5G 及物联网技术在电厂输煤系统的应用

孟 军

（华电忻州广宇煤电有限公司，山西忻州 034000）

0 引言

物联网技术作为新兴技术之一，为各种物品和网络之间搭建起了桥梁。因而物联网因为具有独特的优势，应用在电网领域，有利于实现电力系统的升级。随着5G 时代的到来，进一步促进了物联网技术的优化与创新。在电场的输煤系统中应用5G 技术与物联网技术，可以有效提升系统的安全性、智能性和高效性[1]。

1 5G 与物联网技术的发展

物联网也称为传感网，在物体中嵌入不同的传感器芯片，利用无线网络技术实现物体的网络化和智能化，达到万物互联的目的。物联网技术的应用需要具备支持网络覆盖的标准和网络系统。自2013 年底，我国启动4G 网络建设，已经实现了基于EMTC 等物联网技术的全网络覆盖，满足了物联网高可靠性、低功耗、低指标的市场需求。随着科技的进步，移动通信技术已经演变为5G 技术，相较于4G 技术，5G 的优势在于容量更大、速度更快，可以结合千亿物联网，为物联网技术的快速发展奠定技术基础。而5G 与物联网的结合具体包括以下几方面[2]。

首先，5G 通信网络的传输速度是4G 的100 多倍，不同移动终端之间交换网络数据所需的时间大大缩短，物联网技术无需受到传统网络的限制，各种移动终端从原来的控制信号向多元的信息交互转变。

其次，5G 通信网络不仅支持不同终端设备之间的直接连接和高频数据交换，还拥有多天线传输等先进的通信网络技术。它不仅改变了传统移动数据网络的结构，而且实现了终端通信方式的多样化。改变传统蜂窝数据网络结构可以实现更高的数据流量与优质的用户体验，并且时延更低、能效更高。在5G 时代，物联网将拥有更宽广的覆盖范围和更多的频段，也可以实现通信终端模块的小型化。

最后，5G 通信技术的出现，为智能导航和人工智能等新技术的开发和应用提供了网络支持。现有4G 网络无法实现的功能正在逐渐成为5G 网络的现实，可以支持物联网功能和应用的发展与创新[3]。

2 电厂输煤系统的总体设计

2.1 系统体系设计

系统采用三层高可用结构。全息多维采集设备基于大数据技术采集整个生命周期的静态、动态、实时、操作、图像、视频等数据，构建大数据仓库。基于大数据分布式数据处理技术，构建基于大数据技术的数据终端。基于数据集成抽取清洗转换、分布式数据库存储、分布式数据实时分析和计算、分布式多维分析和处理、数据任务调度、大数据治理等技术，构建大数据平台的底层管理模型，负责数据的采集、存储、处理和计算以及数据平台的运营管理。

2.2 系统网络结构设计

基于电厂输煤系统采集到的数据，可以实时监测和计算电厂输煤系统的效率。建立数据中心，为公司安全生产决策提供直观、交互式的工具，及时监测和分析现场生产运行状态和设备性能，为专业部门和业务领导提供实时信息和分析数据，提高安全生产的可控性，确保生产管理的安全，创建安全的能源生产企业。

2.3 系统安全策略设计

2.3.1 科学设计数据接口

实时信息系统是一个复杂的技术集成系统。需要从控制系统中实时提取大量生产数据[4]。同时，必须与管理信息系统连接进行数据交换。因此，科学设计每个数据接口可以确保系统之间安全、高效、可靠地进行数据信息的传输和交换。现有控制系统应采用标准数据源接口，接口控制系统的接口设计和开发应严格按照各控制厂商的接口规范进行。

2.3.2 建立完善的安全体系

实时数据库系统具有资源共享、多用户和分布式处理的特点。它不仅实时影响IT 系统的运行，还影响相关控制系统的正常运作。系统安全需要作为一个整体进行设计、规划和实施。采取一系列技术措施，根据不同级别的特点采取各种安全措施，建立系统安全体系，建立专门的运行管理机构，负责制定系统的运行规则和条例，并对系统的运行进行监测、分析和管理，实现早期故障检测和预处理，将系统的运行周期最大化。

2.3.3 硬件冗余配置

实时数据库服务器采用双待机模式，硬件设置配备双电源甚至多电源，如工作站、服务器、主网交换机等，避免单个电源模块故障。系统配备两个电源，一个是辅助电源的安全部分，另一个是连续电源，可实现配电柜在两个电源之间的自动切换[5]。

