随着社会的发展与科技的进步, 电力作为国民经济的基础产业, 在工业生产和日常生活中的作用越来越重要, 使得发电厂的安全生产成为影响国计民生的大事^[1]。电厂作为生产重地, 其环境和人员均相对复杂。环境包括机电炉等在内的危险区域。人员包括员工、外来人员以及参观实习人员等。目前, 针对不同类型人员进入不同安全等级区域的安全管理, 电厂主要依赖人工排查来进行。但由于受相关人员经验限制, 现场环境复杂以及人员流动性大等因素的影响, 传统的人工监管预防方式存在许多缺陷, 使得电力生产安全面临严重的威胁^[2]。

随着物联网技术的快速发展, 其应用范围越来越广, 解决实际问题的能力也越来越强。物联网是基于人与物、物与物之间的网络, 是通过各种信息传感设备在局部网络或互联网等通信技术的基础上建立而成的, 实现了网络信息化、智能化及远程管理控制^[3]。在电力系统中, 随着智慧电厂建设的快速推进, 对电厂安全生产的要求也越来越高。在这种情况下, 利用先进的物联网信息技术来建立一套更主动、更有效、更智能的电厂现场安全综合管理系统是智慧电厂建设发展趋势。

目前, 安全生产监控系统在我国大中型电厂中的应用, 大大改善了电力系统安全生产状况。但依然存在管理人员难以及时掌握工作人员的动态分布及作业情况等问题^[4]。一方面, 由于发电厂的现场检修项目较多, 人员管理复杂, 且现在电力检修劳动力市场较为紧张, 外部优良检修资源十分紧缺, 使得电厂检修维护成本和管控难度升高; 另一方面, 由于电厂检修人员实际配备均低于定额, 依靠电厂自身的检修队伍来完成检修任务十分困难, 从而导致计划检修的外委任务逐渐增多, 使得现场安全管理成本和安全事故发生率增大。

物联网是利用各种信息传感设备及相关技术进行实时的信息采集, 再与互联网结合, 形成的一个虚拟网络与现实世界交互的系统^[5]。其目的是将所有的物品与互联网连接起来进行信息的交换与通信, 进而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等。因此, 将物联网技术应用到电力安全生产领域, 可切实提高电厂的安全监管水平。

针对电厂在生产过程中出现的厂区内人员的不安全行为、环境的不安全因素等, 引入人脸识别和射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)物联网技术, 建立一套电厂现场安全综合管理系统, 通过人员定位、区域管理、安全管理等, 实现不同情况下厂区现场安全综合管理^[6]。针对在电厂现场安全生产管理中应用物联网技术的研究主要有如下几种。

(1) 在门禁与通道管理中的应用研究。工作人员进出安全生产主厂区域时, 通过人脸识别和一卡通门禁管理系统严控进入主厂区。其中, 厂内职工可以通过人脸识别或一卡通进入厂区, 外来人员必须通过人脸识别进入主厂区内, 避免冒用工作卡和无证进入的管理漏洞。

(2) 在人员现场定位管理中的应用研究。利用RFID技术与现场高精度定位基站实现对电厂现场重点区域的人员管理。一旦现场工作人员出现越界行为, 系统根据前期设定的危险等级对越界行为实现预警判别, 进而在后台人机交互监控界面上立即出现报警提示。

(3) 在巡检与责任管理中的应用研究。通过划定巡检区域范围, 实现对非巡检人员误入巡检区域的监督与管理, 并对误入巡检报警区域人员的时间、运动轨迹进行识别、定位和记录。一旦出现安全事故, 可根据监控信息回放来认定事故责任。

以物联网新技术为基础, 紧紧围绕电厂安全生产管理要求, 采用多层分布技术和面向对象设计方法, 提出了电厂现场安全综合管理系统的结构方案。具体功能如下。

(1) 人员区域定位。根据定位系统所在位置及工作人员与定位系统之间的距离, 实现人员的区域定位、活动时间和活动路径的定位, 同时还可以进行轨迹回放。

(2) 区域警报功能。根据现场区域的危险等级进行报警管理, 将区域划分为3个等级。其中:三级危险区域进行信号警告; 二级危险区域进行警告并发送信息至后台记录; 一级危险区域进行声音警告并发送短信到相关管理人员。

