基于电厂边缘云平台的智慧煤场管控系统及控制方法

技术领域

本申请涉及燃煤发电行业煤场管控技术领域，尤其涉及一种基于电厂边缘云平台的智慧煤场管控系统及控制方法。

背景技术

煤场是燃煤电厂进行燃料存储和燃料管理的重要场所，目前国内大部分燃煤电厂的煤种来源较为复杂，部分挥发分高的煤种在煤场储存时期，其煤层温度可控性较差，自燃风险极高。若煤场自燃得不到及时有效的抑制，极易引发煤场火灾事故与煤场爆炸事故，对燃煤电厂会造成严重的经济损失，甚至造成人员伤亡，所导致的环境污染问题也会十分严重。另外，煤场内部极易产生大量的扬尘，含尘气体可能包含有毒气体，高粉尘浓度和粉尘所包含的有毒气体对作业人员的身体健康具有严重的不利影响，粉尘浓度高具有易燃易爆的特点，存在严重的安全隐患问题与环境污染问题，因此，对燃煤电厂的煤场进行安全环保管控具有重要的意义。

相关技术中，燃煤电厂的煤场均会配套相应的监控系统，但监控技术类型单一，难以实现煤场的全局监控，且现有监控系统存在检测准确性差和防控不及时等问题。虽然，燃煤电厂可通过新增管控系统及设备实现煤场全范围的安全环保管控，但势必会造成监控系统架构和业务流程复杂度增大，进行数据交互与指令交互的系统及终端设备增多，系统数据存储、数据管理、后台应用计算等均对系统的软硬件提出了更高的要求，同时，可能导致系统之间关联程度低，自动化水平低，进而导致煤场管理难度增大。

发明内容

本申请提供了一种基于电厂边缘云平台的智慧煤场管控系统及控制方法，以降低管控系统的管理难度。本申请的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种基于电厂边缘云平台的智慧煤场管控系统，包括智慧煤场安全环保监测系统和抑燃降尘控制系统，其中，所述电厂边缘云平台包括数据平台和赋能工具平台；

所述智慧煤场安全环保监测系统包括多个监测子系统及所述多个监测子系统各自对应的监测装置，所述监测装置将采集的监测数据传输到所述数据平台，所述多个监测子系统从所述数据平台获取对应的监测数据，并基于所述赋能工具平台提供的计算模型处理所述监测数据，以及将得到监测指标数据存储于所述数据平台；

所述抑燃降尘控制系统包括控制器以及与所述控制器电连接的抑燃降尘装置，所述控制器与所述监测装置电连接；所述控制器根据所述监测数据和/或所述监测指标数据控制所述抑燃降尘装置工作。

在一些实施方式中，所述多个监测子系统包括可视化监控子系统、粉尘浓度监测子系统、煤场指标气体监测子系统以及煤堆表面温度监测子系统；所述可视化监控子系统、粉尘浓度监测子系统、煤场指标气体监测子系统以及煤堆表面温度监测子系统对应的监测装置分别为可视化监控装置、粉尘浓度监测装置、煤场指标气体监测装置以及煤堆表面温度监测装置；

所述粉尘浓度监测装置、煤场指标气体监测装置和煤堆表面温度监测装置对应的监测数据分别为粉尘浓度监测值、指标气体浓度监测值和煤堆表面热成像数据；

其中，所述煤堆表面温度监测子系统将所述煤堆表面热成像数据转化为煤堆表面温度监测值，所述煤场指标气体监测子系统基于所述指标气体浓度监测值得到CO浓度值和碳氢化合物浓度值。

在一些实施方式中，所述抑燃降尘装置包括喷淋装置、液态CO

在一些实施方式中，所述计算模型包括神经网络自燃点预测模型，所述神经网络自燃点预测模型的输入参数包括所述指标气体浓度监测值和所述煤堆表面温度监测值，所述神经网络自燃点预测模型的输出参数包括煤场最大温度预测值和所述煤场最大温度预测值对应的位置预测信息；

所述控制器根据所述神经网络自燃点预测模型的输出参数控制所述抑燃降尘装置工作。

在一些实施方式中，所述粉尘浓度监测装置包括电连接的粉尘浓度传感器和粉尘浓度探测仪，

所述计算模型包括平均值计算模块和最大值计算模块，所述粉尘浓度监测子系统基于所述平均值计算模块、最大值计算模块以及所述粉尘浓度监测值，得到煤场平均粉尘浓度监测值和最大粉尘浓度监测值。

