4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在智能工廠(chǎng)中的應(yīng)用

文/李俊杰　武凱

4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在智能工廠(chǎng)中的應(yīng)用

文/李俊杰武凱

通信系統(tǒng)對(duì)于智能工廠(chǎng)是必不可少的基本條件，智能工廠(chǎng)需要把通信技術(shù)與生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)更加緊密地結(jié)合，從而能夠更加便捷的全面感知和高效協(xié)同。本文在分析傳統(tǒng)通信系統(tǒng)存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，闡述了4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在智能工廠(chǎng)中的建設(shè)策略和建設(shè)原則，并以中煤陜西榆林能源化工有限公司智能工廠(chǎng)建設(shè)實(shí)踐為例，就4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)融合通信、多媒體調(diào)度、應(yīng)急指揮、設(shè)備管理、安健環(huán)管理、生產(chǎn)異常監(jiān)控、無(wú)線(xiàn)儀表等多個(gè)方面應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行分析總結(jié)，初步形成了能夠覆蓋智能工廠(chǎng)各方面的智能應(yīng)用體系。

一、傳統(tǒng)通信系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1.網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有全覆蓋，信息無(wú)法全面感知。智能工廠(chǎng)要想實(shí)現(xiàn)全面感知，必須實(shí)現(xiàn)全廠(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。大部分生產(chǎn)廠(chǎng)區(qū)在投入運(yùn)行后仍有大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境排放等信息需要人工進(jìn)行巡檢，不能實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控。

2.生產(chǎn)調(diào)度通信手段單一，影響生產(chǎn)協(xié)同能力。一是生產(chǎn)指揮中心與各生產(chǎn)中心內(nèi)操采用有線(xiàn)調(diào)度電話(huà)逐一溝通效率低，易出錯(cuò)。二是內(nèi)操和外操使用無(wú)線(xiàn)對(duì)講通信，由于生產(chǎn)班組較多，占用了較多的無(wú)線(xiàn)頻率資源，各頻率之間易出現(xiàn)干擾、串音，在一些噪音較大的裝置區(qū)，通話(huà)質(zhì)量更是大打折扣。三是只使用語(yǔ)音調(diào)度，無(wú)法感受現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，也進(jìn)一步限制了溝通的質(zhì)量。

3.應(yīng)急通信手段不完善，影響事故應(yīng)急處理。在緊急事故發(fā)生時(shí)，應(yīng)急指揮人員和現(xiàn)場(chǎng)人員溝通手段不完善，指揮中心人員無(wú)法準(zhǔn)確實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、人員、車(chē)輛的實(shí)際情況，影響及時(shí)制定出準(zhǔn)確的應(yīng)急方案。

二、基于4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在煤化工企業(yè)中的建設(shè)策略

4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)具有深覆廣、高帶寬、安全可靠、頻譜利用率更高等特點(diǎn)。在智能工廠(chǎng)中關(guān)于4G無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)當(dāng)遵循如下原則：

1.采用先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)理念和解決方案，充分考慮未來(lái)業(yè)務(wù)的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選擇要具有前瞻性，以適應(yīng)科學(xué)決策和業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，在保證先進(jìn)性的同時(shí)，能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)保護(hù)既往投資，整合現(xiàn)有資源，通過(guò)與現(xiàn)有各類(lèi)通信系統(tǒng)的融合對(duì)接，實(shí)現(xiàn)通信資源充分共享，使既往投資和現(xiàn)有資源發(fā)揮更大作用。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)提供豐富的二次開(kāi)發(fā)接口，通過(guò)應(yīng)用定制，其他外圍系統(tǒng)可通過(guò)二次開(kāi)發(fā)包方便地調(diào)用平臺(tái)資源，與平臺(tái)軟硬件設(shè)備實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)豐富的系統(tǒng)集成功能。

4.系統(tǒng)的架構(gòu)涉及的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)具有靈活性、開(kāi)放性、可配置性，采用的技術(shù)手段必須遵循業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)具備良好的擴(kuò)展能力。