(3) 区域考勤功能。通过区域设置记录人员状态, 并可进行查询。

(4) 工作人员管理。将工作人员的电子标签与工作人员关联, 使不同工作人员具有进入不同区域的权限。定位系统根据读取到的工作人员信息, 对不同工作人员的进入区域进行管理。

为实现上述功能, 在电厂现场安全综合管理系统的建设中, 首先是确立各服务对象之间的关系。然后在整体设计的基础上, 在各系统的设计上予以具体化, 从而确保整体系统的有机统一。系统管理网络包含硬件支撑平台、在线监测体系、数据处理和分析体系等, 其中核心部分是数据处理和分析体系。一般而言, 良好的电厂现场安全综合管理系统应具备数据处理快和分析能力强等特点; 同时, 在操作方面能够保证数据编辑和维护、系统分析的便捷性等。最后, 系统要具备普适性, 能够灵活适应电厂的未来发展规划。

因此, 该系统方案在设计中遵循扩展、复用、安全、易用、灵活等策略, 并采用B/S框架, 具有良好的人机交互界面。通过安装在电厂现场的定位基站检测监测重点区域的人员定位, 可以实现区域定位和人员轨迹定位。根据对相关区域内的人员进行现场安全和预警管理, 便于管理人员及时监控与了解危险事件, 避免现场安全事故的发生。

电厂现场安全综合管理系统平台的软件架构包含数据转换层、数据集成层、数据接口层, 具体如图 1所示。在设计中需基于工业标准, 如遵循J2EE规范, 完全支持XML数据交换、Web服务常用规范(如SOAP和WSDL等)^[7]。为了方便用户进行异构系统接入, 电厂现场安全综合管理系统还需提供大量的基于JCA规范的适配器, 如文件系统、各种数据库、消息中间件等。同时, 平台采用了主流的SOA/MVC架构设计模式, 具有科学的系统框架、体系的层次划分、合理的模块粒度和规范的软件接口, 为各个业务插件的调整和扩展奠定基础。该模式功能强大, 并且容易升级扩展, 充分考虑了系统的柔性和开放性, 可以保证开发系统的质量, 应付不断变化的业务需求。

图 1 软件框架结构

本文研究的电厂现场安全综合管理系统在安徽某火力发电厂得到了应用。根据现场系统的运行测试显示, 该系统能够有效管控电厂安全生产区域人员进出情况并进行考勤管理, 具体如图 2所示。同时, 当工作人员进入划定区域时, 能够快速对进入该区域的人员实施定位追踪, 了解实时的位置信息, 具体如图 3所示。当工作人员误入划定区域时, 系统能够快速做出预警提示, 具体如图 4所示。针对报警提示等信息, 通过系统功能查询, 可以对相关人员的行动轨迹进行回放, 进而确保追责到位, 具体如图 5和图 6所示。

图 2 考勤记录信息系统

图 3 区域实时定位信息系统

图 4 安全报警信息系统

图 5 实时查看报警信息系统

图 6 轨迹回放信息系统

根据系统的试运行情况反馈可以发现, 本系统能够有效地解决电厂现场安全生产中的管理问题, 减少了不确定因素的干扰, 做到了“事前预防、事中处理、事后追责”, 实现了智能电厂安全综合管理的目的。

通过将物联网技术、信息化技术与安全管理技术相结合, 对进入电厂不同区域的人员进行现场跟踪与定位, 实现了针对电力企业中人员和设备的智能安全管理。同时, 电厂现场安全综合管理系统及时记录安全隐患, 提高了生产管理质量和科学管理水平, 避免了安全事故的发生, 降低了企业的事故发生率, 保证了生产的安全, 实现了电厂现场安全综合管理系统的规范化、信息化和科学化。因此, 该系统的研发与应用, 具有良好的推广前景。