5G+工業互聯網在鋼鐵行業中的應用探索
——以中天鋼鐵集團5G數字工廠為例

趙曉偉

（中國電信股份有限公司常州分公司，江蘇 常州213000）

2020年國家對新基建的重視程度顯著提升，中央會議也明確強調加快5G網絡、數據中心、工業互聯網、人工智能等新型基礎設施建設進度。作為基礎運營商，中國電信常州分公司，一方面加快5G基礎網絡的建設；另一方面基于5G網絡開展應用場景的探索和嘗試。本文以中天鋼鐵集團運用5G技術，變革生產過程、提升企業信息化為例展開探討，同時可以為其他鋼鐵企業提供一些有益的借鑒。

1 5 G新技術的特點

5G技術有大帶寬、廣鏈接、低時延三大特點。

1.1 eMBB：增強型移動寬帶業務

5G網絡的速率單基站可以達到10Gbps，是4G網絡的100倍。單用戶可達到1.35Gbps。5G網絡充分利用高頻頻譜資源，5G的單載波頻譜從原先4G LTE的20MHz提升到了100MHz，同時利用高頻使單位面積的天線陣子數成倍增加，進而使5G帶來超高的速率。5G eMBB特性可以滿足高清視頻直播、高清視頻會議、VR/AR等大帶寬速率業務的需求。

1.2 mMTC：海量的物聯網連接

物聯網時代萬物互聯，海量通信顯得異常重要。物聯網海量通信的核心是提供大規模的連接，5G mMTC不僅要求網絡具備超千億連接的支持能力，滿足100萬連接/km2連接數密度指標要求，而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。主要面向智慧城市、環境監測、智能家居、共享單車、森林防火等以傳感和數據采集為目標的應用場景。

1.3 URLLC：低時延高可靠業務

5G URLLC具有高可靠性、低延遲和高可用性的特點。被業界認為可以廣泛應用于工業應用和控制、交通安全和控制、遠程制造、遠程培訓、遠程手術等場景應用中，同時URLLC在無人駕駛領域具有巨大的潛力。5G的時延降低到了10ms，最低可以達到1ms。用戶面時延1ms內，一次傳送32字節包的可靠性為99.999%。如果時延允許，5G URLLC還可以采用重傳機制，進一步提高成功率。

2 中天鋼鐵集團5 G數字工廠建設項目

中天鋼鐵集團有限公司位于江蘇省常州市，成立于2001年9月，歷經近二十年跨越發展，已成為年產鋼1300萬噸、營業收入超1400億元，已連續十六年榮列中國企業500強，榮獲“第六屆中國工業大獎”。

2.1 項目的總體規劃

圍繞中天鋼鐵集團進行智慧升級和5G賦能，建設中天鋼鐵集團內部基于5G專網的核心服務，利用物聯網、大數據、人工智能和5G等新興技術，實現海量異構數據匯聚與建模分析、工業經驗知識軟件化與模塊化、工業創新應用開發與運行，從而支撐生產智能決策、業務模式創新、資源優化配置和產業生態培育。

2.2 項目的具體實施

該項目是在中天鋼鐵集團第三煉鋼廠內部建設，構建面向特定行業的企業級工業互聯網平臺，提供具有中天特色的業務應用服務，以信息化手段推進中天從制造向智造轉變，構建符合中天鋼鐵集團實際的5G+智慧鋼鐵未來工廠規劃。項目實施的主要應用場景有。

2.2.1 5G專網建設部署

建立中天鋼鐵集團有限公司5G專網設置核心服務器，服務全廠現有及未來發展的5G應用平臺。在三煉鋼現場部署25臺5G室內基站，精確覆蓋加料跨、精煉跨和廢鋼跨，服務于高清視頻傳輸、紅外監控、集中控制和高精度定位等應用需求。通過在用戶數據中心進行5G核心設備的整體部署，實現5G數據流在園區內的閉環管理，真正做到數據不出園區。

2．2．2 環境數據采集

針對中壓35KV中高壓配電室溫度的采集滿足有序、實時，在線對相關測點的溫度測量，采用無線無源的方式，同時不受采集數量的限制最多可以布放五十個以上的測點，在配電設備的有限空間內解決發熱隱患采集的全面性，不破壞現有供電配電的完整性，安裝方便性。通過加裝溫度采集模塊，在線對相關測點的溫度進行測量，并采用5G專網進行實時傳輸。本方案能方便巡檢人員實時獲取機房溫度和空調送風溫度，提升運維能力和效率。

