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        一種基于5G中臺的高端能源裝備智慧服務

        2021-06-16 05:29:30陶茂坤任騁
        電子制作 2021年4期
        關(guān)鍵詞:電氣智慧

        陶茂坤,任騁

        (中移(上海)信息通信科技有限公司,上海,200120)

        1 基于5G智慧中臺的項目方案

        ■1.1 設(shè)計理念

        東方電氣在電氣制造領(lǐng)域深耕多年,通過5G+邊緣計算+邊云協(xié)同打造高端制造平臺,將多年對行業(yè)的理解轉(zhuǎn)化為一個個具體的產(chǎn)品,為豐富的上下游行業(yè)客戶提供價值,解決痛點。通過5G技術(shù)與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)軟件、控制系統(tǒng)融合。以數(shù)據(jù)為手段打通從廠內(nèi)研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)到產(chǎn)品遠程運維再反饋到研發(fā)設(shè)計的全生命周期閉環(huán),實現(xiàn)支撐全流程的協(xié)同制造,完成產(chǎn)品數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)的一體化采集、存儲與關(guān)聯(lián)整合。

        ■1.2 開發(fā)策略

        根據(jù)當前5G應用成熟度及東電情況,打造5G先進制造應用標桿,解決實際生產(chǎn)問題,采用先易后難,三個階段穩(wěn)步推進應用部署,做到每個階段應用價值最大化。在5G上結(jié)合AR/VR技、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、邊緣計算等關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)以“以移代固、機電分離、機器換人”為目標的行業(yè)應用“樣板房”,進一步提高東電的綜合制造能力,全方位助力大國重器的建設(shè)。

        (1)網(wǎng)絡(luò)先行

        為適應工廠生產(chǎn)環(huán)境、滿足數(shù)據(jù)驅(qū)動需求;為滿足二級單位與集團之間的互聯(lián)與隔離,在東方電氣各子企業(yè)部署5G網(wǎng)絡(luò),包括工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與工廠外網(wǎng)絡(luò)。目前東方電氣總部園區(qū)、德陽東方電機、東方汽輪機、自貢東方鍋爐等各廠區(qū)均已完成5G覆蓋,部署了宏基站及在主要生產(chǎn)車間布設(shè)了室分站進行補充。

        (2)平臺應用同步走

        建設(shè)廠側(cè)邊緣云平臺,提供輕量化、易于管理的運行環(huán)境,提供設(shè)備接入、協(xié)議解析、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、工業(yè)智能等能力,通過5G與集團/二級公司云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。開發(fā)智慧應用,包括適用于制造及服務領(lǐng)域的智慧應用。包括發(fā)電設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測和趨勢預警;設(shè)備故障預測與診斷;焊機監(jiān)控;遠程對刀監(jiān)控;電子圍欄;能效管理等。

        (3)模組部署

        5G工業(yè)終端模組完成開發(fā)后,部署至風電場、電廠等業(yè)主單位以及車間、園區(qū)等,進行數(shù)據(jù)采集傳輸,結(jié)合邊緣云、混合云提供智慧服務或進行制造過程監(jiān)控管理等。

        ■1.3 項目設(shè)計

        1.3.1 5G專網(wǎng)部署

        (1)在園區(qū)部署5G基站,開通2.6G(接入個人、管理類業(yè)務)、4.9G(接入機器設(shè)備類業(yè)務),實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備與個人設(shè)備隔離接入;

        (2)個人上網(wǎng)業(yè)務,接入5G后,直接通過大區(qū)5G傳入互聯(lián)網(wǎng);

        (3)管理類業(yè)務(如移動OA、WMS倉儲系統(tǒng))、機器設(shè)備類業(yè)務,由MEC進行URL區(qū)分,判斷為內(nèi)網(wǎng)業(yè)務,回傳至企業(yè)內(nèi)網(wǎng);