在一些实施方式中，所述粉尘浓度监测装置、煤场指标气体监测装置以及煤堆表面温度监测装置均电连接有就地声光报警器。

在一些实施方式中，所述可视化监控装置包括智能球机摄像头，所述智能球机摄像头配置有用于识别煤场中起火点位置的火灾识别算法。

在一些实施方式中，所述煤场指标气体监测装置包括指标气体探测仪。

在一些实施方式中，所述煤堆表面温度监测装置包括多个红外热成像仪。

第二方面，本申请实施例提供了一种智慧煤场管控系统的控制方法，所述抑燃降尘装置包括喷淋装置、液态CO

获取粉尘浓度监测值，在所述粉尘浓度监测值大于粉尘浓度限值时，通过控制器控制喷淋装置工作；

获取煤堆表面温度监测值、指标气体浓度监测值中的CO浓度值和碳氢化合物浓度值；

在所述煤堆表面温度监测值小于第一温度限值时，或者所述CO浓度值小于第一指标气体浓度限值时，判断煤堆处于水分蒸发阶段，通过所述控制器控制喷淋装置工作；

在所述煤堆表面温度监测值大于等于第一温度限值且小于等于第二温度限值时，或者所述CO浓度值大于第一指标气体浓度限值且未监测到碳氢化合物浓度值突增时，判断煤堆处于低温氧化阶段，通过所述控制器控制液态CO

在所述煤堆表面温度监测值大于第二温度限值时，或者所述CO浓度值大于第一指标气体浓度限值且监测到碳氢化合物浓度值突增时，判断煤堆处于自燃阶段，通过所述控制器控制固定消防水炮装置工作。

本申请实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

基于电厂边缘云平台实现，具备业务并发小、可靠性高、实时性高、扩展灵活、维护难度低、信息安全等级高等特点，基于电厂边缘云平台开发部署智慧煤场管控系统，可以有效降低智慧煤场数据存储、数据管理以及业务决策的难度。智慧煤场安全环保监测系统同时实现煤堆表面温度监测、煤场指标气体监测、煤场粉尘浓度监测及煤场可视化监测等多种监测手段的互补协同监测，实现了对煤场的安全环保全局协同管理。通过抑燃降尘控制系统根据智慧煤场安全环保监测系统的多个监测数据，实现了对煤场抑燃降尘自主决策和主动控制的闭环自动管控，有效避免了煤场自燃和扬尘带来的安全隐患和环境污染隐患，明显降低了电厂巡检人员的劳动强度与人身安全隐患，对于燃煤电厂建立安全环保生产机制具有重要意义。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，并不构成对本申请的不当限定。

图1是根据一示例性实施例示出的一种基于电厂边缘云平台的智慧煤场管控系统的架构图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种抑燃降尘控制系统的控制逻辑图。

具体实施方式

为了使本领域普通人员更好地理解本申请的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

其中，在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

本申请实施例提供了一种基于电厂边缘云平台的智慧煤场管控系统，如图1所示，该智慧煤场管控系统包括智慧煤场安全环保监测系统和抑燃降尘控制系统。

其中，所述电厂边缘云平台包括IaaS层、PaaS层和SaaS层，其中，PaaS层包括轻量化的数据平台和赋能工具平台。所述智慧煤场安全环保监测系统的系统资源部署在IaaS层的虚拟机或者容器中。该智慧煤场管控系统的应用和服务采用微服务架构的形式在电厂边缘云平台的SaaS层中开发部署。

所述智慧煤场安全环保监测系统包括多个监测子系统及所述多个监测子系统各自对应的监测装置，所述监测装置将采集的监测数据传输到所述数据平台，所述多个监测子系统从所述数据平台获取对应的监测数据，并基于所述赋能工具平台提供的计算模型处理所述监测数据，以及将得到监测指标数据存储于所述数据平台。

所述抑燃降尘控制系统包括控制器以及与所述控制器电连接的抑燃降尘装置，所述控制器与所述监测装置电连接；所述控制器根据所述监测数据和/或所述监测指标数据控制所述抑燃降尘装置工作。其中，控制器可采用可编程逻辑控制器PLC或者分散控制系统DCS。