2．2．3 5G+行車遠程操控

在煉鋼車間，高溫、粉塵、噪聲工作環境會損害員工健康。連續作業，疲勞駕駛，勞動強度高，易引發人為操作錯誤，導致安全和生產事故，對于天車的改造迫在眉睫。根據天車遠程操控的電氣與自動化控制原理，先將其升級改造為PLC電控系統，并且在行車上加裝9路4K高清視頻，使其具備遠控條件。通過中天鋼鐵集團5G專網，將行車的操控量和現場畫面高速率、高保真地傳輸到操控臺屏幕上，幫助操作人員進行遠程操控。

本網絡通信系統采用工業5G網絡和無線微波網絡，并做雙備份設計，且兩套網絡之間可以做到在線熱切換，極大地提升了網絡可靠性。

2)通過仿真得到了X、Y、Z方向的切削力，通過銑削加工試驗，獲取銑削力數值并與仿真銑削力進行對比，驗證了試驗模型的準確性。為后續試驗研究(加工效果，加工質量等)做好準備。

2．2．4 數字孿生：三維可視化工廠

以中天鋼鐵全廠區外圍場景三維建模，同時細化建設高爐-煉鋼廠物流3D可視化系統，按照統一管理、靈活低耦合設計，設計3D可視化系統管理架構，可提供仰視、俯視、透視視角，360°全方位視角查看生產物流、主體設備的信息。為監控數字化車間運行情況提供便利，從而大大提高煉鋼廠生產管控的真實感和靈活性。同時，3D化可視化工廠將作為煉鋼廠物聯網的顯示載體，將鐵、鋼水生產過程、鐵鋼料包運轉管理、天車運行管理等數據進行集中監控和統一展示，為實現中天鋼鐵智慧制造目標，打造極致高效安全的煉鋼智慧工廠提供展示平臺。

2．2．5 5G+AI智能檢測

（1）安全帽檢測：鋼鐵行業作為高危行業。佩戴安全帽成為保護員工的重要手段，有效降低了意外事故發生帶來的傷害。采用安裝AI智能高清攝像頭，對主要出入區域的進出人員佩戴安全帽的情況進行實時在線檢測，通過5G專網部署，確保實時準備的圖像數據傳輸及實時預警。

（2）轉爐熱成像：轉爐用于鋼水的運輸，是與1000多度高溫鋼水直接接觸的，同時又承受著鋼水與鋼渣的機械沖刷和急冷急熱的作用，容易產生剝落，當局部損毀嚴重而又未被發現時將造成嚴重的漏鋼事故。同時，如何實現對轉爐安全性的在線測量，是廣大冶金工作者極其關心的問題。紅外熱成像是一種可以遠距離對物體表面的溫度分布進行成像分析的非接觸式測溫儀器。它能夠快速發現物體的熱缺陷，全面監測和記錄鐵水包的一切溫度變化情況，實現預測性維護，成為保證安全生產的重要措施。

2．3 項目實施的意義

該項目應用5G+工業互聯網前沿技術，布局國內先進一流的“智慧工廠”。將大數據信息、數字孿生和5G應用完美展示，打造了一個獨一無二的智慧煉鋼展示中心，主要有以下意義：

（1）運用物聯網、5G技術打造智慧車間，為安全生產管理、科學調度、成品優化等提供決策依據。

（2）全面感知生產動態，完善監控體系，豐富5G生產環境監測采集平臺。

（3）運用5G高帶寬低延時特性，優化控制和監控方式，提供員工舒適、科技感十足的工作環境。

（4）運用3D可視化技術打造AI智能煉鋼廠結合，5G高速低延時傳輸途徑，為實現中天鋼鐵智慧制造目標，建設極致高效安全的煉鋼智慧工廠提供展示VR平臺。

（5）運用AI智能圖像算法，實時高清視頻安全監控，提升生產作業區域管理效率，保障作業人員安全生產。

3 結語

目前5G的行業應用場景正處于探索階段，中天鋼鐵集團5G數字工廠建設項目的實施，為鋼鐵行業樹立了較好的標桿，同時對于傳統制造業轉型升級提供了積極的探索和嘗試！