燃煤费用在燃煤发电厂经营成本中占60%~70%的比例，而燃煤的接卸、输送和存储过程中，由于计量、分析技术的不足，管理水平相对较低，燃煤折损的分析控制、上煤方式的精细策划，均缺乏有效的技术手段。随着工业自动控制、网络通信和信息管理等技术的发展，智能制造、大数据、云计算概念正变成现实，智能电厂的建设也被纳入实施进程。作为智能电厂不可或缺的配套部分，智能燃煤系统建设的必要性越来越显著，智能电厂的建设目标，也为智能燃煤系统提供了建设目标和需求标杆；测量技术的发展、煤场装备自动化水平的提高、采制样自动化技术的创新以及人工智能技术的应用，为智能燃煤系统的建设，提供了技术支持。
1煤场管理存在的不足
由于应用技术的匮乏和管理手段的欠缺，目前电厂燃煤管理大都存在计量精度不高、燃煤质检分析数据不及时、设备自动化水平不高、煤场调度依靠人工进行、运行方式控制简单和煤场盘点困难等一系列不足，对燃煤在接卸储运过程中产生的折损实际情况统计困难，对于锅炉燃烧安全、经济和环保排放要求，无法充分满足。虽然不少电厂在燃煤数字化管理方面做了很多工作，但离智能化管控，仍然有不少距离。燃煤电厂煤场管理普遍存在以下技术瓶颈。
1.1计量精度不高
虽然输煤系统配备了以电子皮带秤为代表的一定数量计量装置，但实际计量精度一直很难达到燃煤贸易结算的要求，计量装置的数量上也不能满足输煤各环节的精确计量，分炉分仓的入炉煤计量一直是个难题，按入炉煤计量实现发电煤耗正平衡计算十分困难。
1.2装备自动控制水平不高
输煤系统整体自动化水平较高，但在控制的精细化和智能化方面，有许多提升空间。输煤系统设备的运行没有实现全自动控制，输煤皮带的运行控制方式比较单一，运行方式仍需优化，输送效率有待提高，采制样和煤质分析自动化程度低。
1.3测量手段单一
目前煤场管理中，除了计量和质检必须的采制样和测量分析外，无论是散状物料形态还是堆状物料的燃煤，其他的检测手段几乎空白。输煤系统设备的监视手段也同样缺少，只进行输煤PLC必要的基本监测。
1.4网络技术相对落后
输煤系统的控制和监视要求不高，因此联网手段十分单一，只能满足输煤程控、火灾报警和语音电话通讯需要。随着物联网技术的飞速发展，互联技术在煤场管理应用日趋重要。
2智能燃煤系统的目标、要求和功能
随着工业智能控制技术的发展和应用，燃煤电厂的智能燃煤系统建设，应该是智能电厂建设的一个重要部分，智能燃煤系统的规划和设计宜在智能电厂整体设计的框架下协同进行，必须满足智能电厂的整体目标和要求。
2.1CPS和智能电厂特征和要求
信息物理融合系统（Cyber-PhysicalSystems,CPS）是通过计算（Computation）、通信（Communication）与控制（Control）技术的有机与深度融合，实现计算资源与物理资源的紧密结合与协调的下一代智能系统。在微观上，CPS通过在物理系统中嵌入计算与通信内核实现计算进程（ComputationProcesses）与物理进程（PhysicalProcesses）的一体化。计算进程与物理进程通过反馈循环（FeedbackLoops）方式相互影响，实现嵌入式计算机与网络对物理进程可靠、实时和高效的监测、协调与控制。在宏观上，CPS是由运行在不同时间和空间范围的分布式的、异步的异构系统组成的动态混合系统，包括感知、决策和控制等各种不同类型的资源和可编程组件。各个子系统之间通过有线或无线通信技术，依托网络基础设施相互协调工作，实现对物理与工程系统的实时感知、远程协调、精确与动态控制和信息服务。智能电厂（SmartPowerPlant,SPP），是指以CPS为基础，将智能控制技术，智能互联技术，智能感知技术、信息互联技术高度集成的，具有智能化、信息化、一体化，高度可靠、可调、经济和环保特征的新型电厂。智能电厂需实现智能感知、智能控制、智能互联、智能策划，要求智能电厂建设实现自动化、数字化、网络化和智能化。
