5G+工业互联网在钢铁行业中的应用探索——以中天钢铁集团5G数字工厂为例

赵晓伟

（中国电信股份有限公司常州分公司，江苏 常州213000）

2020年国家对新基建的重视程度显著提升，中央会议也明确强调加快5G网络、数据中心、工业互联网、人工智能等新型基础设施建设进度。作为基础运营商，中国电信常州分公司，一方面加快5G基础网络的建设；另一方面基于5G网络开展应用场景的探索和尝试。本文以中天钢铁集团运用5G技术，变革生产过程、提升企业信息化为例展开探讨，同时可以为其他钢铁企业提供一些有益的借鉴。

1 5 G新技术的特点

5G技术有大带宽、广链接、低时延三大特点。

1.1 eMBB：增强型移动宽带业务

5G网络的速率单基站可以达到10Gbps，是4G网络的100倍。单用户可达到1.35Gbps。5G网络充分利用高频频谱资源，5G的单载波频谱从原先4G LTE的20MHz提升到了100MHz，同时利用高频使单位面积的天线阵子数成倍增加，进而使5G带来超高的速率。5G eMBB特性可以满足高清视频直播、高清视频会议、VR/AR等大带宽速率业务的需求。

1.2 mMTC：海量的物联网连接

物联网时代万物互联，海量通信显得异常重要。物联网海量通信的核心是提供大规模的连接，5G mMTC不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力，满足100万连接/km2连接数密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。主要面向智慧城市、环境监测、智能家居、共享单车、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景。

1.3 URLLC：低时延高可靠业务

5G URLLC具有高可靠性、低延迟和高可用性的特点。被业界认为可以广泛应用于工业应用和控制、交通安全和控制、远程制造、远程培训、远程手术等场景应用中，同时URLLC在无人驾驶领域具有巨大的潜力。5G的时延降低到了10ms，最低可以达到1ms。用户面时延1ms内，一次传送32字节包的可靠性为99.999%。如果时延允许，5G URLLC还可以采用重传机制，进一步提高成功率。

2 中天钢铁集团5 G数字工厂建设项目

中天钢铁集团有限公司位于江苏省常州市，成立于2001年9月，历经近二十年跨越发展，已成为年产钢1300万吨、营业收入超1400亿元，已连续十六年荣列中国企业500强，荣获“第六届中国工业大奖”。

2.1 项目的总体规划

围绕中天钢铁集团进行智慧升级和5G赋能，建设中天钢铁集团内部基于5G专网的核心服务，利用物联网、大数据、人工智能和5G等新兴技术，实现海量异构数据汇聚与建模分析、工业经验知识软件化与模块化、工业创新应用开发与运行，从而支撑生产智能决策、业务模式创新、资源优化配置和产业生态培育。

2.2 项目的具体实施

该项目是在中天钢铁集团第三炼钢厂内部建设，构建面向特定行业的企业级工业互联网平台，提供具有中天特色的业务应用服务，以信息化手段推进中天从制造向智造转变，构建符合中天钢铁集团实际的5G+智慧钢铁未来工厂规划。项目实施的主要应用场景有。

2.2.1 5G专网建设部署

建立中天钢铁集团有限公司5G专网设置核心服务器，服务全厂现有及未来发展的5G应用平台。在三炼钢现场部署25台5G室内基站，精确覆盖加料跨、精炼跨和废钢跨，服务于高清视频传输、红外监控、集中控制和高精度定位等应用需求。通过在用户数据中心进行5G核心设备的整体部署，实现5G数据流在园区内的闭环管理，真正做到数据不出园区。

2．2．2 环境数据采集

针对中压35KV中高压配电室温度的采集满足有序、实时，在线对相关测点的温度测量，采用无线无源的方式，同时不受采集数量的限制最多可以布放五十个以上的测点，在配电设备的有限空间内解决发热隐患采集的全面性，不破坏现有供电配电的完整性，安装方便性。通过加装温度采集模块，在线对相关测点的温度进行测量，并采用5G专网进行实时传输。本方案能方便巡检人员实时获取机房温度和空调送风温度，提升运维能力和效率。

