新一代寬帶無線通信技術在貴冶的應用實踐

〔摘 要〕介紹了貴溪冶煉廠在智能工廠建設中發揮新一代寬帶無線移動通信技術的技術優勢，在廠區內部署基于NB-IoT技術的無線傳感器，實現工廠數據采集;研發基于NB-IoT技術的渣包無線測溫裝置，實現渣包溫度精準測量;利用5G技術優勢并結合無人機等特定裝備開展無人押車、無人機巡檢等應用。實踐表明，新一代通信技術在銅冶煉智能工廠中的創新應用，豐富了生產一線的數據來源，實現了項目快速部署、數據互聯和資源共享，提升了工廠的管理效能。

〔關鍵詞〕NB-IoT；5G;智能工廠；無線測溫；寬帶無線移動通信技術

中圖分類號：TN92 ;TF08" " 文獻標志碼：B" 文章編號：1004-4345（2024）04-0044-05

Application and Practice of New Generation Broadband Wireless Communication

Technology in Guixi Smelter

CHEN Geng， ZOU Xuehai

（Guixi Smelter of Jiangxi Copper Corporation Limited， Guixi， Jiangxi 335001， China）

Abstract" The paper introduces the technological advantages of the new generation broadband wireless mobile communication technology in the construction of intelligent plants at Guixi Smelter， such as providing wireless sensors based on NB-IoT technology within the smelter area， achieving plant data acquisition， developing slag ladle wireless temperature measurement unit based on NB-IoT technology， achieving accurate measurement of slag ladle temperature， utilizing the advantages of 5G technology and using specific equipment such as drones to carry out applications， e.g. unmanned escorting and drone inspections. Practice has shown that the innovative application of new generation communication technology in copper smelting intelligent plant can enrich the data sources on the production line， achieve rapid project configuration， data interconnection and resource sharing， and improve the management efficiency of the plant.

Keywords" NB-IoT; 5G; intelligent plant; wireless temperature measurement; broadband wireless mobile communication technology

當前，我國正處于工業化和信息化加速發展的歷史交匯期，以及傳統制造業轉型升級的關鍵時期。在這樣的時代背景下，以信息技術引領制造業轉型升級、推進“中國制造2025”已經成為國家重要發展戰略。以5G、工業互聯網等為代表的新一代信息技術也正在快速發展，為制造業數字化、網絡化、智能化帶來了新機遇。

江銅貴溪冶煉廠（以下簡稱“貴冶”）作為國內銅冶煉行業的領軍企業，也在積極探索智能工廠建設之路。2016年，貴冶申報國家工信部“銅冶煉智能工廠試點示范”項目獲批，成為銅冶煉行業唯一一家智能制造試點示范工廠[1]，開啟了智能工廠的探索之路。2019年，貴冶繼續申報了“基于新一代無線移動通信技術的銅冶煉智能工廠應用建設”項目，以期進一步推進智能工廠建設。

1" "總體規劃及建設內容

智能工廠的規劃建設依賴于5G、窄帶物聯網等技術在工業場景中的應用，這兩項技術是支持企業建設工業大數據集成平臺和大數據中心的基礎。為此，貴冶通過部署5G基站、實現廠區無線覆蓋，為深化生產控制、經營管理、智能決策等諸多智能制造應用場景奠定了技術基礎。

1.1" 窄帶物聯網的應用

窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，以下簡稱“NB-IoT”）聚焦于低功耗廣覆蓋物聯網市場，具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構優等特點。NB- IoT 作為一項革命性的技術，尤其適用于監測、測量等一些新興的物聯網應用場景[2]，是未來5G技術三大應用場景之一，代表著未來的發展趨勢。

根據該技術的特點，對一些數據實時性要求不高、數據傳輸量不大、有線信號傳輸距離又較遠的業務場所，安裝采用 NB-IoT 技術的儀表終端設備，通過設備與 RTU（NB 模組）相連實現數據采集與傳輸，可以搭建數據采集系統，從而構建一個基于 NB-IoT 技術的物聯網數據管理平臺。

1.2" 5G 技術應用

5G 具有大帶寬、泛在網、低延時等特點。對一些數據傳輸量大、實時性要求高的業務場所，通過5G技術可以實現廠區視頻監控數據上傳、偏僻區域網絡覆蓋，從而使廠區生產管理系統支持道路交通、運輸車輛監管、無人巡檢等功能，降低人工勞作強度，使業務監管高效可控。

2" "應用分析

2.1" NB-IoT技術的應用

2.1.1" NB-IoT技術在貴冶的應用現狀

目前，移動、聯通、電信三大運營商已在貴冶所在的江西省鷹潭市建成了3張NB-IoT網絡，實現了城區、縣城、鄉鎮全域覆蓋，為NB-IoT技術在貴溪冶煉廠的推廣落地打下了基礎。

貴冶智能工廠一期所開展的“NB-IoT工業物聯網在線檢測裝備計量儀表和SCADA項目”，充分利用NB-IoT的技術特點，通過使用噪聲監測儀、流量計、pH 計、液位計等窄帶儀表共計七十余臺（套），極大地補充和完善了工廠數據采集手段。

