安徽马钢重型机械制造有限公司

中国移动通信集团安徽有限公司马鞍山分公司

1、项目背景

马钢是我国特大型钢铁联合企业之一，也是安徽省最大的工业企业。近年来，在效率提升和降低能耗方面都遇到了瓶颈，为进一步提升生产力、降低能耗、改善工作环境，在2019年推出“绿色发展，智慧制造”战略规划，企业的数字化转型进入提速阶段。“四个一律”指导思想的落地使得更多的工业现场需要实现“少人化”和“无人化”，厂区需运用大量智能装备、高清视频、AI、VR等新技术新装备，马钢亟需通过建设一套适应于马钢应用的高可靠性、高安全性的马钢5G工业应用专网，为现有应用场景提供服务，并为建设覆盖全马钢的5G工业应用专网打下基础，助力马钢在智慧制造的领域占据先机，为产业转型、质量提升提供有力支撑。为企业提供专属覆盖、网络定制、数据隔离、质量保证的基础连接网络，实现不同应用的大带宽、低时延、安全可靠的数据传输，满足企业生产、办公、管理等应用的通信服务需求。

2、行业痛点及需求

当前马钢面临传统工业网络性能差、数据实时共享难、安全经营管理难、设备老旧数据综合分析难、环境恶劣现场操作难等诸多行业痛点，为适应新形势的要求，马钢亟需按照现代企业制度的要求，提高企业信息化建设及整体运行质量。充分利用5G、AI、大数据、云计算等ICT技术进行全流程、全业务的数字化升级，打造钢铁行业的智能工业互联网平台。一方面推动马钢的高质量发展，另一方面也推动钢铁行业向智慧钢铁、绿色钢铁方向发展。

1、主要功能

(1)模块化设计，各系统无缝拼接

在马钢厂区已有5G网络覆盖的基础上，利用5G智能化手段，建立了马钢公司智慧中心。智慧中心通过采用模块化设计，与各子系统实现无缝拼接，具备可拓展性，利用5G和云平台进行数据传输和管理。通过LCD拼接大屏幕显示系统，可以轻松实现直观、实时、全方位地集中显示各个系统的信息，各系统信息在大屏幕上可根据需要以任意大小、任意位置和任意组合进行显示，并且对显示信息进行智能化管理，以便于调度指挥中枢准确、实时全面地观看和掌握各方面信息并做出正确的决策，大大提高了指挥调度决策，尤其在紧急情况处置时的效率，增强了各信息显示的直观性和可操作性。

(2)数据多路采集，实时传输

利用5G和有线网络、各类数据采集设备、各类数据集中平台，通过对生产现场远程监控全覆盖、生产过程数据采集与分析、生产设备状态数据采集与分析、生产数据统计、能源消耗统计等，建设智能数据采集、分析、处理功能模块，基于5G互联网共享，打破距离限制，将原先孤岛数据打通融合，形成公司自身的信息平台，实现实时管控、精益管理，从而为提升本质安全、节约能耗、降本增效、提高劳动效率等提供有力支撑。例如机床设备将PLC中的电流、启停状态读取出来，通过网络通讯装置，TCP/IP协议进入数据管理平台，为生产经营提供准确的设备状态信息，优化生产计划，提升生产效率。

(3)关键指标不间断监测

在马钢公司的配电房实现了高清仪器仪表识别与红外热成像监控，协同推进温度、湿度、烟雾等多项关键指标的实时不间断监测。同时提供了包括马钢重机总部共12处需要5G视频监控的服务(共22个摄像头)，以及3套符合要求的门禁系统，为马钢公司实现安全监控、现场实时监管提供了有效途径。

(4)数据分析研判，鉴别考核

利用5G基站网络、自带5G传输的高清摄像头，将分散在马钢厂区的各生产现场和技术服务现场的监控画面实时传输到集管中心大屏幕。通过AI人工智能进行大数据分析判断，自动识别需要的信息;通过图像识别技术进行安全、电子围栏等管理，并按要求截屏发送到管理部门进行鉴别考核。

2、项目创意性

(1)5G构建工业互联网、赋能智慧型制造

智能化制造基地:针对目前钢厂对设备状态、外部环境的感知手段还不够准确、及时和丰富;不能实时、准确地监测制造过程的全面和细节信息;不能实现对生产各环节的敏捷、灵活、柔韧性的控制等痛点。通过项目实施解决精确感知、状态检测、时间洞察、柔性控制、规律预测、自我完善等一系列需求，从而支撑未来钢厂的整体架构。平台化企业运营:项目通过钢铁制造过程中人、机、物的全面互联，促进制造资源泛在连接、弹性供给和高效配置。协同化生态环境:通过项目实施，促进钢厂适应钢铁企业生产方式、组织形式、商业范式深刻变革的迫切需求，倒逼流程再造和管理改制，实现数字化转型。

