4G无线通信技术在智能工厂中的应用

文/李俊杰　武凯

4G无线通信技术在智能工厂中的应用

文/李俊杰武凯

通信系统对于智能工厂是必不可少的基本条件，智能工厂需要把通信技术与生产运营更加紧密地结合，从而能够更加便捷的全面感知和高效协同。本文在分析传统通信系统存在问题的基础上，阐述了4G无线通信技术在智能工厂中的建设策略和建设原则，并以中煤陕西榆林能源化工有限公司智能工厂建设实践为例，就4G无线通信技术在有线无线融合通信、多媒体调度、应急指挥、设备管理、安健环管理、生产异常监控、无线仪表等多个方面应用实践进行分析总结，初步形成了能够覆盖智能工厂各方面的智能应用体系。

一、传统通信系统存在的问题

1.网络没有全覆盖，信息无法全面感知。智能工厂要想实现全面感知，必须实现全厂的网络覆盖。大部分生产厂区在投入运行后仍有大量生产数据、设备状态、环境排放等信息需要人工进行巡检，不能实时可视化监控。

2.生产调度通信手段单一，影响生产协同能力。一是生产指挥中心与各生产中心内操采用有线调度电话逐一沟通效率低，易出错。二是内操和外操使用无线对讲通信，由于生产班组较多，占用了较多的无线频率资源，各频率之间易出现干扰、串音，在一些噪音较大的装置区，通话质量更是大打折扣。三是只使用语音调度，无法感受现场的实际情况，也进一步限制了沟通的质量。

3.应急通信手段不完善，影响事故应急处理。在紧急事故发生时，应急指挥人员和现场人员沟通手段不完善，指挥中心人员无法准确实时了解现场环境、人员、车辆的实际情况，影响及时制定出准确的应急方案。

二、基于4G无线通信技术在煤化工企业中的建设策略

4G无线通信技术具有深覆广、高带宽、安全可靠、频谱利用率更高等特点。在智能工厂中关于4G无线通信系统的建设应当遵循如下原则：

1.采用先进的系统架构设计理念和解决方案，充分考虑未来业务的发展，系统设计和产品选择要具有前瞻性，以适应科学决策和业务发展的需求，在保证先进性的同时，能够确保系统稳定运行。

2.系统设计应保护既往投资，整合现有资源，通过与现有各类通信系统的融合对接，实现通信资源充分共享，使既往投资和现有资源发挥更大作用。

3.系统设计应提供丰富的二次开发接口，通过应用定制，其他外围系统可通过二次开发包方便地调用平台资源，与平台软硬件设备实时交互，实现丰富的系统集成功能。

4.系统的架构涉及的关键技术应具有灵活性、开放性、可配置性，采用的技术手段必须遵循业界标准，使系统具备良好的扩展能力。

5.4G平台要有较高的安全性、保密性和可靠性，通过多种安全管理手段保护设备访问安全，实现数据的安全加密和用户的合法访问。

6.为满足不同业务类型和用户等级的不同传输需求，通过先进的准入控制、无线资源管理、传输资源管理等，在保证系统整体性能和吞吐量的同时，保证每一个用户业务的QoS质量。

7.基站可靠性设计中主要考虑主控板的备份和基带处理板的备份，建立完善的备份与恢复机制，保证7*24小时稳定运行，达到高可用的要求。

三、4G无线通信技术在中煤陕西公司智能工厂中的应用

中煤陕西公司在智能工厂的建设过程中，围绕公司业务发展及战略需要，遵循公司信息化规划与智能工厂建设总体要求，借鉴国内外先进的智能化、虚拟化及物联网等建设经验，依托4G无线通信技术在智能工厂的建设进行探索和实践，逐步建成了智能工厂无线感知平台，在有线无线融合通信、多媒体调度、应急指挥、设备管理等十多个方面进行了大胆尝试。通过各类业务与4G技术的紧密集合，进一步提升了公司生产、安全、环保等方面的现场管理水平。

