标记该物资为出库或者消耗状态，全程无需班组成员人工参与，系统自动完成出入库登记。班组根据APP的库存物资预警提示，能够实时掌握库存物资消耗情况并及时向物资采购部门申报物资补充计划，实现班组物资仓库的智能化精细化管理，系统界面如图2所示。

图2 班组仓库智能化管理

1.3 班组智能化巡检管理

隔河岩电厂2016年完成了生产区域工业电视系统的升级改造，基于海康威视的水电站安全防范整体解决方案实现了电厂视频监控的全覆盖，厂区内重要区域高清摄像头可通过人脸识别、车牌识别等确定进入区域人员的身份信息，支持行为分析和可视化定位[5]，一旦发现异常情况能够及时推送预警画面。

基于生产区域的视频监控工业电视系统，自动班提出了设备智能化巡检的目标，实现了基于视频图像识别的常规巡检路线智能化分析和设备异常状态智能化推送功能。隔河岩电厂视频监控系统集成了远动系统所不具有的前端图像智能分析功能，系统通过图像识别和智能分析，可远程监控电厂环境、设备、人员等实时状态，构建独立于计算机监控系统遥信、遥测信号以外的独立视觉监控体系，系统主要涉及下述关键技术：

1)图像预处理算法。以摄像头捕获图像的边缘检测为核心，以图像分割为突破点，在图像变换、图像增强、图像恢复上进行剖析和建模，使其适应水电厂设备的特定环境，提高预处理的效果和准确度。

2)图像识别检测。系统通过分析预置的图像识别规则，使用图像视觉解析技术对水电厂视频图像中的目标物体进行分离、侦测、监控、追踪，解决水电厂内设备状态以及运维人员的操作行为问题。

3)前端视频设备预处理。系统可智能降低正常状态下的图像刷新次数，滤除正常视频画面以减少传输带宽占用，当异常发生时，自动将异常画面实时推送至视频监控主站，实现视频监控系统的智能化。

结合上述技术手段，自动班利用巡检人员进入特定监控区域的人脸识别和行为分析技术，可准确判断巡检人员的作业过程和作业轨迹，利用重点设备视频监控画面的运动检测功能，可及时发现设备工作状态的细微变化，引导巡检人员有针对性的现场查看异常设备状态，以实现班组的智能化巡检管理，系统界面如图3所示。

图3 班组巡检智能化管理

2 班组安全生产业绩

隔河岩电厂连续7年双零目标的实现，聚焦到一线班组，聚焦到自动班，就是监控系统、调速系统、励磁系统、直流系统、同步向量测量系统、调度数据网系统以及自动化辅控系统的安全稳定运行，需要数百个盘柜、数千条电缆，数万个端子、以及不计其数的回路、节点、逻辑、代码等所有环节的精确可靠和准确执行，需要繁琐复杂的数据采集、流程优化、异常处理、可靠性测试。基于与物联网技术深度融合的一线班组智能化管理，在电厂长达7年的二次设备集中改造周期内，自动班承担了占二次设备绝大多数的电气自动化设备改造任务，全面更新存在安全隐患的设备及系统，彻底清理停机回路，整治端子箱、电缆、接地、防雷、绝缘。隔河岩电厂水轮机端子箱整治、发电机端子箱整治、示流计改造、同期装置改造完成于2009-2011年间，调速系统电气部分改造完成于2010至2012年间，调速器油压控制系统改造完成于2011-2012年间，励磁系统改造完成于2011至2013年间，监控系统改造完成于2013至2016年间，110V直流系统、同步向量采集系统、高低压气控制系统、电制动空压机系统、检修渗漏排水控制系统、交直流电源屏改造完成于2014至2016年间，大坝廊道排水控制系统、机组技术供水控制系统改造完成于2017年，如此的主辅设备分批次，分阶段改造，自动班完成了所辖设备共计150余面盘柜的整体更换，为本质安全型电厂提供了可靠的设备及技术支撑，成就了机组的最优运行状态，全厂设备缺陷数量更是从2011年的133项下降至2017年的40项[6]，班组智能化管理成果显著。