HiaPlant智能工廠軟件平臺

HiaPlant智能工廠軟件平臺是和利時基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)開發(fā)，用于支撐企業(yè)連接工廠、設(shè)備、人員及產(chǎn)品等全數(shù)據(jù)、全要素的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，是工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)智能化管理、提升企業(yè)效率、加強安全環(huán)保、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效工具。

一、智能工廠軟件平臺概述

該軟件平臺在工廠數(shù)字化信息建模的基礎(chǔ)上，利用平臺的數(shù)據(jù)治理和綜合應(yīng)用能力，構(gòu)建統(tǒng)一的智慧數(shù)據(jù)中心，將模型、數(shù)據(jù)、分析及展示納入到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)，以開放的接口提供給專業(yè)合作廠商，共同構(gòu)建多樣化的行業(yè)應(yīng)用為用戶企業(yè)提供專業(yè)服務(wù)，充分滿足工廠決策分析、生產(chǎn)運營、成本核算、績效考核、安監(jiān)環(huán)保等多方面業(yè)務(wù)需求。

二、軟件平臺的應(yīng)用行業(yè)特點及主要應(yīng)用場景

平臺主要應(yīng)用行業(yè)涵蓋制造業(yè)、能源、電力、物流等重資產(chǎn)、重勞動力密集型行業(yè)。其應(yīng)用行業(yè)具備以下特點：

1.資產(chǎn)密集：行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備和資產(chǎn)是企業(yè)的核心資產(chǎn)，需要實時監(jiān)控和維護(hù)，以避免設(shè)備故障和資產(chǎn)損失。

2.勞動力密集：行業(yè)的生產(chǎn)過程需要大量人工操作及管理，需要提高生產(chǎn)效率和管理效率。

3.高成本壓力：行業(yè)的生產(chǎn)成本較高，需要不斷優(yōu)化生產(chǎn)過程和管理，降低成本。

4.供應(yīng)鏈復(fù)雜：行業(yè)的供應(yīng)鏈復(fù)雜，需要優(yōu)化供應(yīng)鏈管理，提高采購、庫存管理和物流等方面的效率。

該平臺解決方案的主要應(yīng)用場景列舉如下：

1.設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)：通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行遠(yuǎn)程維修和維護(hù)，提高設(shè)備運行效率，降低維修成本。

2.生產(chǎn)過程自動化：應(yīng)用機器人技術(shù)、自動化生產(chǎn)線技術(shù)和智能化控制技術(shù)等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，減少人工干預(yù)和錯誤。

3.故障診斷和預(yù)測：應(yīng)用人工智能和機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，實現(xiàn)故障智能診斷和預(yù)測，提高設(shè)備運行效率。

4.工廠自動化和信息融合：通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、集中管理和計算、組態(tài)環(huán)境、提供全廠信息化系統(tǒng)集成平臺，進(jìn)行生產(chǎn)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合打通。

5.能源管理：應(yīng)用智能化能源管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測和管理能源使用情況，實現(xiàn)能源的有效利用和節(jié)約，降低能源成本。

6.大數(shù)據(jù)分析：應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建立數(shù)據(jù)分析模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)測。

三、平臺方案詳情

HiaPlant智能工廠軟件平臺主要包括智能化管理平臺、數(shù)據(jù)分析和監(jiān)測平臺、工業(yè)設(shè)備診斷和運維平臺等方面的建設(shè)。其中，智能化管理平臺包括設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理等方面的智能化管理；數(shù)據(jù)分析和監(jiān)測平臺包括大數(shù)據(jù)分析、可視化監(jiān)測、預(yù)測性維護(hù)等方面的建設(shè)。

