5G 及物聯網技術在電廠輸煤系統的應用

孟 軍

（華電忻州廣宇煤電有限公司，山西忻州 034000）

0 引言

物聯網技術作為新興技術之一，為各種物品和網絡之間搭建起了橋梁。因而物聯網因為具有獨特的優勢，應用在電網領域，有利于實現電力系統的升級。隨著5G 時代的到來，進一步促進了物聯網技術的優化與創新。在電場的輸煤系統中應用5G 技術與物聯網技術，可以有效提升系統的安全性、智能性和高效性[1]。

1 5G 與物聯網技術的發展

物聯網也稱為傳感網，在物體中嵌入不同的傳感器芯片，利用無線網絡技術實現物體的網絡化和智能化，達到萬物互聯的目的。物聯網技術的應用需要具備支持網絡覆蓋的標準和網絡系統。自2013 年底，我國啟動4G 網絡建設，已經實現了基于EMTC 等物聯網技術的全網絡覆蓋，滿足了物聯網高可靠性、低功耗、低指標的市場需求。隨著科技的進步，移動通信技術已經演變為5G 技術，相較于4G 技術，5G 的優勢在于容量更大、速度更快，可以結合千億物聯網，為物聯網技術的快速發展奠定技術基礎。而5G 與物聯網的結合具體包括以下幾方面[2]。

首先，5G 通信網絡的傳輸速度是4G 的100 多倍，不同移動終端之間交換網絡數據所需的時間大大縮短，物聯網技術無需受到傳統網絡的限制，各種移動終端從原來的控制信號向多元的信息交互轉變。

其次，5G 通信網絡不僅支持不同終端設備之間的直接連接和高頻數據交換，還擁有多天線傳輸等先進的通信網絡技術。它不僅改變了傳統移動數據網絡的結構，而且實現了終端通信方式的多樣化。改變傳統蜂窩數據網絡結構可以實現更高的數據流量與優質的用戶體驗，并且時延更低、能效更高。在5G 時代，物聯網將擁有更寬廣的覆蓋范圍和更多的頻段，也可以實現通信終端模塊的小型化。

最后，5G 通信技術的出現，為智能導航和人工智能等新技術的開發和應用提供了網絡支持。現有4G 網絡無法實現的功能正在逐漸成為5G 網絡的現實，可以支持物聯網功能和應用的發展與創新[3]。

2 電廠輸煤系統的總體設計

2.1 系統體系設計

系統采用三層高可用結構。全息多維采集設備基于大數據技術采集整個生命周期的靜態、動態、實時、操作、圖像、視頻等數據，構建大數據倉庫。基于大數據分布式數據處理技術，構建基于大數據技術的數據終端。基于數據集成抽取清洗轉換、分布式數據庫存儲、分布式數據實時分析和計算、分布式多維分析和處理、數據任務調度、大數據治理等技術，構建大數據平臺的底層管理模型，負責數據的采集、存儲、處理和計算以及數據平臺的運營管理。

2.2 系統網絡結構設計

基于電廠輸煤系統采集到的數據，可以實時監測和計算電廠輸煤系統的效率。建立數據中心，為公司安全生產決策提供直觀、交互式的工具，及時監測和分析現場生產運行狀態和設備性能，為專業部門和業務領導提供實時信息和分析數據，提高安全生產的可控性，確保生產管理的安全，創建安全的能源生產企業。

2.3 系統安全策略設計

2.3.1 科學設計數據接口

實時信息系統是一個復雜的技術集成系統。需要從控制系統中實時提取大量生產數據[4]。同時，必須與管理信息系統連接進行數據交換。因此，科學設計每個數據接口可以確保系統之間安全、高效、可靠地進行數據信息的傳輸和交換。現有控制系統應采用標準數據源接口，接口控制系統的接口設計和開發應嚴格按照各控制廠商的接口規范進行。

2.3.2 建立完善的安全體系

實時數據庫系統具有資源共享、多用戶和分布式處理的特點。它不僅實時影響IT 系統的運行，還影響相關控制系統的正常運作。系統安全需要作為一個整體進行設計、規劃和實施。采取一系列技術措施，根據不同級別的特點采取各種安全措施，建立系統安全體系，建立專門的運行管理機構，負責制定系統的運行規則和條例，并對系統的運行進行監測、分析和管理，實現早期故障檢測和預處理，將系統的運行周期最大化。

2.3.3 硬件冗余配置

實時數據庫服務器采用雙待機模式，硬件設置配備雙電源甚至多電源，如工作站、服務器、主網交換機等，避免單個電源模塊故障。系統配備兩個電源，一個是輔助電源的安全部分，另一個是連續電源，可實現配電柜在兩個電源之間的自動切換[5]。