自动化是工厂控制的早期目标，而智能电厂的自动化是要实现数据驱动和知识驱动控制自动化。这和传统的自动化概念相比，技术层面和应用层面有质的提升。
目前电厂控制过程中数字化程度已比较高，但面对虚拟仿真和数据挖掘的需要，要求实现全面数字化，数据处理、存储和应用有了全新的要求。
智能电厂网络由物联网、服务网和信息网组成，人机料法环测（5M1E,Man,Machine,Material,Method,Measure,Environment）之间如何互联互通，这是智能化电厂必须解决的问题。
应用先进控制技术和人工智能，实现与智能电网的互联，通过发电运维过程智能策划和控制，提高电厂效率和绩效，向电网提供智能化服务。
2.2智能燃煤系统的目标和要求
智能燃煤系统综合利用信息技术、网络技术、控制技术及相关专业技术，集成了燃煤接卸输送与配煤、燃煤计量与质量检测、储煤场、智能化管控平台、燃料管理信息系统等子系统，建立具有燃煤生产和经营管理的一体化系统，实现燃煤系统设备运行集中控制、数据集中管理，以及燃煤采购、结算、成本核算等全流量信息化管理，实时对燃煤价值与成本进行管控，为管理者提供辅助决策。
智能燃煤系统应成为智能电厂的重要组成部分，服从智能电厂的整体架构，为智能电厂的总体目标服务。智能电厂的通用系统覆盖煤场管理，与智能燃煤系统高度融合，实现燃煤流动和存储的全流程智能化管理，为锅炉安全、经济和环保燃烧实行智能掺配。
涵盖煤场全要素：人机料（煤）法环测等进行全面的信息感知、行为监控、协同控制和策划，保证各种实体资源和虚拟资源的合理配置。
在7×24小时不间断运行基础上，实现历史数据存储和挖掘，对不同煤种对锅炉燃烧的安全、经济和环保性能作出预测评估，对煤场热损耗进行预测。具备一定自学习功能，实现知识积累。
燃煤流动的流程：从煤船购煤离岸一刻开始，到煤进入磨煤机入炉为止，作为智能燃煤系统的管理域和作用域。对每一批（船）次煤，进行全流程跟踪，全面掌握来源与去向以及中间环节的变化。
不仅收集管理燃煤的计量和质检信息，同时掌握燃煤采购价格、燃用经济性、环境影响和场损途损等因素，以及煤堆几何数据、温度、存放位置和历史等信息，对燃煤接卸、采制样、运输、存储和上仓入炉等过程的动态掌握。
2.3智能燃煤系统主要功能
和智能电厂建设一样，先进技术和管理工具的应用，最终是为了实现电厂的能力和功效，智能燃煤系统的建设，预期增加以下功能。
采用数据挖掘技术，实现各环节计量的精度综合比对和纠偏，实现场损准确计算、分析和监控，为发电成本的实时预测提供可靠依据。
根据锅炉燃烧的具体需求，合理上煤储煤，通过煤种燃烧预测，进行上煤和掺配策划，满足锅炉稳定、经济、环保燃烧需求。在现有设备基础上创新分仓、同仓、卸输和分时等多种掺烧方式。
采用斗轮机全自动控制、全覆盖数字高清视频监控和智能识别等技术，可大幅度减少斗轮机司机和运行巡检岗位职数。此项技术可推广应用于卸煤设备，进一步提高自动化程度。
通过升级改造输煤程控系统，实现卸、储、上煤等核心作业的智能调度，提高输煤系统生产效率，增加直接上仓比率，降低输煤电耗。
物联网技术使现场作业和管理能实时进行人和设备、环境之间的感知和互联。燃煤采样、制样和分析通过实现智能化；现场巡检、点检、维修和检修等针对物理设备行为的记录，丰富了虚拟设备信息，从而建立高效的设备管理模式。
全方位全流程跟踪，实现了分批（船）次燃煤从采购港离岸一刻开始到入炉的全过程跟踪，对煤场的燃煤存储信息方面跟踪并再现，提升燃煤管理整体效率。
3智能燃煤系统的构成
作为智能电厂的一部分，智能燃煤系统整体上分为感知与执行层、过程控制层和应用和管理层，与智能电厂的底部三层相对应，如图1所示。
3.1感知与执行层
这一层为生产现场物理层，实现主要生产装备的自动作业和实体资源信息的智能感知。主要由输煤生产线和现场信息感知两大系统组成。现场信息主要包括煤流和煤堆的计量、质检信息、存储位置、历史、3D数据和温度等参数。
3.2过程控制层
这一层实际是网络层和控制层，完成运行规程等规则的实现。包括输煤程控、煤场信息处理系统，采制样系统、除尘系统、视屏监控系统和煤污水处理系统的控制部分也位于这一层。
