5G在核電行業(yè)的業(yè)務(wù)場景研究

吳銀偉，郭 璇（中國核電工程有限公司，北京 100035）

0 引言

目前國內(nèi)外核電廠的主要通信手段仍為有線通信，調(diào)試、檢修、巡檢人員無法擺脫固定電話線纜的束縛，且各生產(chǎn)崗位的通信需求量巨大，工作的靈活性和高效性受到了很大的限制，通信業(yè)務(wù)的智能化水平較低。同時，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的不斷發(fā)展，在核電廠中引入以上新技術(shù)，通過信息化和智能化技術(shù)與核電廠工業(yè)技術(shù)之間的融合，提升核電廠的數(shù)字化、智能化水平，已成為智慧核電發(fā)展的重要方向和關(guān)鍵突破口。

作為核電廠信息傳輸?shù)闹鲃用}、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的加速器、智能化建設(shè)的新基石，在核電廠建設(shè)5G 無線通信網(wǎng)絡(luò)來承載智慧核電的各類智能應(yīng)用的需求是非常迫切的。對核電廠可利用5G 無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的智能應(yīng)用進行充分挖掘，可為核電廠5G無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供充實的基礎(chǔ)資料。

1 核電廠無線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀

目前國內(nèi)雖然已經(jīng)有部分核電站建設(shè)了無線通信系統(tǒng)，但主要目標是實現(xiàn)核電廠無線語音通信功能。隨著無線通信技術(shù)和智能化技術(shù)的發(fā)展，各核電廠都在不斷推進高速無線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，在實現(xiàn)移動語音通信的基礎(chǔ)上，不斷挖掘新型智能應(yīng)用，實現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用價值的最大化。

核電廠須選擇滿足核電廠智能化發(fā)展需求的無線通信技術(shù)作為核電廠的新型基礎(chǔ)設(shè)施，推動核電廠的智能化、智慧化。ITU 定義了5G 三大應(yīng)用場景：增強型移動寬帶、海量機器通信和超高可靠低時延，這三大應(yīng)用場景都可助力核電廠實現(xiàn)更多的智能應(yīng)用。

a）增強移動寬帶應(yīng)用。例如無線視頻的應(yīng)用，在核電廠高劑量區(qū)域及人員不易到達區(qū)域部署無線攝像機，利用AR/VR實現(xiàn)員工培訓(xùn)。

b）海量機器通信應(yīng)用。例如目前三門核電已經(jīng)實現(xiàn)的遠程智能輻射監(jiān)測系統(tǒng)，在線監(jiān)測非介入式傳感器實現(xiàn)設(shè)備健康管理。

c）超高可靠低時延。例如實現(xiàn)機器人的智能巡檢等應(yīng)用。

5G 應(yīng)用場景和核電廠各類智能業(yè)務(wù)需求是非常契合的。

2 核電廠無線通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)場景

2.1 概述

根據(jù)核電廠運行維護特點，核電廠內(nèi)基于無線通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)場景主要包括三大類：移動應(yīng)用類、數(shù)據(jù)采集類和過程控制類。

2.2 移動應(yīng)用類業(yè)務(wù)

移動應(yīng)用類業(yè)務(wù)場景主要包括：先進融合通信系統(tǒng)、智能巡檢、智能維修、智能運行操作、移動辦公、在線培訓(xùn)及遠程專家診斷等。

a）先進融合通信系統(tǒng)。依托無線通信系統(tǒng)，建設(shè)富媒體集群調(diào)度平臺，提供語音、短信、圖片、視頻等富媒體通信能力。融合核電廠有線通信系統(tǒng)，提供點對點通話、多方通話、語音和視頻會議、通知發(fā)布等功能，為核電廠提供有效的現(xiàn)場通信、通知、調(diào)度和指揮功能，并支撐核應(yīng)急、消防應(yīng)急和核安保突發(fā)事件應(yīng)急情況下的指揮調(diào)度工作。

b）智能巡檢。巡檢人員可通過移動終端，實時錄入在巡檢、操作過程中發(fā)現(xiàn)的問題和缺陷，上傳照片、視頻、巡檢數(shù)據(jù)，記錄巡檢情況。

c）智能維修。通過移動終端實現(xiàn)取票、還票，電子化工作包，實現(xiàn)維修規(guī)程、圖紙查詢電子化，質(zhì)量、安全控制點的見證遠程觀察指導(dǎo)。

d）智能運行操作。實現(xiàn)運行規(guī)程、圖紙、操作單等數(shù)字化移動應(yīng)用，提升運行操作工作效率。

e）移動辦公。多個業(yè)務(wù)平臺的辦公應(yīng)用環(huán)境擴展到生產(chǎn)現(xiàn)場，方便生產(chǎn)人員辦理相關(guān)事務(wù)，提高生產(chǎn)管理效率。

f）在線培訓(xùn)及遠程專家診斷。疑難操作遠程指導(dǎo)，便于實現(xiàn)專家遠程在線支持。維修人員攜帶視頻設(shè)備或AR 眼鏡，全程實時回傳操作影像，并保持語音通話，維修過程中如果涉及設(shè)備的異常情況或者現(xiàn)場人員對現(xiàn)場缺陷無法判斷，可以調(diào)用視頻診斷功能，建立視頻診斷會議室，和內(nèi)外部專家一起召開視頻會議，實現(xiàn)現(xiàn)場工作實施視頻協(xié)同。