平臺提供了從邊緣層、基礎(chǔ)設(shè)施，平臺服務(wù)到應(yīng)用服務(wù)的全局解決方案。在邊緣層，提供了通過協(xié)議解析、網(wǎng)關(guān)接入等多類數(shù)據(jù)接入技術(shù)。在 PaaS 層，通過微服務(wù)技術(shù)的引入以及大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)建，打造平臺數(shù)據(jù)分析處理能力，并提供了人工智能和低代碼開發(fā)服務(wù)，實現(xiàn)進(jìn)一步的智能化，并可實現(xiàn)了不同行業(yè)的平臺的定制化優(yōu)化。在應(yīng)用層，提供了平臺云原生工業(yè) APP，并支持傳統(tǒng)工業(yè)軟件的云化遷移和整合。通過以上平臺能力的整合，為數(shù)字賦能生產(chǎn)、經(jīng)營、管理提供了堅實基礎(chǔ)。幫助用戶實現(xiàn)從自動化生產(chǎn)（Automated Production）向自主化生產(chǎn)（Autonomous Production）演變，通過智能應(yīng)用實現(xiàn)控制、操作和管理的閉環(huán)（感知、分析、決策、執(zhí)行），從而實現(xiàn)企業(yè)運營的持續(xù)改善。

平臺技術(shù)架構(gòu)

核心功能：

HiaPlant智能工廠軟件平臺核心功能包含數(shù)據(jù)采集、高性能實時歷史數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用集成框架及為智能工廠應(yīng)用開發(fā)提供的低代碼設(shè)計編排工具。并提供核心算法設(shè)計、編排可視化工具及運行環(huán)境，能夠滿足電力、化工等多行業(yè)的智能工廠解決方案應(yīng)用開發(fā)。

主要功能特點：

▲完整的智能應(yīng)用開發(fā)、設(shè)計解決方案；

(1)該方案基于傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)功能之上，提供虛擬化、分布式、彈性可伸縮的智能控制能力，以“軟件定義控制”的方式滿足智能工廠各類柔性、動態(tài)、分布式的高級控制及部署要求，形成流程行業(yè)生產(chǎn)運營的智能一體化方案。

(2)方案提供了基于Web技術(shù)的符合用戶習(xí)慣的類IEC61131-3低代碼組態(tài)調(diào)試工具，提供工業(yè)常用通用算法及流程行業(yè)專業(yè)算法，如智能檢測、智能控制、智能尋優(yōu)、智能監(jiān)盤、智慧決策等；支持包括Matlab/Simulink、C/C++、Python、Java等語言開發(fā)的模型導(dǎo)入，方便用戶積累沉淀現(xiàn)有成熟工業(yè)機理、機器學(xué)習(xí)模型及專家經(jīng)驗；工程師及用戶可針對現(xiàn)場實際情況靈活配置、編排、調(diào)試已有行業(yè)機理及機器學(xué)習(xí)模型算法，加速應(yīng)用落地及迭代升級。

(3)方案支持主流工業(yè)協(xié)議接入、具備工業(yè)異構(gòu)數(shù)據(jù)融合能力，提供基于OPC UA開放的信息模型組織數(shù)據(jù)，配合低代碼人機界面工具，工程師及用戶快實現(xiàn)智能應(yīng)用的數(shù)據(jù)集成及人機頁面搭建。

●擴(kuò)展性：所有組件和服務(wù)均可分布式部署或單點部署，同時滿足不同規(guī)模現(xiàn)場的需求，系統(tǒng)擴(kuò)容無需停機；

●模塊化：軟件組態(tài)和配置簡單高效，兼容多樣的應(yīng)用環(huán)境；

●自診斷與維護(hù)：通訊故障診斷、通訊自動重連，任務(wù)故障自診斷、故障軟件自動重啟；

●安全性高：與工業(yè)信息安全產(chǎn)品無縫集成，傳輸加密、身份驗證，多層次多手段的綜合防護(hù)；

●可靠性高：關(guān)鍵組件和服務(wù)冗余部署，數(shù)采支持?jǐn)帱c續(xù)傳，數(shù)據(jù)存儲支持磁盤陣列，網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余，最佳鏈路自選擇；

●開放性強：內(nèi)置豐富協(xié)議，支持主流控制系統(tǒng)及設(shè)備，自定義操作面板，支持二次開發(fā)。

主要技術(shù)特點：

●采用微服務(wù)架構(gòu)，支持容器化、物理化、虛擬化部署方式，適配公有云、私有云、混合云運維模式

●滿足廠級數(shù)據(jù)及應(yīng)用、集團(tuán)級數(shù)據(jù)分析等不同業(yè)務(wù)形態(tài)的需求

●基于Web的可視化組態(tài)實現(xiàn)PC、手機、手持設(shè)備、大屏等多種終端設(shè)備的一體化支持

●支持 RESTful、gRPC、OPCUA、Websocket 等開放集成標(biāo)準(zhǔn)，可靈活、高效支持與企業(yè)內(nèi)外部其它信息系統(tǒng)的橫向、縱向集成