2.3.4 建立软件管理制度

构建软件管理制度，控制系统服务器、功能站、接口站等软件平台，删除与系统操作无关的软件和服务。普通用户对系统具有安装和卸载操作权限，可以更改操作系统设置。及时下载安装系统补丁软件，确保系统运行稳定。

2.4 系统综合能力设计

（1）运行感知全面化。通过接入已经部署的无人巡检设备、摄像头、传感器等，构建全面的电厂输煤系统感知系统。

（2）运维记录数据化。建设实时动态数据库，完整保存运维、巡检流程中的所有过程记录，包括图片、音频、视频等资料，并通过储存技术确保数据安全，相关信息可以通过系统实现快速检索和查询。

（3）异常预警智能化。采用面向设备与操作异常的视频分析智能算法、面向设备运行监测的融合智能分析算法，实现对电厂输煤系统运行环境的分析与识别，完善设备全生命周期管理，降低巡检次数。

（4）先进的数据接口。系统具有完整的数据接口，支持与第三方系统的数据交互功能，预留与上级集控系统的数据交互接口，平台系统具有高度的可扩展性和兼容性。

（5）完善的数据交互协议。系统自主设计一套适合电厂输煤系统的数据交互协议，规定各智能终端与主站的数据交互内容、交互方式，规定各类协议的交互指令，确保主控系统的规范性；系统将整合各项研究成果，以模块化方式将任务规划系统、通信控制系统、诊断分析系统按业务需求进行集成，满足电厂输煤系统智能运维的功能需求。

（6）可视化的数据交互。系统具备电厂输煤系统的数据交互展示功能，能够更加清晰地展示各类设备及信息位置。

2.5 数据采集平台设计

数据采集平台作为现场监测和在线分析的主要数据源平台，将企业现有专业管理系统（DCS、电气自动化）与现场仪表进行通信，同时采集温度、流量、液位、功率等相关数据，主要进行实时采集，对生产数据和指数参数进行统计。数据采集平台包括中心接收服务器、下位数据采集终端等。数据采集终端与生产现场设备、仪器进行连接，实现电信号、非电信号、并行信号和串行信号等不同类型数据挖掘的数据采集。它补充了专业系统之间的数据接口，兼容企业DCS、PLC 等特殊系统的数据接口，更好地适应了电厂输煤系统不同设备的数据采集。实时采集的数据可以通过移动网络发送到中心数据接收服务器，中心服务器具有强大的计算能力和可扩展性，拥有用于动态速度检测的内置组件，并且还可以根据信息变化主动向网络报告信息，确保数据的实时传输，显著降低网络数据流量和中央服务器的负载，确保中央服务器的稳定性。在数据传输过程中，中央服务器支持实时数据存储，可以帮助用户长时间保存数据，确保在通信链路出错时数据不会丢失，提高数据的完整性和连续性。电厂输煤系统数据采集系统结构如图1 所示。

图1 电厂输煤系统数据采集系统结构

2.6 重点功能模块设计

应用对象在实时数据库上构建电厂输煤系统的设备管理与运行的监测系统，该系统的重点功能模块主要包括以下方面。

2.6.1 实时监控和自动报告生成

通过该模块，可以对电厂各控制系统的输煤系统数据进行全面的采集、处理和分析，并生成数据曲线和报告等材料，使用户可以对各终端的各个过程进行一致的监控，实现数据共享，并且将数据作为决策依据之一[6]。

2.6.2 设备状态监视报警及维护

提供设备的运行状态和故障原因，以表格的形式将报警参数输入数据库[7]。当系统呈现报警模式时，发出声光报警，并自动检测保存，以备事故分析；对不同设备的操作过程、操作系统、维护经验进行排序、汇总并导入数据库，实现随时维护和查询。

3 结语

近年来，电力输煤承担的责任越来越重。物联网将定位技术、传感器网络等众多技术结合，协调物与物和人与物之间的关联，在检修设备、智能化监管、运行状态监测等领域中呈现出显著效果。在此背景下，电厂的输煤系统需要更高的灵活性、稳定性。因此，基于5G 背景下，采用物联网技术实现对各个环节的监测，为管理人员提供准确数据，提高了电厂生产效率。