有线无线融合通信。在语音通信方面，4G无线通信系统不仅可作为有线通信系统的备份，而且可通过标准协议与有线通信系统、扩音对讲系统、视频会议系统等进行融合，实现厂区所有通信系统的互联互通，在统一调度台下实现有线话机、4G集群终端、扩音对讲终端的一体化调度，为全厂的调度指挥提供高效、便捷的平台。

应急指挥。在应急指挥方面，当出现警情后，应急指挥人员利用4G调度系统和现场人员进行语音、视频的互动，全面收集一线信息，做出准确的决策。对于形成的决策通过4G终端快速下发到相关部门人员进行应急处理。

设备管理。通过与现有设备管理系统集成，在4G终端实现设备管理全部功能。设备管理人员能够在现场完成设备台账、状态查看、检维修管理以及现场检维修工单的派发、接收、执行和反馈等操作。

安健环管理。通过与安健环系统对接，提升现场作业票管理工作效率。现场作业人员在4G终端提交电子作业票并将现场作业环境、危险源以照片形式录入至系统，提交检查管理人员进行在线审核。

生产异常监控。当厂区大机组系统、有毒有害气体监测、实时数据库应用系统、环保在线监测系统等实时采集类系统出现运行参数异常或报警后，通过4G无线网络能够自动在4G终端上进行实时报警推送并调取报警位置视频信号，提醒相关人员进行处理、跟踪。

无线智能巡检。基于4G终端的无线智能巡检，可实时回传外操人员巡检过程数据，详细记录“跑、冒、滴、漏”信息。通过对人员、时间、地点、数据、视频全方位的核实，确保巡检质量，杜绝巡检作假。通过与现有信息系统无缝连接，生产指挥部门能够有效监督巡检人员的工作情况，科学管理和安排巡检人员的巡检工作，从而最大程度提高工作效率，延长设备运行寿命。

人员定位。在人员定位管理方面，充分利用4G智能终端、定位系统和GIS地图，实时跟踪人员位置信息，解决由于化工厂区域较大、装置密集，有时无法了解外操人员地理位置而产生安全隐患。

无线仪表。通过4G无线通信技术与工业无线网络技术结合，可将工业无线Mesh网络的汇聚节点接入4GLTE网关，实现数据回传。这样，一方面降低安装成本、缩短施工周期、降低维护费用，另一方面实现对工厂生产状况的全方位了解，提高安全管理水平、帮助提升运营效率。

单兵作业。通过4G单兵设备的配置，可全面提高现场的应急响能力，实现紧急突发事件处理过程现场视频图像采集上报、实时音频交互、应急现场支持，使得相关部门对应急突发事件的情况了解更加全面，对突发事件的反应更加迅速，对相关人员之间的协调更加充分，决策更加有依据。

无线监控。对于临时施工点，重要检修工程、污染物排放点、重点安全区域等不便部署有线网络的位置，利用4G无线网络就近安装高清摄像机，进行实施监控。

移动办公。移动办公方面，依托4G无线通信系统可以为企业打造体现企业自身管理及服务特色的业务融合平台，形成企业5A级（Anyone、Anytime、Anywhere、Anyway、Anything）消息及业务中心，覆盖企业行政、办公、销售、采购、合同审批等各项业务，实现所有移动应用系统待办事宜的统一展现、所有通知消息的统一推送。

四、结语

4G无线通信系统采用开放、融合的网络架构，实现音频、视频、数据的统一网络化承载；通过有线、无线的深度融合，构建了以用户、应用为中心的智能化网络平台。基于4G移动终端进行的实时视频通话、现场视频调度和分发，实现了从“听”到“看”的业务转变，有效提升人员间的协同调度能力。在4G无线通信系统应用过程中，能够支持丰富的系统接入方式，将数据实时回传给厂区的生产指挥中心，大幅提升数据采集效率与准确性，极大提升了企业无线感知能力，为煤化工企业实现运营的自动化、数字化、可视化和集成化搭建了可靠的基础平台。

（作者单位：中煤陕西榆林能源化工有限公司）

（责任编辑：庞永厚）