●創(chuàng)新的“平臺 + 應(yīng)用”模式，通過拖拉拽等低代碼工具實現(xiàn)原生應(yīng)用快速孵化，同時為應(yīng)用提供數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)支持

●可視化向?qū)降倪\維部署能力，實現(xiàn)多租戶的數(shù)據(jù)和服務(wù)的安全隔離

●具備數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、大數(shù)據(jù)分析能力，集成多種機器學(xué)習(xí)算法，通過可視化的編排工具實現(xiàn)模型訓(xùn)練

主要性能指標(biāo)：

●平臺支持最大同時在線訪問量不小于2000，并發(fā)支持在200以上，在系統(tǒng)長時間運行下仍能順暢訪問.

●系統(tǒng)平均響應(yīng)時間不超過3秒；訪問高峰期，各類頁面響應(yīng)平均時間不超過3秒

●系統(tǒng)普通報表查詢生成平均響應(yīng)時間不大于3秒，復(fù)雜計算報表不大于60秒，10w點數(shù)據(jù)查詢導(dǎo)出不超過120秒

●訪問高峰期，服務(wù)器CPU利用率不大于70% ，服務(wù)器內(nèi)存利用率不大于70%

●系統(tǒng)能夠支持千萬級的數(shù)據(jù)處理能力

●關(guān)系數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)處理響應(yīng)小于2秒

●歷史庫支持每秒100個客戶端并發(fā)的請求，單點查詢10萬條數(shù)據(jù)響應(yīng)時間不超過30s，單點10萬個值聚合查詢響應(yīng)時間不超過10s，4.歷史插值、趨勢16點15分鐘數(shù)據(jù)2s內(nèi)響應(yīng)

●系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理吞吐量：高于0.5MB/秒

●平臺支持>20萬數(shù)據(jù)采集點的數(shù)據(jù)傳輸及分析需求

●工作流：每秒可執(zhí)行任務(wù)數(shù)為500，可并行處理任務(wù)

獨特性：

平臺對應(yīng)用開發(fā)的支持情況

●統(tǒng)一應(yīng)用管理

面向WEB應(yīng)用、桌面應(yīng)用、原生應(yīng)用，平臺采用統(tǒng)一方式在主界面集成并進(jìn)行監(jiān)控。

●統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理

平臺對實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、信息管理數(shù)據(jù)、流媒體數(shù)據(jù)、文件數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，方便應(yīng)用與數(shù)據(jù)對接。

●統(tǒng)一接入方式

◆接口接入：平臺提供一系列接口，如用戶權(quán)限(菜單權(quán)限、數(shù)據(jù)權(quán)限)、數(shù)據(jù)訪問(應(yīng)用注冊、服務(wù)注冊、數(shù)據(jù)字典等)，方便應(yīng)用進(jìn)行接口對接。

◆容器接入：應(yīng)用可以通過容器化改造由平臺統(tǒng)一管理，從而實現(xiàn)應(yīng)用與平臺集成。

●統(tǒng)一集成規(guī)范

應(yīng)用可以集成平臺的單點登錄、原生應(yīng)用、消息通知、表單、工作流、流程圖、移動端等。

●統(tǒng)一開發(fā)規(guī)范

新應(yīng)用一律采用平臺的統(tǒng)一規(guī)范進(jìn)行開發(fā)，可實現(xiàn)統(tǒng)一的部署和調(diào)度以及頁面風(fēng)格統(tǒng)一。

四、應(yīng)用案例介紹

隨著國家出臺眾多政策措施支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺智能工廠的發(fā)展和應(yīng)用，國內(nèi)很多企業(yè)已經(jīng)開始數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級的探索和實踐，和利時HiaPlant智能工廠平臺已經(jīng)得到眾多具體的實踐及應(yīng)用，并取得一定的成效。