该智慧煤场管控系统及其监测装置以及控制器的相关数据都接入到电厂边缘云平台的PaaS层的数据平台中进行存储和管理，该智慧煤场管控系统所需要的计算数据均由数据平台提供，所需要的计算模型和计算资源均由PaaS层的赋能工具平台提供。抑燃降尘控制系统的指令与控制数据均传输到电厂边缘云平台的PaaS层的数据平台进行存储和管理。

可选的，智慧煤场安全环保监测系统的监测装置与抑燃降尘控制系统采用通讯光缆或者通讯电缆实现数据传输，以便抑燃降尘控制系统直接获取智慧煤场安全环保监测系统的监测装置的监测数据。同时，智慧煤场安全环保监测系统和抑燃降尘控制系统之间通过无线进行数据传输，例如采用5G进行通讯，以便抑燃降尘控制系统将指令与控制数据均传输到电厂边缘云平台的PaaS层的数据平台进行存储和管理，以及从数据平台获取所需的智慧煤场安全环保监测系统存储的相关数据，例如监测数据和监测指标数据等。

本申请实施例智慧煤场管控系统，基于电厂边缘云平台实现，具备业务并发小、可靠性高、实时性高、扩展灵活、维护难度低、信息安全等级高等特点，基于电厂边缘云平台开发部署智慧煤场管控系统，可以有效降低智慧煤场数据存储、数据管理以及业务决策的难度。同时，通过智慧煤场安全环保监测系统进行各种监控数据的监测，通过抑燃降尘控制系统根据检测数据进行主动抑燃降尘，有效避免煤场自燃和扬尘带来的安全隐患和环境污染隐患，明显降低电厂巡检人员的劳动强度与人身安全隐患，对于燃煤电厂建立安全环保生产机制具有重要意义。

在一些实施例中，所述多个监测子系统包括可视化监控子系统、粉尘浓度监测子系统、煤场指标气体监测子系统以及煤堆表面温度监测子系统；所述可视化监控子系统、粉尘浓度监测子系统、煤场指标气体监测子系统以及煤堆表面温度监测子系统对应的监测装置分别为可视化监控装置、粉尘浓度监测装置、煤场指标气体监测装置以及煤堆表面温度监测装置。

所述可视化监控装置、粉尘浓度监测装置、煤场指标气体监测装置和煤堆表面温度监测装置对应的监测数据分别为视频图片数据、粉尘浓度监测值、指标气体浓度监测值和煤堆表面热成像数据；

其中，所述煤堆表面温度监测子系统将所述煤堆表面热成像数据转化为煤堆表面温度监测值，所述煤场指标气体监测子系统基于所述指标气体浓度监测值得到CO浓度值和碳氢化合物浓度值。

在本实施例中，通过粉尘浓度监测子系统、煤场指标气体监测子系统以及煤堆表面温度监测子系统分别实现对粉尘浓度、指标气体浓度以及煤堆表面温度的实时监测，以便根据监测数据进行报警。通过可视化监控子系统获取视频图片数据，以便在智慧煤场安全环保监测系统的显示页面进行显示，随时可以进行查看。

可选的，可视化监控装置、粉尘浓度监测装置、煤场指标气体监测装置以及煤堆表面温度监测装置与电厂边缘云平台采用5G-CPE设备实现通讯，通过5G通讯将视频图片数据、粉尘浓度监测值、指标气体浓度监测值、煤堆表面热成像数据传输到电厂边缘云平台的PaaS层的数据平台进行存储和管理。

本实施例的智慧煤场安全环保监测系统同时实现煤堆表面温度监测、煤场指标气体监测、煤场粉尘浓度监测及煤场可视化监测等多种监测手段的互补协同监测，实现了对煤场的安全环保全局协同管理。通过抑燃降尘控制系统实现了对煤场抑燃降尘自主决策和主动控制的闭环自动管控，有效避免了煤场自燃和扬尘带来的安全隐患和环境污染隐患，明显降低了电厂巡检人员的劳动强度与人身安全隐患，对于燃煤电厂建立安全环保生产机制具有重要意义。

在一些实施例中，所述抑燃降尘装置包括喷淋装置、液态CO

可以理解为，抑燃降尘装置包括抑燃装置与降尘装置，根据煤堆自燃阶段的不同，抑燃装置分为三种，包括喷淋装置、液态CO

部署时，喷淋装置、液态CO

可以理解为，抑燃降尘控制系统根据智慧煤场安全环保监测系统的监测数据可以自主判断煤堆不同的自燃阶段，三种抑燃装置分别应对煤堆不同的自燃阶段。

在本实施例中，通过喷淋装置、液态CO

在一些实施例中，所述粉尘浓度监测装置、煤场指标气体监测装置以及煤堆表面温度监测装置均电连接有就地声光报警器。

以便当煤堆表面温度监测值、指标气体浓度监测值或者粉尘浓度监测值中的任一项超限时,对应的就地声光报警器及智慧煤场安全环保监测系统显示页面同时发出报警信号，提醒煤场工作人员采取相应的防护措施。

