2025版5G斗轮机全自动控制项目

G斗轮机全自动控制目录TOC\o"1-3"\h\u108715G斗轮机全自动控制项目 181281、项目方案 377991.1、整体技术方案 5751.2、网络方案 650801.3、操作系统方案 7300241.4、斗轮机全自动控制改造方案 8263991、斗轮机测量系统改造 8204353)悬臂皮带侧安装流量测量激光扫描仪，用来瞬时煤流量测量。 96403二、案例实践效果 10147831、综合效益 1041161.1、节能效益分析 1069511.2、人工效益分析 11267951.3、生产效益分析 1110524减少人工干预、大幅提升生产效率 11197765G专用通信网，提高网络安全 12202522、行业推广前景 13252482.1、政策背景 13289272.2、发电行业背景 13283073)使用传统有线光纤进行布线，布线不灵活，线路检修难； 14126582.3、5G行业背景 15217472.4、迭代方案 1623723、5G+输煤系统无人值守，通过改造实现输煤皮带的无人值守； 1697992.5、市场分析 1676872.6、竞争分析 1852113、第三方评价 19314484、项目特色 201、项目方案在现有煤场斗轮机的基础上进行改造，改造后实现以下功能效果：1）项目实施后不影响现有斗轮机及输煤程控系统正常运行。2）项目实施期间对输煤程控系统的影响最小。3）在原操作方式的基础上，实现输煤程控远程全自动操作控制，实现远程一键式全自动定位作业，全程无需人工干预。4）满足各种操作方式下的安全作业要求，具备完善的安全防护功能，包括但不限于斗轮机防撞、安全急停、行人防撞、悬臂防撞、大车机构保护、极限位置保护等。5）实现煤垛三维模型实时更新，模型刷新频率实时更新，机械作业改变煤堆形状后，依靠斗轮机煤垛检测激光扫描装置重新实现三维建模，并可在上位机画面动态展示。6）实现同一个操作员站对2台斗轮机的集中监控。7）全自动控制实际投运率≥90%。8）为后续智能盘煤系统建设预留数据接口。9）预留相应的数据接口，为后续建设数字化煤场、智能燃料系统等提供数据。本项目本项目包含以下主要系统：1）斗轮机智能控制系统；2）工业电视监视系统；3）堆、取煤检测系统；4）斗轮机安全防护系统；5）5G通讯传输系统。1.1、整体技术方案本次升级改造主要分为斗轮机设备自动化升级改造和5G技术应用两个部分。根据广东XXX国际雷州发电有限责任公司（以下简称雷州发电公司）煤场斗轮机实际情况，结合现场勘察，提出基于5G网络传输的斗轮机全自动化控制改造，实现斗轮机无人驾驶作业，具体系统架构如下：通过5G工业边缘计算网关，将斗轮机PLC信号、视频监控信号、控制信号等进行解析，将网关解析数据通过CPE转换为5G信号（5G边缘计算网关未正式商用，因此暂用5GCPE进行网络传输转换，后期可进行替换），该项目拟在码头、煤场各新建1个5G宏基站，负责5G+斗轮机全自动控制系统的数据采集及传输。通过厂内部署的5G基站，传输至厂区集控中心服务器，实现数据传输闭环。1.2、网络方案建设内容主要包括5G无线网络、MEC边缘计算平台建设及网络服务：（1）5G无线网络建设包括：由网络运营商提供网络建设规划设计、铁塔与网络施工建设、基站设备等硬件安装调试及维护服务；MEC边缘计算平台建设包括：部署边缘云计算服务器及管理平台，网络管理设备等，提供业务分流，云计算等服务；网络服务包括：提供流量服务、数据专线服务、物联网平台服务等。5G无线网络建设内容：无线基站建设包括通信铁塔及基站设备，部署分布式基站，采用射频拉远单元（AAU）。拉远单元部署在高处，实现对煤场的无线覆盖。中心机房布置基站基带单元（BBU）通过CPRI接口（或eCPRI接口）同基站设备（或室分设备）相连，确保网络稳定，连续监测情况下，无线网终端到服务器传输时延不大于100ms。MEC边缘计算平台建设内容：边缘计算平台中设备需严格遵照ETSI的标准规范进行架构设计、技术开发、代码实现，符合ETSI关于MEC的相关API接口规范，支持网络能力开放功能。边缘云设备包含自助运维管理工具，能够对边缘云相关设备进行维护管理、性能指标查询、告警处理等；边缘云平台搭建后为智慧电厂提供平台，可以在此基础上开发应用满足生产实际需求。