在仿生智慧电厂五层架构体系中，每一层相互独立且互联互通，实现了发电厂信息离散系统、社会/人连续系统和发电物理连续系统在计算、通信、传感、控制、管理等方面的有机融合与高度协作，打破业务和数据孤岛，最终实现智慧电厂信息流、业务流、能源流的三流合一 。


1）物理层：包括物体物理、物体人、物理社会，其中物体物理指发电厂各系统和设备，构成了从化学能至机械能、电能转换和能量流动的复杂发电系统 。


2）感知层：感知层相当于人体神经系统的基本结构神经元，应具有视觉、听觉、触觉、嗅觉等神经末梢功能，是解决发电厂数据孤岛问题，构建社会、人、信息、物理系统的基础 。


通过对现有发电厂DCS-SIS-MES系统存储的实时数据库和关系数据库数据、测量数据以及外部数据的安全高效采集，实现智慧电厂泛在感知 。如对电厂人员和设备物资的标识、位置、状态，以及生产工艺、设备状态、作业过程、管理内容和流程数字化，可促进电厂人、机/物、社会信息资源集成共享和全面互联 。


通过将电厂现有的KKS编码、设备编码、物资编码、固定资产编码进行联动关联，构建新的四码合一的标准标识编码，赋予发电厂设备、物资、工艺唯一ID，保证数据的唯一可靠性 。利用OPC、MQTT等技术将底层多源数据转换为工业互联网平台可以接收的数据格式进行标识解析，然后通过协议转换器实现MODBUS、HART、PROFIBUS等底层通信协议的互联互通 。


对于部分时效性要求高的数据通过智能网关等新型边缘计算设备实现智能传感器和设备数据的汇聚处理，以及对边缘分析结果向云端平台的间接集成 。可有效解决发电厂煤质在线测量、换热器性能监测，烟气流量监测，炉膛温度场仿真的及时性和可靠性，实现发电机组关键参数的实时测量与处理 。

文章插图
图6 基于仿细胞结构的智慧电厂工业互联网平台架构
3）基础设施层：构建HCPS/CPSS神经纤维网络系统，为平台层提供并行高效的云计算以及物联网基础设施，通过射频识别、LoRa、Zigbee、4G/5G以及UWB/GPS/北斗等定位设施构建物联网信息网络 。


4）平台层：通过系统整合、数据横向贯通与集中、业务纵向集成、数字映射、微服务等策略，将大数据平台、物联网平台和三维虚拟平台融合为发电厂的一体化平台 。同时通过对门户、流程、数据、运维、安全的统一管理，构建智慧电厂HCPS中枢神经系统大脑功能 。


（1）蕴含知识图谱的大数据平台 。通过建立包含电厂人/社会-物理等多业务的数据标准规范，大数据平台结合机器学习、强化学习、仿真建模等多种技术，集成生产管理专家知识经验，建立发电厂知识图谱，为应用层提供快速高效、自学习、自优化的智能应用模型 。同时该平台通过统一对外服务和标准接口支持集团内部、智能电网调度、政府监管部门、市场交易中心等企业单位之间的数据安全交互能力 。


（2）智能设备集中管控的物联网平台 。随着智能设备在发电厂中不断得到应用，需要一套物联网平台将电厂设备/人与互联网相连，实现电厂物联网远程监视、集中管控与服务 。如发电厂关键参数智能量测设备、巡检机器人和无人机、智能摄像头、智能移动终端等物联设备的灵活部署与集中互联管控 。


（3）基于业务驱动的数字化孪生平台 。充分利用数字化建模技术开发一套面向发电厂生产工艺流程仿真及设备结构的三维数字化平台，融合人员定位技术、移动终端、智能摄像头、三维及VR/AR仿真培训和仿真技术，集成生产监控、作业过程、生产管理、智能决策等SIS和MIS传统信息系统功能，实现基于业务驱动的三维数字化孪生虚拟电厂 。

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