一種基于5G中臺的高端能源裝備智慧服務

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 設計理念

東方電氣在電氣制造領域深耕多年，通過5G+邊緣計算+邊云協同打造高端制造平臺，將多年對行業的理解轉化為一個個具體的產品，為豐富的上下游行業客戶提供價值，解決痛點。通過5G技術與工業網絡、工業軟件、控制系統融合。以數據為手段打通從廠內研發設計、生產制造環節到產品遠程運維再反饋到研發設計的全生命周期閉環，實現支撐全流程的協同制造，完成產品數據、工藝數據、物料數據、生產數據、質量數據、運維數據、管理數據的一體化采集、存儲與關聯整合。

■1.2 開發策略

根據當前5G應用成熟度及東電情況，打造5G先進制造應用標桿，解決實際生產問題，采用先易后難，三個階段穩步推進應用部署，做到每個階段應用價值最大化。在5G上結合AR/VR技、人工智能、物聯網、大數據、云計算、邊緣計算等關鍵技術實現以“以移代固、機電分離、機器換人”為目標的行業應用“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。

（1）網絡先行

為適應工廠生產環境、滿足數據驅動需求；為滿足二級單位與集團之間的互聯與隔離，在東方電氣各子企業部署5G網絡，包括工廠內網絡與工廠外網絡。目前東方電氣總部園區、德陽東方電機、東方汽輪機、自貢東方鍋爐等各廠區均已完成5G覆蓋，部署了宏基站及在主要生產車間布設了室分站進行補充。

（2）平臺應用同步走

建設廠側邊緣云平臺，提供輕量化、易于管理的運行環境，提供設備接入、協議解析、數據采集、數據存儲、工業智能等能力，通過5G與集團/二級公司云平臺實現數據交換。開發智慧應用，包括適用于制造及服務領域的智慧應用。包括發電設備運行狀態監測和趨勢預警；設備故障預測與診斷；焊機監控；遠程對刀監控；電子圍欄；能效管理等。

（3）模組部署

5G工業終端模組完成開發后，部署至風電場、電廠等業主單位以及車間、園區等，進行數據采集傳輸，結合邊緣云、混合云提供智慧服務或進行制造過程監控管理等。

■1.3 項目設計

1.3.1 5G專網部署

（1）在園區部署5G基站，開通2.6G(接入個人、管理類業務)、4.9G（接入機器設備類業務）,實現工業設備與個人設備隔離接入；

（2）個人上網業務，接入5G后，直接通過大區5G傳入互聯網；

（3）管理類業務（如移動OA、WMS倉儲系統）、機器設備類業務，由MEC進行URL區分，判斷為內網業務，回傳至企業內網；

（4）個人、管理類業務占用2.6G頻段，共用同一張SIM卡；機器類設備使用專網流量卡，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計

圖2 東方電氣總體方案部署

1.3.2 生產管理APP接入

用MEC對內外網APP進行區分，將內網APP的URL提前錄入到MEC中，通過與企業內網預留的IP與MEC進行對接，打通企業內網。當有應用接入時，由MEC策略判斷該應用是否為內網地址，外網APP通過大區5G傳到互聯網出口，內網APP由辦公網入口回傳到企業內網，形成內部數據閉環。

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，可以實現風電機組對穩定低時延的數采需求。為了合理地運營和完善地維護風電場，提高風力發電機組的運行效率和可靠性，對每臺風力發電機組運行狀況的監測必不可少。上圖是智慧風電數采的簡單架構。

本項目數據采集目標設備為東方電氣2.5MW直驅風電機組的主控制器，使用標準PLC，采用標準Modbus/TCP通信，可通過網口直接對設備進行聯網數采。PLC中實時數據產生周期為10ms，理想情況下應能通過網關無損失地透傳到大數據平臺，主要模式如下：PLC作為標準Modbus/TCP的服務器，邊緣網關采集頻率以1s為周期，作為客戶端從PLC中周期性獲取批量打包數據，在邊緣網關設備上進行解析、拼接和邊緣計算。除PLC數據的實時采集外，本平臺基于5G網絡，通過打造軟硬件一體化平臺的方式，實現螺栓、葉片智能監測功能。

1.3.4 5G+AR遠程運維

傳統工業運維手段單一、耗時耗力，5G與AR眼鏡的應用，工人在維護檢修的過程中發現解決不了的難題，可以通過AR智能眼鏡向數據庫發送信息，尋求遠程協助解決方案；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、對講機等統統拋棄，徹底解放操作者的雙手。提高維修效率、實現信息互傳、增強應對實際問題的處理經驗。

1.3.5 5G+焊接數采

東方汽輪機是水電、火電、核電等汽輪機設備的大型制造企業，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。因此需要遠程監控焊接機工作時的電流和電壓，利用5G+高頻數采將焊接參數實時傳輸到監控平臺上，可以對不規范的操作進行報警。

對東方汽輪機的生產和管理現狀，在現有設備基礎上，通過加裝數采模塊接入5G網絡，對焊機電源改造、升級，實現焊接車間數字化，部署焊接在線監測系統，實現焊接過程自動監測與記錄，確保焊接工人按規范進行焊接作業，提升焊接質量。

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范，建設基于視覺識別對人員的安全著裝規范檢測，生產機械安全識別，危險行為識別，危險源檢測及危險區域的人員誤入報警，檢測職工及作業車輛的違規離崗、違規闖入、違規停留等行為，綜合評估廠區的合規度，為企業評估安全生產管理狀況并采用針對性的提升方法提供精準依據。

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，實現對車間人員的實時定位、軌跡跟蹤、跌倒監測，以及危險區域電子圍欄功能，車間工作人員從進入車間到離開車間的每個環節都將被系統感知和監測，使得監管人員不用到現場巡查即可隨時獲得所有員工的位置信息、活動軌跡、各區域人員分布情況，并預防安全隱患，實現人員的數字化管理，為人員管理提供了創新升級的模式，將大大提高人員生產積極性、企業生產效率。

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，車床及刀具小范圍位移對工件進行切削。工件尺寸較大，加工內容復雜，現場氣缸內部有蒸汽、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。提供一套定制系統軟件包，能夠指引對刀，實現對工字槽的不同尺寸的參數化測量，通過修改指定參數值即可實現各種的尺寸測量。系統能實現自動設定加工零點，將檢測值根據規則自動更新至機床加工坐標系中。同時，系統適配西門子數控系統，具備二次開發條件。

2 結束語

本文結合中移5G智慧中臺在東方電氣的建設案例，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5G網絡建設上，本文創造性地將園區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、視頻監控等）、機器設備類三類。在5G方面，東方電氣多個產業園區之間可以彼此聯動，最大限度結合當前5G的切片、邊緣計算等技術，作為先行者和試驗田，推動5G與電氣行業的深度融合。同時，針對工業用戶5G專網服務模式，將外網APP應用與專網APP應用商務模式通過MEC解析鏈接地址進行區分，方便客戶根據需求選擇不同計費，專網采用帶寬＊總用戶數的方式靈活定制商務模式。最后，在商業變現方面，該項目立足電氣裝備行業的需求痛點，通過對上下游行業客戶的深刻理解，結合5G網絡覆蓋方面的優勢，打造高端制造工業園區平臺，不斷孵化更多的應用。