1.3、操作系统方案斗轮机所有操作由5G+斗轮机全自动控制系统统一管理，并提供可视化管理界面。操作人员统一在平台软件上进行所有的监控及控制操作。通过控制系统升级对煤场燃料的进、存、耗数据进行管理，所有生产数据在服务器数据库统一保存管理，为后期智慧电厂大数据分析管理提供数据基础。系统平台采用分布式方案，包含基础信息管理系统、智能化煤场管理系统、煤场堆取料管理系统、报警预测系统等子系统。工作站系统安装在输煤控制室，主要提供给操作人员使用，通过三维可视化技术，动态真实展现堆取料机现场作业的工况，将数字化料场与自动化控制融为一体，达到身临现场直观的效果。根据生产用煤实际情况将煤场划分为若干区域，实现分区、分煤种堆放，达到实时对煤场进行动态盘煤功能，并形成立体三维煤场图形。通过与计量、接卸、耗用系统建立数据接口，实时记录燃料进、耗、存，全面掌控煤场情况，做到煤场的量、质、价分析。1.4、斗轮机全自动控制改造方案1、斗轮机测量系统改造1)增加大车位置、悬臂俯仰角度、回转角度定位检测系统用于定位。2)悬臂头部安装料位测量传感器，用于检测设备工作时设备本体和物料之间的距离，一方面判断设备的工作负荷，取料机检测吃料深度，堆料机检测料堆的实时堆料高度；另一方面保障生产任务安全执行，防止事故发生。3)悬臂皮带侧安装流量测量激光扫描仪，用来瞬时煤流量测量。4)激光全景扫描仪：在煤棚顶部安装9套防碰撞激光扫描仪，并且对煤场进行三维数据采集，设备将所采集到的数据传送至智能数据采集器，采集器再将这些数据编码形成统一的格式并存储，最终通过5G通讯形式传输给服务器，服务器对数据进行分析建模后，得到煤场的三维模型。5)防碰撞系统：为防止斗轮机在工作过程中与相邻斗轮机或者误入煤场区域中的车辆、异常料堆发生碰撞。在斗轮机悬臂、行走门座两侧均布置安装超声波测距仪，同时系统根据实时建立的煤垛模型与斗轮机悬臂实时空间位置，系统实时计算两者相对位置关系，当位置达到一定设定值时，上位机进行预警，当达到极限值时自动停止旋转并提供报警，为防止斗轮机在行走过程中，与轨道上的异物发生碰撞。6)全屏测温系统：红外热成像设备安装于干煤棚马道顶部，优点是温度检测点数量多，精度高，数据量大可以预测温度趋势，不像传统红外热成像只能设定温度值，来实现报警。7)气体检测系统：将设备安装在干煤棚棚架检修通道附近，通过5G基站把信号传输到输煤控制室，通过系统发布报警等信息。二、案例实践效果1、综合效益1.1、节能效益分析“十四五”规划首次提出“新基建”其中5G被列为国家新基建七大领域之首。为打造XXX集团发展新引擎，解决火力发电厂生产燃料成本高企问题，必须提高煤场燃料管理水平和设备运行效率，减少设备运行成本，实现煤场信息自动化总体目标，是火力发电厂的重点工作之一。项目投用后对煤炭的高效利用以及煤场储煤周转将大大提高，有利于减轻我国煤炭资源的利用，有益于推动传统发电企业向智慧工厂转型，符合我国可持续发展的战略方针。减排：把燃料管理由粗放型向精细型转变，入场、入炉煤数据准确，利于科学掺烧，优化锅炉运行，减少NOx、二氧化碳排放；1.2、人工效益分析改变斗轮机传统人工操作方式，减轻人员劳动强度，运行中对司机操作水平要求极高，长时间高强度工作又易导致疲劳驾驶等安全隐患。随着三维成像技术以及智能传感器在煤场得到广泛的应用，为煤场作业无人操作奠定了基础，通过“5G+工业互联网”技术助推企业进行数字化转型升级，提升生产运行过程的安全可靠性。煤场因环保要求通常设计为全封闭结构，棚内温度高、粉尘大、存在有毒有害气体对员工身体健康存在较大的威胁，为防治职业病危害，保障劳动者健康权益使工作人员在煤场中作业时，不受到粉尘、气体等健康威胁，迫切需要提升电厂自动化水平，减少现场工作时间，贯彻“发展决不能以牺牲人的生命为代价”，绝不能对身边的风险隐患视而不见。项目投入使用后，预计仅需保留6位斗轮机司机（5用1备），可减少斗轮机司机岗位5。人员工资按每年15万元计算，每年节省人力成本约75万元；煤场防自燃对煤的损耗节约至少为5.5万；投入全自动控制系统后节省设备维护费用约22万元；由于设备效率提高，每年节约电力成本约22.6万元。