5.4G平臺(tái)要有較高的安全性、保密性和可靠性，通過(guò)多種安全管理手段保護(hù)設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)安全，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全加密和用戶(hù)的合法訪(fǎng)問(wèn)。

6.為滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)類(lèi)型和用戶(hù)等級(jí)的不同傳輸需求，通過(guò)先進(jìn)的準(zhǔn)入控制、無(wú)線(xiàn)資源管理、傳輸資源管理等，在保證系統(tǒng)整體性能和吞吐量的同時(shí)，保證每一個(gè)用戶(hù)業(yè)務(wù)的QoS質(zhì)量。

7.基站可靠性設(shè)計(jì)中主要考慮主控板的備份和基帶處理板的備份，建立完善的備份與恢復(fù)機(jī)制，保證7*24小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到高可用的要求。

三、4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在中煤陜西公司智能工廠(chǎng)中的應(yīng)用

中煤陜西公司在智能工廠(chǎng)的建設(shè)過(guò)程中，圍繞公司業(yè)務(wù)發(fā)展及戰(zhàn)略需要，遵循公司信息化規(guī)劃與智能工廠(chǎng)建設(shè)總體要求，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的智能化、虛擬化及物聯(lián)網(wǎng)等建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，依托4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在智能工廠(chǎng)的建設(shè)進(jìn)行探索和實(shí)踐，逐步建成了智能工廠(chǎng)無(wú)線(xiàn)感知平臺(tái)，在有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)融合通信、多媒體調(diào)度、應(yīng)急指揮、設(shè)備管理等十多個(gè)方面進(jìn)行了大膽嘗試。通過(guò)各類(lèi)業(yè)務(wù)與4G技術(shù)的緊密集合，進(jìn)一步提升了公司生產(chǎn)、安全、環(huán)保等方面的現(xiàn)場(chǎng)管理水平。

有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)融合通信。在語(yǔ)音通信方面，4G無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)不僅可作為有線(xiàn)通信系統(tǒng)的備份，而且可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與有線(xiàn)通信系統(tǒng)、擴(kuò)音對(duì)講系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)等進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)區(qū)所有通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通，在統(tǒng)一調(diào)度臺(tái)下實(shí)現(xiàn)有線(xiàn)話(huà)機(jī)、4G集群終端、擴(kuò)音對(duì)講終端的一體化調(diào)度，為全廠(chǎng)的調(diào)度指揮提供高效、便捷的平臺(tái)。

應(yīng)急指揮。在應(yīng)急指揮方面，當(dāng)出現(xiàn)警情后，應(yīng)急指揮人員利用4G調(diào)度系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行語(yǔ)音、視頻的互動(dòng)，全面收集一線(xiàn)信息，做出準(zhǔn)確的決策。對(duì)于形成的決策通過(guò)4G終端快速下發(fā)到相關(guān)部門(mén)人員進(jìn)行應(yīng)急處理。

設(shè)備管理。通過(guò)與現(xiàn)有設(shè)備管理系統(tǒng)集成，在4G終端實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理全部功能。設(shè)備管理人員能夠在現(xiàn)場(chǎng)完成設(shè)備臺(tái)賬、狀態(tài)查看、檢維修管理以及現(xiàn)場(chǎng)檢維修工單的派發(fā)、接收、執(zhí)行和反饋等操作。

安健環(huán)管理。通過(guò)與安健環(huán)系統(tǒng)對(duì)接，提升現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)票管理工作效率?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在4G終端提交電子作業(yè)票并將現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境、危險(xiǎn)源以照片形式錄入至系統(tǒng)，提交檢查管理人員進(jìn)行在線(xiàn)審核。

生產(chǎn)異常監(jiān)控。當(dāng)廠(chǎng)區(qū)大機(jī)組系統(tǒng)、有毒有害氣體監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)、環(huán)保在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等實(shí)時(shí)采集類(lèi)系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)異?；驁?bào)警后，通過(guò)4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)在4G終端上進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警推送并調(diào)取報(bào)警位置視頻信號(hào)，提醒相關(guān)人員進(jìn)行處理、跟蹤。