        (4)個人、管理類業(yè)務占用2.6G頻段,共用同一張SIM卡;機器類設(shè)備使用專網(wǎng)流量卡,獨占4.9G頻段。

        圖1 基于5G智慧中臺的智能制造與智慧服務設(shè)計

        圖2 東方電氣總體方案部署

        1.3.2 生產(chǎn)管理APP接入

        用MEC對內(nèi)外網(wǎng)APP進行區(qū)分,將內(nèi)網(wǎng)APP的URL提前錄入到MEC中,通過與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)預留的IP與MEC進行對接,打通企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。當有應用接入時,由MEC策略判斷該應用是否為內(nèi)網(wǎng)地址,外網(wǎng)APP通過大區(qū)5G傳到互聯(lián)網(wǎng)出口,內(nèi)網(wǎng)APP由辦公網(wǎng)入口回傳到企業(yè)內(nèi)網(wǎng),形成內(nèi)部數(shù)據(jù)閉環(huán)。

        圖3 東方電氣智慧服務整體部署

        1.3.3 5G+智慧風電

        5G切片以及邊緣計算,可以實現(xiàn)風電機組對穩(wěn)定低時延的數(shù)采需求。為了合理地運營和完善地維護風電場,提高風力發(fā)電機組的運行效率和可靠性,對每臺風力發(fā)電機組運行狀況的監(jiān)測必不可少。上圖是智慧風電數(shù)采的簡單架構(gòu)。

        本項目數(shù)據(jù)采集目標設(shè)備為東方電氣2.5MW直驅(qū)風電機組的主控制器,使用標準PLC,采用標準Modbus/TCP通信,可通過網(wǎng)口直接對設(shè)備進行聯(lián)網(wǎng)數(shù)采。PLC中實時數(shù)據(jù)產(chǎn)生周期為10ms,理想情況下應能通過網(wǎng)關(guān)無損失地透傳到大數(shù)據(jù)平臺,主要模式如下:PLC作為標準Modbus/TCP的服務器,邊緣網(wǎng)關(guān)采集頻率以1s為周期,作為客戶端從PLC中周期性獲取批量打包數(shù)據(jù),在邊緣網(wǎng)關(guān)設(shè)備上進行解析、拼接和邊緣計算。除PLC數(shù)據(jù)的實時采集外,本平臺基于5G網(wǎng)絡(luò),通過打造軟硬件一體化平臺的方式,實現(xiàn)螺栓、葉片智能監(jiān)測功能。

        1.3.4 5G+AR遠程運維

        傳統(tǒng)工業(yè)運維手段單一、耗時耗力,5G與AR眼鏡的應用,工人在維護檢修的過程中發(fā)現(xiàn)解決不了的難題,可以通過AR智能眼鏡向數(shù)據(jù)庫發(fā)送信息,尋求遠程協(xié)助解決方案;AR智能眼鏡收到并將所有信息進行顯示,疊加在當前場景上,近乎于“手把手”指導求助方做相應操作,輕松完成任務。AR智能檢修將繁雜的工作手冊、流程圖、對講機等統(tǒng)統(tǒng)拋棄,徹底解放操作者的雙手。提高維修效率、實現(xiàn)信息互傳、增強應對實際問題的處理經(jīng)驗。

        1.3.5 5G+焊接數(shù)采

        東方汽輪機是水電、火電、核電等汽輪機設(shè)備的大型制造企業(yè),在各個制造工序中存在大量焊接過程,在進行手動焊接時工人需要設(shè)置焊接機的工作電流和電壓,有的時候工人為了趕工期會用超過焊接標準的電流電壓焊接,此時的焊接強度會降低,不符合標準。目前采用巡檢方式對工人作業(yè)電流電壓進行人工抽查,效率較低,也不能反映實際情況。因此需要遠程監(jiān)控焊接機工作時的電流和電壓,利用5G+高頻數(shù)采將焊接參數(shù)實時傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺上,可以對不規(guī)范的操作進行報警。

        對東方汽輪機的生產(chǎn)和管理現(xiàn)狀,在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上,通過加裝數(shù)采模塊接入5G網(wǎng)絡(luò),對焊機電源改造、升級,實現(xiàn)焊接車間數(shù)字化,部署焊接在線監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)焊接過程自動監(jiān)測與記錄,確保焊接工人按規(guī)范進行焊接作業(yè),提升焊接質(zhì)量。