某大型智能電廠應(yīng)用

本案例是以HiaPlant平臺為基礎(chǔ)支撐，在電力行業(yè)生產(chǎn)控制過程中深度融合DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)的多維智能平臺系統(tǒng)應(yīng)用案例。

1、項目概況

本項目為2×660MW超超臨界直接空冷機組，控制系統(tǒng)均采用和利時DCS/DEH/ETS一體化控制系統(tǒng)，整個項目的煤、灰、水等輔助控制系統(tǒng)軟硬件同主機DCS一致，支撐軟硬件采用和利時MACSV6-K系列產(chǎn)品，邏輯軟件設(shè)計由和利時設(shè)計研發(fā)。

本項目以現(xiàn)有DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)框架，基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)建立一體化智能控制平臺，作為智能化電廠架構(gòu)中實現(xiàn)生產(chǎn)運行、智能監(jiān)控的有效載體，通過在平臺上的統(tǒng)一設(shè)備數(shù)據(jù)接入，數(shù)據(jù)存儲、算法應(yīng)用編排實施一系列智能高級應(yīng)用，實現(xiàn)了自動化、信息化與智能化技術(shù)在發(fā)電生產(chǎn)領(lǐng)域的高度發(fā)展和深度融合，將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、可視化、專家系統(tǒng)、先進(jìn)測量與智能控制等技術(shù)在發(fā)電生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了系統(tǒng)化應(yīng)用，促進(jìn)發(fā)電生產(chǎn)更安全、更高效、更清潔、更低碳、更靈活。

2、總體思路

項目目標(biāo)：通過多維智能平臺將自動化、信息化與智能化技術(shù)在發(fā)電生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)行深度融合，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、可視化、專家系統(tǒng)、先進(jìn)測量與智能控制等技術(shù)在發(fā)電生產(chǎn)過程中的系統(tǒng)化的應(yīng)用，達(dá)成發(fā)電生產(chǎn)更安全、更高效、更清潔、更低碳、更靈活的目標(biāo)。

項目構(gòu)建一套基于內(nèi)生安全框架的多維智能控制平臺作為支撐該大型電廠智能化建設(shè)的基礎(chǔ)。平臺可為電廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)信息提供一套以內(nèi)生安全為機制的全方位安全防護(hù)體系和開放的高級應(yīng)用環(huán)境，具備接入第三方智能應(yīng)用的接口。

項目以現(xiàn)有DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為架構(gòu)，建立一體化智能控制平臺，作為智能化電廠架構(gòu)中實現(xiàn)生產(chǎn)運行、智能監(jiān)控的有效載體，通過在平臺上實施一系列智能高級應(yīng)用功能，成為實現(xiàn)“智能+運行”的重要手段。

將泛在計算技術(shù)和廣域app間不同的數(shù)據(jù)源、分析算法和工業(yè)模型組件之間互為調(diào)用的機制相結(jié)合，并融合多維智能控制平臺本身具備的可擴(kuò)展并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、智能協(xié)調(diào)控制技術(shù)以及智能報警建模平臺等技術(shù)，在DCS系統(tǒng)實現(xiàn)全廠機、爐、電、輔助系統(tǒng)、公用系統(tǒng)一體化集中監(jiān)控的基礎(chǔ)上，通過部署智能控制器、高級應(yīng)用服務(wù)器、大型實時歷史數(shù)據(jù)庫等部件，建立DCS常規(guī)基礎(chǔ)控制層和智能控制層之間的閉環(huán)聯(lián)系，縱向打通DCS常規(guī)控制與智能控制的界限，將常規(guī)DCS系統(tǒng)升級成為一套基于內(nèi)生安全的多維智能平臺構(gòu)建的大型燃煤機組智能控制及智慧運維系統(tǒng)，并確保不影響原有DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。 