在一些实施例中，所述计算模型包括神经网络自燃点预测模型，所述神经网络自燃点预测模型的输入参数包括所述指标气体浓度监测值和所述煤堆表面温度监测值，所述神经网络自燃点预测模型的输出参数包括煤场最大温度预测值和所述煤场最大温度预测值对应的位置预测信息；所述控制器根据所述神经网络自燃点预测模型的输出参数(属于监测指标数据)控制所述抑燃降尘装置工作。

也就是说，赋能工具平台为SaaS层的智慧煤场安全环保监测系统提供神经网络自燃点预测模型，经过神经网络自燃点预测模型分析，分析得到的预测结果传输到抑燃降尘控制系统，辅助抑燃降尘控制系统进行决策，从而采取主动超前的控制措施。

举例说明，根据喷淋装置的喷淋范围对条形煤场进行网格划分，得到多个网格点，将所有网格点的煤堆表面温度监测值与指标气体浓度监测值作为神经网络自燃点预测模型的输入参数，将煤场最大温度预测值及其对应的位置预测信息作为输出参数。神经网络自燃点预测模型分析后，获得煤场最大温度预测值与煤场最大温度预测值对应的位置预测信息。智慧煤场安全环保监测系统将该最大温度预测值与位置预测信息在智慧煤场安全环保监测系统中显示并实时预警，并将该煤场最大温度预测值与位置预测信息传输给抑燃降尘控制系统，若该煤场最大温度预测值超限，则抑燃降尘控制系统开始相应的控制操作，实现主动超前控制。

可选的，所述粉尘浓度监测装置包括电连接的粉尘浓度传感器和粉尘浓度探测仪，在条形煤场检修马道平台下沿马道布置粉尘浓度传感器，粉尘浓度监测装置电连接的就地声光报警器可以布置在马道上。

所述计算模型包括平均值计算模块和最大值计算模块，所述粉尘浓度监测子系统基于所述平均值计算模块、最大值计算模块以及所述粉尘浓度监测值，得到煤场平均粉尘浓度监测值和最大粉尘浓度监测值。

在本实施例中，粉尘浓度传感器将采集的粉尘浓度监测值以RS485通讯电缆的形式传输给粉尘浓度探测仪，粉尘浓度探测仪通过5G-CPE的形式将粉尘浓度监测值传输到电厂边缘云平台PaaS层的数据平台进行存储和管理。赋能工具平台为SaaS层的智慧煤场安全环保监测系统提供平均值计算模块和最大值计算模块，在SaaS层的智慧煤场安全环保监测系统中可以显示煤场平均粉尘浓度监测值和最大粉尘浓度监测值，以便进行查看。

可选的，所述可视化监控装置包括智能球机摄像头，所述智能球机摄像头配置有用于识别煤场中起火点位置的火灾识别算法。以便实现煤场无死角视频监控的同时，智能识别煤场中的起火点位置。智能球机摄像头可以架设在云台旁的马道上。

可选的，所述煤堆表面温度监测装置包括多个红外热成像仪。部署实施时，条形封闭煤场顶部马道可以架设可多角度转动的云台，将红外热成像仪安装在云台上，实现全范围探测。智慧煤场安全环保监测系统从数据平台中调取所有的红外热成像仪所采集到的煤堆表面热成像数据，将所有的煤堆表面热成像数据转化为煤堆表面温度监测值。煤堆表面温度监测装置电连接的就地声光报警器可以架设在云台旁的马道上。

可选的，所述煤场指标气体监测装置包括指标气体探测仪。部署实施时，条形封闭煤场顶部马道可以架设可多角度转动的云台，将指标气体探测仪安装在云台上，实现全范围探测。煤场指标气体监测装置电连接的就地声光报警器可以架设在云台旁的马道上。

安装部署时，红外热成像仪、指标气体探测仪、智能球机摄像头以及粉尘浓度传感器的布置数目与布置位置由煤场占地面积、斗轮机布置位置、煤场最大煤储量、煤堆分布位置以及各终端设备(即红外热成像仪、指标气体探测仪、智能球机摄像头以及粉尘浓度传感器)的探测范围决定。