        1.3.6 5G+電子圍欄

        針對智慧工廠的車間人車物安全管理規(guī)范,建設(shè)基于視覺識別對人員的安全著裝規(guī)范檢測,生產(chǎn)機械安全識別,危險行為識別,危險源檢測及危險區(qū)域的人員誤入報警,檢測職工及作業(yè)車輛的違規(guī)離崗、違規(guī)闖入、違規(guī)停留等行為,綜合評估廠區(qū)的合規(guī)度,為企業(yè)評估安全生產(chǎn)管理狀況并采用針對性的提升方法提供精準依據(jù)。

        5G覆蓋可以豐富視頻終端接入地點和接入類型,極大提升作業(yè)效率。同時基于高端裝備制造平臺提供的連接(5G)+邊緣計算(邊緣云)+中心云能力,實現(xiàn)對車間人員的實時定位、軌跡跟蹤、跌倒監(jiān)測,以及危險區(qū)域電子圍欄功能,車間工作人員從進入車間到離開車間的每個環(huán)節(jié)都將被系統(tǒng)感知和監(jiān)測,使得監(jiān)管人員不用到現(xiàn)場巡查即可隨時獲得所有員工的位置信息、活動軌跡、各區(qū)域人員分布情況,并預防安全隱患,實現(xiàn)人員的數(shù)字化管理,為人員管理提供了創(chuàng)新升級的模式,將大大提高人員生產(chǎn)積極性、企業(yè)生產(chǎn)效率。

        1.3.7 5G+汽缸加工遠程對刀

        東方汽輪機廠立車加工時通過工件工作臺旋轉(zhuǎn),車床及刀具小范圍位移對工件進行切削。工件尺寸較大,加工內(nèi)容復雜,現(xiàn)場氣缸內(nèi)部有蒸汽、灰塵、光線不足等問題,加大對刀工作難度,進而影響整體加工效率。操作需要工人多次人工對刀,工人反復攀爬,存在安全隱患,亟需相應整體方案提升對刀效率。

        該方案旨在提高整體對刀效率,減少人工操作,降低操作風險,整體操作簡單便捷,方便工人掌握。提供一套定制系統(tǒng)軟件包,能夠指引對刀,實現(xiàn)對工字槽的不同尺寸的參數(shù)化測量,通過修改指定參數(shù)值即可實現(xiàn)各種的尺寸測量。系統(tǒng)能實現(xiàn)自動設(shè)定加工零點,將檢測值根據(jù)規(guī)則自動更新至機床加工坐標系中。同時,系統(tǒng)適配西門子數(shù)控系統(tǒng),具備二次開發(fā)條件。

        2 結(jié)束語

        本文結(jié)合中移5G智慧中臺在東方電氣的建設(shè)案例,介紹了一種基于5G中臺的高端能源裝備智慧服務。在工廠園區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上,本文創(chuàng)造性地將園區(qū)應用分為個人通信及娛樂、辦公及管理類(移動辦公、視頻會議、視頻監(jiān)控等)、機器設(shè)備類三類。在5G方面,東方電氣多個產(chǎn)業(yè)園區(qū)之間可以彼此聯(lián)動,最大限度結(jié)合當前5G的切片、邊緣計算等技術(shù),作為先行者和試驗田,推動5G與電氣行業(yè)的深度融合。同時,針對工業(yè)用戶5G專網(wǎng)服務模式,將外網(wǎng)APP應用與專網(wǎng)APP應用商務模式通過MEC解析鏈接地址進行區(qū)分,方便客戶根據(jù)需求選擇不同計費,專網(wǎng)采用帶寬*總用戶數(shù)的方式靈活定制商務模式。最后,在商業(yè)變現(xiàn)方面,該項目立足電氣裝備行業(yè)的需求痛點,通過對上下游行業(yè)客戶的深刻理解,結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面的優(yōu)勢,打造高端制造工業(yè)園區(qū)平臺,不斷孵化更多的應用。

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