3、技術(shù)路線

項目所構(gòu)建的基于邊緣計算技術(shù)的多維智能平臺，是以智能分散控制系統(tǒng)（DCS）為核心，增加部署智能控制器、高級應(yīng)用服務(wù)器、大型實時歷史數(shù)據(jù)庫等部件，擴(kuò)展智能優(yōu)化算法庫、高級值班員工作站、開放應(yīng)用服務(wù)器等資源，實現(xiàn)發(fā)電過程的智能檢測、智能控制與智能運行監(jiān)控，為火電廠控制優(yōu)化與運行優(yōu)化、狀態(tài)監(jiān)測及診斷預(yù)警提供可靠的軟硬件平臺。建立基本控制、智能控制等層級之間的閉環(huán)聯(lián)系，縱向打通直接控制與智能運行控制的界限，提供開放的高級應(yīng)用環(huán)境，將常規(guī)DCS系統(tǒng)升級成智能DCS系統(tǒng)，并確保不影響原有DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

在軟件方面，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下典型生產(chǎn)過程和裝置面臨的安全威脅模型，采用可信3.0技術(shù)結(jié)合火電廠典型生產(chǎn)場景中對控制系統(tǒng)實時性和可用性要求，研究突破基于主動免疫的控制系統(tǒng)防護(hù)、基于數(shù)字孿生的在線安全仿真技術(shù)、信息與功能雙安融合在線風(fēng)險評估和協(xié)同防御技術(shù)，構(gòu)建工業(yè)控制系統(tǒng)的內(nèi)生安全體系，解決電廠生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)內(nèi)生安全及雙安融合防護(hù)問題，實現(xiàn)對安全防護(hù)系統(tǒng)能力的多角度精準(zhǔn)研判。

平臺可適應(yīng)能源互聯(lián)網(wǎng)的新一代多維智能控制系統(tǒng)，以內(nèi)生安全機制為廣泛支持泛在感知、廠級控制、第三方智能算法部署。打破電廠傳統(tǒng)的通過常規(guī)DCS系統(tǒng)進(jìn)行過程控制的方式，結(jié)合性能計算、耗差分析、故障預(yù)警等功能，優(yōu)化現(xiàn)有的控制方式，切實做到生產(chǎn)效益的提升。

4、創(chuàng)新點

1)內(nèi)生安全智能控制平臺框架

構(gòu)建應(yīng)用于大型燃煤發(fā)電機組的內(nèi)生安全多維智能平臺框架，遵循“自主密碼為基礎(chǔ)，可控芯片為支柱，雙體系架構(gòu)為平臺，可信軟件為核心，對等網(wǎng)絡(luò)為紐帶，生態(tài)應(yīng)用成體系”，采用并行雙體系設(shè)計保證了業(yè)務(wù)安全的無擾運行，解決功能安全與信息安全融合的難點問題。

2)融合時序性、關(guān)系型和流媒體等的分布式大規(guī)模數(shù)據(jù)部署體系，可擴(kuò)展并行數(shù)據(jù)庫分析平臺，不同數(shù)據(jù)源采集密度特性的作業(yè)調(diào)度機制

通過在多維智能平臺中構(gòu)建融合時序性、關(guān)系型和流媒體等的分布式大規(guī)模數(shù)據(jù)部署體系，來滿足智能火電廠大型燃煤機組等設(shè)備在生產(chǎn)運行過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的高速采集、處理及分析應(yīng)用。

3)具有動態(tài)配置能力的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合的技術(shù) 

平臺具有動態(tài)配置能力的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，具有動態(tài)集成工具集及數(shù)據(jù)重構(gòu)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠設(shè)備、單元等不同層次的數(shù)據(jù)動態(tài)集成。

4)泛在計算空間平臺

基于大型火電廠運行、維護(hù)及科學(xué)管理的特點，通過在泛在計算空間平臺中構(gòu)建了一套適用于大型燃煤發(fā)電機組全生命周期的智能安全與整體能耗優(yōu)化綜合管控系統(tǒng)，解決了大型火電廠從燃料入廠至生產(chǎn)發(fā)電的全域能耗優(yōu)化和安全管理的智慧管控的需求。

5)工業(yè)APP多功能交互智慧系統(tǒng)

在專屬智能控制平臺中通過對不同APP功能模塊間不同的數(shù)據(jù)、算法和工業(yè)模型組件、專家?guī)旒斑壿嫀斓幕檎{(diào)用，滿足了廣域APP之間不同功能模塊的智慧聯(lián)動及交互，形成了一個能滿足大型火電廠智慧運維場景的多功能智慧交互系統(tǒng)，為智慧電廠無人值守提供堅實的基礎(chǔ)。