原有的输煤程控系统功能较为单一，在接入斗轮堆取料自动控制系统、卸船机均流控制系统和分流控制系统，升级后的输煤程控系统实现了高度自动化的最优运行控制，通过创新多种掺烧调度方式，实现智能调度。
全方位的信息感知需要实时的分析、处理和分发。如煤场的大量数据需进行对比分析、更新和加工，在控制室和网络进行煤场再现。
采制样系统、除尘系统、视频监控系统和煤污水处理系统应自动控制的需要，可能有各自的控制部分，这些设备整合在过程控制层。
3.3应用和管理层
智能燃料管理系统作为管理入口，与集团层面燃料公司的采购管理形成信息互联互通；企业资源管理系统（ERP）、厂级生产监控系统（SIS）、智能生产管理、安健环及技术管理系统（QHSE）等智能电厂的功能模块，在这一层实现和智能燃煤系统的交互和融合，协同完成煤场的全方位智能管控。
煤场范围的设备维修和管理、安全环境管控等由智能电厂的相应模块覆盖；智能燃烧控制对燃料的要求作为智能燃煤系统的控制目标之一，为上煤方式策划提供目标输入。
4智能燃煤系统建设的技术支撑
为达到智能燃煤系统智能感知、智能控制和智能策划的要求，先进测量、计量、控制和网络等技术，成为必要的支撑。
4.1自动校验功能的计量网络
在一般燃煤电厂已配备入厂煤、入炉煤装置的基础上，增加远程自动计量校验系统，研究开发原煤仓秤重料位综合计量技术，将各级计量、校验装置进行联网，实时跟踪分析比对计量偏差，保证煤场整体计量精度。
4.2智能化的自动控制
改造原有输煤设备和输煤PLC，实现斗轮堆取料全自动作业，卸船机均流控制，输煤优化运行。保证输煤系统运行到达稳定高效、自动分流控制、精准堆取料等目标。
4.3自动采制样，在线煤分析
完善采制样装置，实现随煤种变换的采样自动切换。通过与智能燃煤管理功能的互联，获取离港、到岸的各方煤样检测数据，实现质检数据自动采集，实时上线。作为远期目标，可采用煤质在线分析技术，进一步提高采制样分析的自动化程度和实时性。
4.4煤场全信息感知处理
除了煤场生产线自动控制所需的信息外，燃煤、设备、环境等目标的众多信息的感知，是满足智能管控的物质基础，激光扫描、雷达探测、红外测温、深层测温、RFID、GPS定位、WIFI定位和无人机巡测等智能监测技术广泛用于煤场各种信息的感知和采集。
4.5煤堆监测及损耗评估技术
通过对煤场煤堆跟踪监测，对试验数据和历史数据进行挖掘，建立不同煤种在不同环境条件下，煤堆的发热和自燃趋势模型，对燃煤场损进行预测评估，从而指导优化煤场存储策略。
4.6移动应用和综合定位
移动通信的应用，在设备布置广且分散的煤场适用性高，可以解决设备互联和人——机交互。由于燃煤采样、制样和分析地点常不同处一地，物联网和移动信息技术应用可实现燃煤质检管理流程信息化管理；移动应用在巡检、两票、安全、点检、维修和检修各项现场流程中，具有十分突出的优越性；GPS定位、WIFI定位和RFID定位的联合应用，可解决室内定位困难，并有效提高定位精度，使现场生产场景实现智能化。
4.7网络互联和安全
智能燃煤系统网络按功能区分有物联网、服务网和信息网，由同轴电缆、光缆和无线网络组成，网络互联和安全技术，保证了内外部各网络间的数据顺畅传递和有效安全防护。
4.8先进控制技术和数据挖掘
斗轮机全自动控制系统应用了人工智能技术，使斗轮机成为大型工业机器人；卸煤设备可根据现场实际，改造成卸煤机器人；燃煤采制样、存样和分析环节均可采用自动化技术，实现无人化。燃烧预测评估、堆场损耗估算是在大数据挖掘基础上的技术应用。
5结束语
物联网、大数据、人工智能和先进测量技术的发展和应用，使智能电厂框架下的智能燃煤系统建设在技术上可行。智能生产、智能感知、智能管理、智能策划和智能互联等目标的实现，不仅能大幅度提升燃料管理效率，更有意义的是可精准监控场损，降低输煤电耗，实现机器换人，为智能燃烧提供相应的智能掺配煤策略，体现了智能燃煤系统广阔的应用前景。