1.3、生产效益分析减少人工干预、大幅提升生产效率通过5G大带宽、低时延、高可靠等优势，实现机器代替人工、设备远程控制、智能巡检、自动驾驶等智能化应用场景，大大减少危险环境下的人工干预需求，减少人工成本支出，提高生产精度和稳定性，提高生产效率。如利用5G网络+MEC实现斗轮机之间实时的互联互通，提高斗轮机之间的联动效率，改善煤场生产作业环境，实现斗轮机作业全自动运行率将提高至95%。降低设备维护及布线投入全厂区“一张5G专用通信网”，通过无线接入、5G网络高可靠等特点可实现人与设备、设备之间互联互通，设备状态实时监控、预测分析、可视化管理，大大降低运维成本。如利用5G网络将斗轮机设备状态信息汇聚到服务平台进行在线诊断分析，项目投运后采用在线监测技术替代传统点检，针对斗轮机的检修负荷下降约10%，同时节省传统光纤布线及运维投入成本数十万元。5G专用通信网，提高网络安全全厂区工作环境使得有线网络全覆盖部署困难，成本高；许多场景需要采用无线网络作为有线网络的补充，通过建设5G专用通信网，利用5G网络特性，大大提升工业无线网络安全性、可靠性。雷州发电公司5G专用通信网，部署在专用的MEC平台中，数据不出厂，可减少传统安全等保设备的投入，提高网络安全。行业推广前景2.1、政策背景十三五”规划纲要明确提出，积极构建智慧能源系统。推进能源与信息等领域的新技术深度融合，统筹能源与通信、交通等基础设施网络建设，建设“源-网-荷-储”协调发展、集成互补的能源互联网。2015年，国家发改委、能源局发布了《关于促进智能电网发展的指导意见》，意见指出通过集成新能源、新材料、新设备和先进传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等新技术，形成的新一代电力系统，具有高度信息化、自动化、互动化等特征，可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高效运行。2.2、发电行业背景电力作为一种特殊的商品，易传输，不易储存，生产和销售同步进行，供给完全由市场需求所决定。无论发电环节还是输配电环节，智能化都能够显著提速增效。伴随着电力体制改革的逐步落地，发电企业所面临的生产经营环境正处于一个关键时期，无论从顺应时代发展、应对形势变化需要，还是满足企业自身需要的角度看，实施“智慧发电”建设的发展战略，持续提升企业核心竞争力，都十分必要，且正逢其时。目前国内火力发电厂输煤系统均存在以下问题：人工操作的不安全性：手动操作频繁、劳动强度大、夜间作业，容易引起疲劳而增加安全运行风险，影响安全生产；生产环境的恶劣性：斗轮机所在的煤场是个封闭的空间,堆、取料作业产生的扬尘无法散去,粉尘浓度高；雨天积水，操作人员需要趟过煤泥遍地的通道才能登上斗轮机驾驶室，司机作业环境恶劣；取料作业的时候运行操作人员必须时刻压着大车行走把手进行操作，长时间这样操作导致操作人员的手臂酸痛，发生职业病，以上情况严重影响驾驶人员的身体健康；使用传统有线光纤进行布线，布线不灵活，线路检修难；人工操作的不安全性，斗轮机的操作仍停留在现场司机室手动操作的方式，运行人员劳动强度较高，导致疲劳驾驶，有导致误操作可能性；人工成本高：手动取料，斗轮机上无煤流测量装置，在堆煤过程中煤流无法结合斗轮机的控制，容易造成煤垛的不规则堆放，降低了取煤效率及煤场存煤量；在取煤过程中半自动操作过程凭斗轮电流的人工经验分段控制回转速度，同时也容易出现过载现象，影响系统的安全运行，流量不稳定，降低作业效率，输煤吨煤单位能耗高，容易发生过载，产生机械冲击，频繁重载启动影响设备使用寿命；设备维修成本高，目前人工操作模式，导致斗轮机频繁启停，导致斗轮机故障次数增多，增加了维修成本。通过斗轮机改造，为建立一个示范性的“智慧电厂”奠定基础。根据项目研究成果和示范效应，计划通过集团公司有计划地向集团下属电厂推广、应用；同时通过与集团外电厂、企业、科研机构、大学的交流，扩大本项目的影响力，特别是同类设备使用单位，如斗轮机设备在国内约有4000余台，市场应用前景广泛。2.3、5G行业背景“云大物智移”为发电智能化提供了技术支撑，尤其5G网络的成熟，更是作为电力行业数据采集、传输、分析、安全的基础保障而不可或缺。