2．2．3 5G+行车远程操控

在炼钢车间，高温、粉尘、噪声工作环境会损害员工健康。连续作业，疲劳驾驶，劳动强度高，易引发人为操作错误，导致安全和生产事故，对于天车的改造迫在眉睫。根据天车远程操控的电气与自动化控制原理，先将其升级改造为PLC电控系统，并且在行车上加装9路4K高清视频，使其具备远控条件。通过中天钢铁集团5G专网，将行车的操控量和现场画面高速率、高保真地传输到操控台屏幕上，帮助操作人员进行远程操控。

本网络通信系统采用工业5G网络和无线微波网络，并做双备份设计，且两套网络之间可以做到在线热切换，极大地提升了网络可靠性。

2)通过仿真得到了X、Y、Z方向的切削力，通过铣削加工试验，获取铣削力数值并与仿真铣削力进行对比，验证了试验模型的准确性。为后续试验研究(加工效果，加工质量等)做好准备。

2．2．4 数字孪生：三维可视化工厂

以中天钢铁全厂区外围场景三维建模，同时细化建设高炉-炼钢厂物流3D可视化系统，按照统一管理、灵活低耦合设计，设计3D可视化系统管理架构，可提供仰视、俯视、透视视角，360°全方位视角查看生产物流、主体设备的信息。为监控数字化车间运行情况提供便利，从而大大提高炼钢厂生产管控的真实感和灵活性。同时，3D化可视化工厂将作为炼钢厂物联网的显示载体，将铁、钢水生产过程、铁钢料包运转管理、天车运行管理等数据进行集中监控和统一展示，为实现中天钢铁智慧制造目标，打造极致高效安全的炼钢智慧工厂提供展示平台。

2．2．5 5G+AI智能检测

（1）安全帽检测：钢铁行业作为高危行业。佩戴安全帽成为保护员工的重要手段，有效降低了意外事故发生带来的伤害。采用安装AI智能高清摄像头，对主要出入区域的进出人员佩戴安全帽的情况进行实时在线检测，通过5G专网部署，确保实时准备的图像数据传输及实时预警。

（2）转炉热成像：转炉用于钢水的运输，是与1000多度高温钢水直接接触的，同时又承受着钢水与钢渣的机械冲刷和急冷急热的作用，容易产生剥落，当局部损毁严重而又未被发现时将造成严重的漏钢事故。同时，如何实现对转炉安全性的在线测量，是广大冶金工作者极其关心的问题。红外热成像是一种可以远距离对物体表面的温度分布进行成像分析的非接触式测温仪器。它能够快速发现物体的热缺陷，全面监测和记录铁水包的一切温度变化情况，实现预测性维护，成为保证安全生产的重要措施。

2．3 项目实施的意义

该项目应用5G+工业互联网前沿技术，布局国内先进一流的“智慧工厂”。将大数据信息、数字孪生和5G应用完美展示，打造了一个独一无二的智慧炼钢展示中心，主要有以下意义：

（1）运用物联网、5G技术打造智慧车间，为安全生产管理、科学调度、成品优化等提供决策依据。

（2）全面感知生产动态，完善监控体系，丰富5G生产环境监测采集平台。

（3）运用5G高带宽低延时特性，优化控制和监控方式，提供员工舒适、科技感十足的工作环境。

（4）运用3D可视化技术打造AI智能炼钢厂结合，5G高速低延时传输途径，为实现中天钢铁智慧制造目标，建设极致高效安全的炼钢智慧工厂提供展示VR平台。

（5）运用AI智能图像算法，实时高清视频安全监控，提升生产作业区域管理效率，保障作业人员安全生产。

3 结语

目前5G的行业应用场景正处于探索阶段，中天钢铁集团5G数字工厂建设项目的实施，为钢铁行业树立了较好的标杆，同时对于传统制造业转型升级提供了积极的探索和尝试！