2.3.4 建立軟件管理制度

構建軟件管理制度，控制系統服務器、功能站、接口站等軟件平臺，刪除與系統操作無關的軟件和服務。普通用戶對系統具有安裝和卸載操作權限，可以更改操作系統設置。及時下載安裝系統補丁軟件，確保系統運行穩定。

2.4 系統綜合能力設計

（1）運行感知全面化。通過接入已經部署的無人巡檢設備、攝像頭、傳感器等，構建全面的電廠輸煤系統感知系統。

（2）運維記錄數據化。建設實時動態數據庫，完整保存運維、巡檢流程中的所有過程記錄，包括圖片、音頻、視頻等資料，并通過儲存技術確保數據安全，相關信息可以通過系統實現快速檢索和查詢。

（3）異常預警智能化。采用面向設備與操作異常的視頻分析智能算法、面向設備運行監測的融合智能分析算法，實現對電廠輸煤系統運行環境的分析與識別，完善設備全生命周期管理，降低巡檢次數。

（4）先進的數據接口。系統具有完整的數據接口，支持與第三方系統的數據交互功能，預留與上級集控系統的數據交互接口，平臺系統具有高度的可擴展性和兼容性。

（5）完善的數據交互協議。系統自主設計一套適合電廠輸煤系統的數據交互協議，規定各智能終端與主站的數據交互內容、交互方式，規定各類協議的交互指令，確保主控系統的規范性；系統將整合各項研究成果，以模塊化方式將任務規劃系統、通信控制系統、診斷分析系統按業務需求進行集成，滿足電廠輸煤系統智能運維的功能需求。

（6）可視化的數據交互。系統具備電廠輸煤系統的數據交互展示功能，能夠更加清晰地展示各類設備及信息位置。

2.5 數據采集平臺設計

數據采集平臺作為現場監測和在線分析的主要數據源平臺，將企業現有專業管理系統（DCS、電氣自動化）與現場儀表進行通信，同時采集溫度、流量、液位、功率等相關數據，主要進行實時采集，對生產數據和指數參數進行統計。數據采集平臺包括中心接收服務器、下位數據采集終端等。數據采集終端與生產現場設備、儀器進行連接，實現電信號、非電信號、并行信號和串行信號等不同類型數據挖掘的數據采集。它補充了專業系統之間的數據接口，兼容企業DCS、PLC 等特殊系統的數據接口，更好地適應了電廠輸煤系統不同設備的數據采集。實時采集的數據可以通過移動網絡發送到中心數據接收服務器，中心服務器具有強大的計算能力和可擴展性，擁有用于動態速度檢測的內置組件，并且還可以根據信息變化主動向網絡報告信息，確保數據的實時傳輸，顯著降低網絡數據流量和中央服務器的負載，確保中央服務器的穩定性。在數據傳輸過程中，中央服務器支持實時數據存儲，可以幫助用戶長時間保存數據，確保在通信鏈路出錯時數據不會丟失，提高數據的完整性和連續性。電廠輸煤系統數據采集系統結構如圖1 所示。

圖1 電廠輸煤系統數據采集系統結構

2.6 重點功能模塊設計

應用對象在實時數據庫上構建電廠輸煤系統的設備管理與運行的監測系統，該系統的重點功能模塊主要包括以下方面。

2.6.1 實時監控和自動報告生成

通過該模塊，可以對電廠各控制系統的輸煤系統數據進行全面的采集、處理和分析，并生成數據曲線和報告等材料，使用戶可以對各終端的各個過程進行一致的監控，實現數據共享，并且將數據作為決策依據之一[6]。

2.6.2 設備狀態監視報警及維護

提供設備的運行狀態和故障原因，以表格的形式將報警參數輸入數據庫[7]。當系統呈現報警模式時，發出聲光報警，并自動檢測保存，以備事故分析；對不同設備的操作過程、操作系統、維護經驗進行排序、匯總并導入數據庫，實現隨時維護和查詢。

3 結語

近年來，電力輸煤承擔的責任越來越重。物聯網將定位技術、傳感器網絡等眾多技術結合，協調物與物和人與物之間的關聯，在檢修設備、智能化監管、運行狀態監測等領域中呈現出顯著效果。在此背景下，電廠的輸煤系統需要更高的靈活性、穩定性。因此，基于5G 背景下，采用物聯網技術實現對各個環節的監測，為管理人員提供準確數據，提高了電廠生產效率。