無(wú)線(xiàn)智能巡檢?；?G終端的無(wú)線(xiàn)智能巡檢，可實(shí)時(shí)回傳外操人員巡檢過(guò)程數(shù)據(jù)，詳細(xì)記錄“跑、冒、滴、漏”信息。通過(guò)對(duì)人員、時(shí)間、地點(diǎn)、數(shù)據(jù)、視頻全方位的核實(shí)，確保巡檢質(zhì)量，杜絕巡檢作假。通過(guò)與現(xiàn)有信息系統(tǒng)無(wú)縫連接，生產(chǎn)指揮部門(mén)能夠有效監(jiān)督巡檢人員的工作情況，科學(xué)管理和安排巡檢人員的巡檢工作，從而最大程度提高工作效率，延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行壽命。

人員定位。在人員定位管理方面，充分利用4G智能終端、定位系統(tǒng)和GIS地圖，實(shí)時(shí)跟蹤人員位置信息，解決由于化工廠(chǎng)區(qū)域較大、裝置密集，有時(shí)無(wú)法了解外操人員地理位置而產(chǎn)生安全隱患。

無(wú)線(xiàn)儀表。通過(guò)4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，可將工業(yè)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點(diǎn)接入4GLTE網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳。這樣，一方面降低安裝成本、縮短施工周期、降低維護(hù)費(fèi)用，另一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠(chǎng)生產(chǎn)狀況的全方位了解，提高安全管理水平、幫助提升運(yùn)營(yíng)效率。

單兵作業(yè)。通過(guò)4G單兵設(shè)備的配置，可全面提高現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急響能力，實(shí)現(xiàn)緊急突發(fā)事件處理過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像采集上報(bào)、實(shí)時(shí)音頻交互、應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)支持，使得相關(guān)部門(mén)對(duì)應(yīng)急突發(fā)事件的情況了解更加全面，對(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)更加迅速，對(duì)相關(guān)人員之間的協(xié)調(diào)更加充分，決策更加有依據(jù)。

無(wú)線(xiàn)監(jiān)控。對(duì)于臨時(shí)施工點(diǎn)，重要檢修工程、污染物排放點(diǎn)、重點(diǎn)安全區(qū)域等不便部署有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的位置，利用4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)就近安裝高清攝像機(jī)，進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控。

移動(dòng)辦公。移動(dòng)辦公方面，依托4G無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)可以為企業(yè)打造體現(xiàn)企業(yè)自身管理及服務(wù)特色的業(yè)務(wù)融合平臺(tái)，形成企業(yè)5A級(jí)（Anyone、Anytime、Anywhere、Anyway、Anything）消息及業(yè)務(wù)中心，覆蓋企業(yè)行政、辦公、銷(xiāo)售、采購(gòu)、合同審批等各項(xiàng)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)所有移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)待辦事宜的統(tǒng)一展現(xiàn)、所有通知消息的統(tǒng)一推送。

四、結(jié)語(yǔ)

4G無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)采用開(kāi)放、融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)音頻、視頻、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)化承載；通過(guò)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)的深度融合，構(gòu)建了以用戶(hù)、應(yīng)用為中心的智能化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)?；?G移動(dòng)終端進(jìn)行的實(shí)時(shí)視頻通話(huà)、現(xiàn)場(chǎng)視頻調(diào)度和分發(fā)，實(shí)現(xiàn)了從“聽(tīng)”到“看”的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變，有效提升人員間的協(xié)同調(diào)度能力。在4G無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，能夠支持豐富的系統(tǒng)接入方式，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳給廠(chǎng)區(qū)的生產(chǎn)指揮中心，大幅提升數(shù)據(jù)采集效率與準(zhǔn)確性，極大提升了企業(yè)無(wú)線(xiàn)感知能力，為煤化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化、數(shù)字化、可視化和集成化搭建了可靠的基礎(chǔ)平臺(tái)。

（作者單位：中煤陜西榆林能源化工有限公司）

（責(zé)任編輯：龐永厚）