作为一个示例，红外热成像仪、指标气体探测仪以及粉尘浓度探测仪通过RS485通讯电缆与抑燃降尘控制系统实现实时通讯，由红外热成像仪测得的煤堆表面热成像数据、指标气体探测仪测得的指标气体浓度监测值以及粉尘浓度探测仪测得的粉尘浓度监测值均直接传输到抑燃降尘控制系统参与控制。例如，当煤堆表面温度监测值、指标气体浓度监测值或者粉尘浓度监测值中的任一项的实时指标值超限时,对应的就地声光报警器及智慧煤场安全环保监测系统显示页面同时发出报警信号，提醒煤场工作人员采取相应的防护措施。同时，抑燃降尘控制系统根据具体的报警信号自动决策采用相应的抑燃降尘控制措施。

在上述实施例的基础上，抑燃降尘控制系统的控制器根据智慧煤场安全环保监测系统的相关数据对煤堆的自燃阶段进行综合判断，再根据得到的判断结果，针对不同的自燃阶段，采取不同的抑燃控制措施；同时进行降尘控制。控制器的控制方法，包括如下内容：

获取粉尘浓度监测值，在所述粉尘浓度监测值大于粉尘浓度限值时，通过控制器控制喷淋装置工作；

获取煤堆温度监测值、指标气体浓度监测值中的CO浓度值和碳氢化合物浓度值；其中，所述煤堆温度监测值包括煤堆表面温度监测值和煤场最大温度预测值；

在所述煤堆温度监测值小于第一温度限值时，或者所述CO浓度值小于第一指标气体浓度限值时，判断煤堆处于水分蒸发阶段，通过所述控制器控制喷淋装置工作；

在所述煤堆温度监测值大于等于第一温度限值且小于等于第二温度限值时，或者所述CO浓度值大于第一指标气体浓度限值且未监测到碳氢化合物浓度值突增时，判断煤堆处于低温氧化阶段，通过所述控制器控制液态CO

在所述煤堆温度监测值大于第二温度限值时，或者所述CO浓度值大于第一指标气体浓度限值且监测到碳氢化合物浓度值突增时，判断煤堆处于自燃阶段，通过所述控制器控制固定消防水炮装置工作。

作为一个示例，如图2所示，抑燃降尘控制系统的控制逻辑如下：

获取粉尘浓度监测值，在所述粉尘浓度监测值大于50mg/m

获取煤堆温度监测值、指标气体浓度监测值中的CO浓度值和碳氢化合物浓度值；其中，所述煤堆温度监测值包括煤堆表面温度监测值和煤场最大温度预测值(对应图2中的神经网络温度预测值)；这里的碳氢化合物只要指的是C

在所述煤堆温度监测值小于40℃时，或者所述CO浓度值小于50ppm时，通过所述控制器控制喷淋装置进行抑燃；

在所述煤堆温度监测值大于等于40℃且小于等于70℃时，或者所述CO浓度值大于50ppm且未监测到碳氢化合物浓度值突增时，通过所述控制器控制液态CO

在所述煤堆温度监测值大于70℃时，或者所述CO浓度值大于50ppm且监测到碳氢化合物浓度值突增时，通过所述控制器控制固定消防水炮装置进行抑燃。

需要说明的是，判断碳氢化合物浓度值突增，可以通过设置对应限值的方式实现。

本申请实施例智慧煤场管控系统，基于电厂边缘云平台实现，具备业务并发小、可靠性高、实时性高、扩展灵活、维护难度低、信息安全等级高等特点，基于电厂边缘云平台开发部署智慧煤场管控系统，可以有效降低智慧煤场数据存储、数据管理以及业务决策的难度。智慧煤场安全环保监测系统同时实现煤堆表面温度监测、煤场指标气体监测、煤场粉尘浓度监测及煤场可视化监测等多种监测手段的互补协同监测，实现了对煤场的安全环保全局协同管理。通过抑燃降尘控制系统根据智慧煤场安全环保监测系统的多个监测数据，实现了对煤场抑燃降尘自主决策和主动控制的闭环自动管控，有效避免了煤场自燃和扬尘带来的安全隐患和环境污染隐患，明显降低了电厂巡检人员的劳动强度与人身安全隐患，对于燃煤电厂建立安全环保生产机制具有重要意义。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。