5G以一种全新的网络架构提供10倍于4G的用户体验速率，峰值速率高达20Gbps（毫米波），低至1ms的空口时延，5个9的超高可靠性，100万每平方公里的连接密度。针对行业应用定义了mMTC海量物联和uRLLC低时延高可靠两类全新场景，使得VR、大数据等运用到发电领域成为现实，方便监控现场、事故预报与诊断，实现了从数字化到智慧化的跨越，改变了以往的运行管理模式，实现了从人工决策到类机器决策的过程。加强信息管理和服务，清楚掌握生产流程、提高生产过程的可控性、减少人工干预、及时正确地采集生产过程数据，从而科学地制定生产计划，构建高效节能、绿色环保、环境舒适的人性化发电企业。2.4、迭代方案在本期项目的基础上，后续计划进行以下改造：1、5G+煤场智能安全监控，实现对煤堆表面温度，煤场内有害气体、可燃气体及粉尘等数据进行监控，并与煤场消防系统实现自动联动；2、5G+卸船机无人驾驶，通过对原有两台卸船机的改造，实现码头2台卸船机的无人值守；3、5G+输煤系统无人值守，通过改造实现输煤皮带的无人值守；4、5G+码头自动清扫车，实现对厂区内指定区域的快速无人清洁工作；5、5G+智慧穿戴，实现作业人员实时定位、轨迹追踪、血压、脉搏、心跳等体征数据进行实时监控和反馈云端。2.5、市场分析斗轮堆取料机是一种高效、连续卸装机械，主要用于散货码头、钢铁厂、大型火力发电厂和矿山等的散料堆场装卸铁矿石(砂)、煤炭、砂子等。目前已经广泛应用于港口码头、电厂、冶金、水泥、钢铁厂、焦化厂及散状物料的物流中心。主要取料对象矿石、煤、焦碳、砂石、化肥等散状物料。2013年中国铁矿石进口8.19亿吨,2014年,我国进口铁矿石量达到了9.33亿吨,截止15年铁矿石进口量9.52亿吨，16年10.24，近几年我国铁矿石进口量一直占全球铁矿石产量1/3以上，是全球铁矿石第一大进口国。2015年世界煤炭总产量78.61亿吨,其中中国煤炭产量为36.8亿吨，煤炭进口2.046亿吨，占全球煤炭产量一半以上。虽然随着全球经济的放缓我国16年相比往年铁矿石及煤炭的用量都在环比减少，但是由于基数巨大需要，对于此种散料运输装卸设备依旧需求旺盛。因此更具高效，运行稳定的设备具有更深远的意义。我国是斗轮堆取料机生产制造和使用的大国，随着“工业4.0”的全球推广，智能化的概念深入人心，国内各大港口开始逐步着手自动化控制在堆取料机上得以应用，减少人为错误操作带来的风险，并且提高整体设备的效率。已经成功将自动化控制系统应用到斗轮堆取料机上的港口有：青岛港，宝钢马迹山港，厦门港，烟台港等。至此斗轮堆取料机的自动化控制进入了它的黄金时期，各大港口纷纷表示对现有设备要求进行自动化改造，对于新的项目斗轮机自动化系统将会被设为设备投标参与的门槛。通过堆取料机自动化作业升级改造来实现无人值守的建设目标，提高系统定位精度，实现激光扫描与料堆轮廓三维仿真成像，实现自动取料及取料恒流量控制，实现自动防碰撞等，以上环节，每个环节既相对独立又相互关联，这些子系统作为整个系统的有机组成部分，相互依存、相互支持，最终构成、作为完整的智能全自动作业系统。2.6、竞争分析5G网络传输的斗轮机全自动化改造，改变了作业过程和传统的作业方式，提高了自动化程度，降低了企业的劳动成本，改善了设备的工作环境，提高了企业的生产效率。在这样的背景下，存放矿石、煤炭等大宗材料的料场，改变了以往手动堆取料的操作，通过自动检测、控制等手段，它实现了散货物料堆场内堆取料机的自动堆、取料作业控制。通过使用先进的工业自动化技术，非接触式检测、测绘技术，计算机图像三维仿真处理技术以及各种通讯技术，基于PCL的自动化应用，最终实现堆取料机的全自动堆、取料作业控制。提高了港口、电厂、钢厂等堆取料机使用单位的自动化作业水平。如利用5G网络将斗轮机设备状态信息汇聚到服务平台进行在线诊断分析，项目投运后采用在线监测技术替代传统点检，针对斗轮机的检修负荷下降约10%，同时节省传统光纤布线及运维投入成本数十万元。发电厂特殊的复杂环境使得有线网络部署困难，成本高；许多场景需要采用无线网络作为有线网络的补充，目前通常采用Wi-fi和3G/4G等无线网络，存在易受干扰、移动性差、安全性低、并发接入终端数少、接入带宽低等弱