圖1" 窄帶儀表部署現狀

2019年8月，貴冶成功申報了“江西省03專項及5G項目”，項目內容之一就是要擴展NB-IoT技術應用。在此基礎上，該廠提出了渣包無線測溫裝置的研究與應用。

2.1.2" 基于的渣包無線測溫裝置研究應用

銅冶煉過程中會產生大量爐渣，這些爐渣經渣包車運至緩冷場后，通過自然緩冷—噴淋水冷—翻包倒運—破碎作業—磨礦作業—浮選作業等工序后，回收其中的銅、金、銀等有價礦物。在自然緩冷、噴淋水冷[3]的過程中，控制渣包內的爐渣溫度對于銅元素的回收至關重要。渣水溫度高達1 200 ℃以上，傳統的測溫裝置無法對熔體溫度進行在線測量，目前主流方法都是人工手持紅外測溫儀定時測量渣包外壁溫度，再通過渣包外壁溫度推算渣包內爐渣的溫度。然而，人工測量渣包外壁溫度存在安全隱患大、數據無法實時在線更新等問題，為了徹底扭轉該局面，貴冶開始研發基于窄帶技術的渣包無線測溫裝置。為了便于管理，搭建了一套渣包外壁溫度監控平臺，實現窄帶物聯網平臺與貴溪冶煉廠生產實時系統的數據互通。渣包無線測溫裝置部署情況見圖2，渣包溫度監控平臺畫面見圖3。

通過與人工測量的試驗對比可以看出，基于NB-IoT技術的渣包無線測溫裝置的測量誤差在±3 ℃以內，滿足工藝生產控制需求。渣包外壁溫度無線測溫儀與紅外測溫槍測量數據對比見表1。

表1" 無線測溫儀與紅外測溫槍測量數據對比" " " "℃

本裝置實現了渣包外壁溫度的在線精準測量，為國內銅行業的首創，為下一步渣包溫度的精準控制提供了準確可靠的控制參數。在實現渣包溫度自動控制后，渣包緩冷的能源消耗和安全風險將大幅降低。同時，通過本項目的實施，貴冶窄帶物聯網設備的接入數量擴充到三百余臺（套），不僅豐富了工廠對各類參數指標的管控手段，也為新一代無線通信技術與工業融合的應用實踐提供了全面的指導意義[4]。貴冶NB-IoT系統架構見圖4。

圖4" "貴冶NB-IoT系統架構

2.2" 5G技術與智能裝備的綜合應用

貴冶通過部署建設5G基站，實現了5G網絡廠區全域覆蓋，見圖５，對有線網絡的有限覆蓋進行了有效擴展，實現了工廠區域網絡全覆蓋，達到無死角全面布控、全方位監控的目的。

圖5" "廠區5G基站部署

2.2.1" 原料部5G+無人押車監控

廠區內運輸物料的車輛需要通過固定路線將物料存放在堆場。之前，原料部要求工廠員工在特定線路上對運輸原料的車輛進行人工跟車。這項工作人工成本大，技術含量不高，且押車過程中，員工無法實時掌握汽車的行駛狀況以及司機的違規行為。隨著5G通信技術的發展，貴冶充分利用5G技術的高速率、低延時、大容量特點，結合視覺識別、大數據分析等新興技術，實現了原料部押車的無人化。無人押運系統由高清智能卡口前端子系統、網絡傳輸系統、數據處理系統組成，見圖6。

圖6" "原料無人押運系統結構

1）高清智能卡口前端子系統。該系統主要完成目標檢測和圖像采集處理，由卡口抓拍單元+補光燈組成?？谧ヅ膯卧梢曨l檢測功能，采用視頻檢測算法完成機動車、非機動車和行人的目標檢測及抓拍，同時輸出高清照片和車牌識別數據，清晰呈現機動車正面全貌和車牌特征。

2）網絡傳輸系統。網絡傳輸系統由前端設備 5G信號接收CPE、5G基站和指揮中心視頻接收CPE 三部分組成。通過電信定制的5G+VPDN 網絡，打通CPE和專網之間的基礎網絡通道，通過CPE下掛路由設備和專網設備搭建GRE 隧道方式，實現前端相機和后端服務器的路由可通。網絡規劃見圖7。

3）前端數據處理及上傳。前端數據處理及上傳單元由終端服務器加相關軟件組成。終端服務器采用嵌入式、低功耗、無風扇設計，能夠在室外惡劣環境下正常工作；采用大容量工業級硬盤作為存儲介質，能夠保存大容量車輛信息記錄，最終實現外來車輛車速狀況、行車軌跡、駕駛員行為分析、路障檢測的智能判定和提示預警。

通過5G技術的應用，實現了高清視頻實時監控、無人運料監管，大大降低了人工成本，降低了安全事故發生率，同時也減少了安全事故造成的人員傷亡及財產損失情況。原料無人押運數據處理分析情況推送預警見圖8。