2.3 數(shù)據(jù)采集類業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)采集類業(yè)務(wù)場景主要包括：智能配電網(wǎng)、智慧消防、智能輻射防護和監(jiān)測、視頻圖像數(shù)據(jù)、工業(yè)總線數(shù)據(jù)無線傳輸及物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集等。

a）智能配電網(wǎng)。通過5G 網(wǎng)絡(luò)進行智能化中低壓開關(guān)柜設(shè)備健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸，滿足一體化配電管理需求。在安全可靠的基礎(chǔ)上，提高配電系統(tǒng)管理效率，降低管理及維護費用，提供配電設(shè)備健康狀態(tài)分析，實現(xiàn)電力系統(tǒng)實時監(jiān)控及能耗軌跡透明度管理，通過專家大腦平臺化優(yōu)化電網(wǎng)運行效率。

b）智慧消防。基于5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)智慧消防集成管理平臺，實現(xiàn)部分消防系統(tǒng)狀態(tài)實時監(jiān)控，消防器材管理，消防隱患管理，消防授權(quán)培訓(xùn)，消防應(yīng)急救援，消防隊日常管理，消防許可證辦理等功能。通過數(shù)據(jù)采集、分類、融合、計算及后續(xù)預(yù)警研判，實現(xiàn)科學決策和實施。5G網(wǎng)絡(luò)為其提供通信指揮調(diào)度功能，通過配備的個人移動終端實現(xiàn)管理平臺移動辦公。

c）智能輻射防護和監(jiān)測。部分區(qū)域的固定式劑量率監(jiān)測儀的設(shè)置，以及一定數(shù)量的便攜式的γ 輻射劑量率儀，通過5G無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)現(xiàn)場劑量率測量的實時傳輸和后臺的數(shù)據(jù)管理，減少人員數(shù)據(jù)調(diào)用、讀取和錄入等的工作量；表面沾污監(jiān)測系統(tǒng)通過5G網(wǎng)絡(luò)實時上傳設(shè)備當前的測量值、設(shè)備運行狀態(tài)、運行維護狀態(tài)等。

d）視頻圖像數(shù)據(jù)、工業(yè)總線數(shù)據(jù)無線傳輸及物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集。便捷部署固定式無線攝像機或移動式無線攝像機，可實現(xiàn)對關(guān)鍵重要設(shè)備和區(qū)域?qū)嵤┻B續(xù)視頻監(jiān)控，對關(guān)鍵敏感區(qū)域進行出入管理；對重要作業(yè)現(xiàn)場、臨時施工點、事故點和維修過程進行臨時視頻監(jiān)控；對邊遠區(qū)域、危險區(qū)域?qū)嵤o人巡檢和少人巡檢，智能巡檢；對現(xiàn)場人員行為進行監(jiān)督，對人員裝具佩戴情況進行監(jiān)督。海量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入，可實現(xiàn)智能運維與健康管理系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與傳輸網(wǎng)絡(luò)；為廠區(qū)智能化管理提供技術(shù)支撐，如智慧交通、智慧水務(wù)、倉儲管理等。

2.4 過程控制類業(yè)務(wù)

過程控制類業(yè)務(wù)場景主要包括DCS 系統(tǒng)過程控制、燃料操作與貯存系統(tǒng)過程控制等。

a）DCS 系統(tǒng)過程控制。將目前通過有線通信形式傳輸?shù)腄CS 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和控制信號通過無線通信形式進行傳輸。

b）燃料操作與貯存系統(tǒng)。通過無線方式實現(xiàn)設(shè)備之間，以及設(shè)備與遠端控制室之間進行語音、視頻、設(shè)備信息、控制指令等數(shù)據(jù)的交換。

3 建議

通過梳理核電廠無線通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)場景需求，建議核電廠無線通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載分3個階段實現(xiàn)。

第1 階段實現(xiàn)移動應(yīng)用類業(yè)務(wù)，此類業(yè)務(wù)僅需進行各類軟件開發(fā)，對核電廠其他工藝系統(tǒng)及設(shè)備影響較小。

第2 階段實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集類業(yè)務(wù)，此類業(yè)務(wù)除需具備無線通信網(wǎng)絡(luò)外，還需其他工藝系統(tǒng)設(shè)備本身具備無線通信傳輸功能，或通過工業(yè)無線通信網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)有線通信到無線通信的轉(zhuǎn)變。

第3 階段實現(xiàn)控制類業(yè)務(wù)，由于核電廠核安全的重要性，任何情況下都需要保證核安全，新技術(shù)的應(yīng)用需經(jīng)過大量的試驗驗證，保證系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行。

后續(xù)核電廠建設(shè)5G無線通信系統(tǒng)，需在核電廠無線通信業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，對核電廠業(yè)務(wù)需求進行深入分析，并充分利用5G技術(shù)特點，對核電廠5G網(wǎng)絡(luò)進行合理規(guī)劃。