2.2.2" 5G+無人機特定工況安環監測

無人機具有成本低、機動性強、智能程度高、效率高等優點，使用無人機對廠區開展智能化、自動化巡檢，可減少廠區日常巡檢的人員投入，降低人員作業風險，提升管理效率。5G網絡有著全新的網絡架構，能夠實現超高帶寬、毫秒級時延、超高密度鏈接，這些優點極大地增強了各類物聯網產品的能力，尤其是對無人機的應用上。5G網絡不僅能讓無人機在現有場景中做得更好、更穩定，而且網聯無人機將會驅動更多種類應用場景的升級。

本項目基于5G通信技術，通過載重型六旋翼無人機設備，搭載高清運動相機、有害氣體檢測等模塊，實現廠區內有毒有害氣體成分檢測、廠區和周邊喊話警示功能；同時，自動將實時巡檢數據回傳指揮中心，協助管理人員實施安全管理工作。本項目致力于促進廠區安全生產的機械化、信息化和智能化，以應對安全管理任務量大、作業人員短缺、成本高、智能化水平低等問題。

系統包括發送端、服務器端、PC 監控端，見圖10。發送端搭載于無人機上，包括控制器、攝像頭，控制器通過 RTSP 流媒體協議封裝視頻流數據，并通過 5G 推送給流媒體服務器。服務器端通過 RTSP 流媒體協議接收來自發送端的數據，再通過 RTSP 流媒體協議分發給 PC 端。PC監控端通過RTSP協議從流媒體服務器拉取視頻流，再經過解碼、格式轉換，將視頻流實時顯示到 PC 端窗口，最終達到廠區智能化、自動化巡檢的目的。同時，無人機還具備高機動性、高集成化、高智能化等特點，可掛載各功能模塊，完成不同工作任務，大大提高了無人機的擴展能力和實用性。

圖10" "圖傳系統總體架構

3" "實施效果

貴冶共部署了窄帶物聯網設備291臺，創新開發了適用于多種工業現場檢測儀表的NB-IoT模組，對窄帶設備、技術的快速更迭起到了積極的推動作用。與此同時，該廠還實現了工廠核心區域的網絡全覆蓋，可達到無死角全面布控、全方位監控。在此基礎上，利用5G 移動技術與智能裝備結合，實現了視頻巡檢、高清視頻實時監控、運輸車輛監管、廠區無人巡檢等功能，降低了人工成本和安全事故發生率。

貴溪冶煉廠充分依托智能工廠建成的數據中心和實時數據庫，使江西省“03專項及5G項目”建設內容全面融入貴冶智能工廠一期建設，滿足了智能工廠可視化調度、聯動指揮、高效應急處置的需求，提升生產效率及管控能力。貴溪冶煉廠智能工廠架構見圖11。該廠不僅建立了統一的集成信息系統平臺，將“信息孤島”變為“信息通衢”，通過管理網、控制網、視頻網、無線網四網合一，將人、數據和機器連接形成了一個開放的網絡，達到了人與機器的深度融合。而且，借助NB-IoT物聯網、5G移動通信技術，該廠實現了物物互聯，滿足工藝裝置數據連續性精準傳輸的需求，實現了各環節的緊密銜接和協同配合。系統通過規范化通信接口在各環節之間實現了數據交互，達到了“數據不落地”的傳輸目的，實現了資源大共享。

貴冶基于NB-IoT、5G網絡的平臺建設，增加企業管控手段，提高勞動生產率，降低生產運營成本，提升企業經濟效益，有效地促進了企業高效高質量發展。融合5G、NB-IoT技術開展銅冶煉智能工廠應用建設的典型做法和經驗，具有較高社會價值與示范作用，形成了產業示范效應，對于有色金屬行業智能冶煉系統設計建設、改造提升具有借鑒與指導意義。

4" " 結束語

貴冶通過NB-IoT物聯網、5G移動通信等技術在智能工廠建設上的應用，實現了工廠各環節的緊密銜接、協同配合，資源、信息得到了實時匯集、傳遞與共享，滿足了智能工廠可視化調度、聯動指揮、高效應急處置的需求，提升生產效率及管控能力。本項目的實施不僅推進了貴溪冶煉廠智能化建設，也為銅冶煉行業智能工廠建設提供了有益探索。今后該廠還將繼續深化研究，推動新一代寬帶無線通信技術在銅冶煉行業的更多應用場景，以適應新時代智能制造新要求。

參考文獻

[1] 汪飛虎.貴冶智能工廠建設實踐[J].銅業工程，2019（1）：1-4.

[2] 王旭，魏文勇.基于窄帶物聯網技術的發展及典型應用研究[J].電信網技術，2017（11） ：55-60.

[3] 李思勇.銅冶煉渣包冷卻制度的建立[J].有色金屬（冶煉部分），2017（11） ：42-45.

[4] 陳耕，董昱偉.窄帶物聯網技術在銅冶煉工廠中的應用實踐及前景展望[J].有色金屬（冶煉部分），2020（2）：9-13.

[5] 陳建成.5G移動無線通信技術對物聯網產業發展的影響[J]．電子技術與軟件工程，2021（15）：8-9.

收稿日期：2023-12-15

作者簡介：陳耕（1982—），男，高級工程師，主要從事自動化等方面工作。