(2)项目功能创意性

3、项目方案

依托5G网络、基于中国移动OnePower平台，端、管、云、用自下而上，打通工厂内从设备到应用的流程，最终实现网随业动、平台赋能与智慧应用。

(1)网络方案

钢铁行业要求5G系统能独立组网，独立运行，保证无线通信与数据传输的可靠与稳定。5G控制面下沉保证数据不出园，保障终端行为不泄露。企业生产不受运营商大网升级、割接调整的影响。企业自主权更高，可以快速响应生产需求。与外部物理隔离，可以免去复杂的安全防护系统。

马钢重机数字化连接，以连铸的辊组、芯轴为关键数据，通过5G数采+数据统计分析，对关键部件全生命周期数据实行分类、分级管理，及时分析报表，实现管理的规范化、流程化。5G+智能巡检应用，通过5G+AI+AR技术，以巡检机器人、AR眼镜、智慧安全帽为载体，实现重机厂区智慧巡检;基于5G端侧设备采集到的视频数据，实现了自动巡检、远程协作等功能。5G+AI分析应用，实现了复杂环境中的人员、设备、环境等安全监控、厘米级高精度定位的功能，形成多维度的厂区安全监控系统。

(2)高清视频安防监控应用

①场景需求

钢铁厂区对安全性提出极高要求，现场工作环境需要高清摄像头实时监控。利用5G超大带宽，可以同时支持多路高清视频并行传输，实时了解作业现场情况。在厂区关键位置部署高清摄像头，7x24小时实时监控整个工厂的生产运行状况，确保监控无死角、视频流畅、画面清晰，实现事前布防、预判，事中现场可视、集中指挥调度，事后可回湖、取证等业务需求。

②实现方案

建设统一视频安防系统，将多路高清视频流通过5G网络实时上传到视频云平台进行统一存储、监控、分析和检索。监控人员可以对前端摄像机设备进行控制，并可以回放、录制、下载相应的存储视频。视频流在视频云平台上进行智能分析和人为监控，形成可预警和分析的相关事件，并通过弹出视频和告警消息等多种方式告知管理人员，帮助工厂管理人员实现业务流程的实时管理和闭环管理，有效提升工厂和园区安全管控能力。系统可支持多种类型摄像头，包括普通摄像头、红外摄像头、夜视摄像头等。

整个视频安防系统实现感知层、平台层、应用层的纵向连接和横向联动。

>感知层

感知层是获取识别物体、采集信息的来源，实现对各类数据采集的基础层级。为了避免园区视频安防系统的烟囱式建设，有效支撑园区的安防业务扩展，需要在感知层和向上的应用层之间建设平台。

>平台层

平台层包括IoT、GIS、视频云、集成通信平台和数据平台，其中视频云实现视频信号的共享、分析，支持车辆、人脸等业务应用。

>应用层

安防应用是工厂和工业园区安防业务处理的核心，与行业发展应用需求相结合，实现安防区域的智能化服务应用，包含物理安防、视频应用和系统配置模块。物理安防包括流程预案、联动控制、电子地图、实时监控、集中报警、设备管理、报警报表。视频应用包括视频巡逻、电子巡更、高点监控。系统配置包括日志管理、用户管理、角色管理、组织管理、联动配置以及报警设置。

>网络架构层

视频安防平台基于5G网络实现了云、边缘和高清摄像头的协同部署，特定视频算法可以在云端训练和开发，按需分发至边缘平台进行视频流的计算分析和结果范围，并能够对视频算法准确性进行评估判断，对于需要提高精度的算法可以在云端重新迭代更新，进而提升各个场景视觉检测的准确性。

(3)巡检机器人应用

地面升降激光导航巡检机器人，是最新一代应用于室内的(机房或通讯机房)激光导航智能巡检机器人，机房巡检机器人分为机器人设备本体和管理软件后台两部分组成。其较小的体型，广泛应用于室内狭窄空间，解决狭窄空间运动问题：高达1.8m的云台升降范围，解决室内设备柜巡检范围宽的问题;无轨激光导航，解决了室内施工的问题。机器人的外形及轮廓尺寸如图所示。

巡检机器人系统包括机器人本体、接触式充电系统、无线通讯系统、本地监控后台等。机器人本体搭载高清摄像机、红外热成像仪、云台、温湿度传感器、有毒有害气体传感器(可选一氧化碳、二氧化碳氧气、甲烷、硫化氢等);接触式充电系统包括充电控制箱、发射端、机载接收端等给机器人本体中的蓄电池进行充电。无线通讯系统包括无线AP、交换机等。本地监控后台包括站控软件、工控机、显示器等。

①导航定位系统

巡检机器人导航方式采用激光导航方式。该方式现场施工工作量很小，环境依赖性小，定位精度高，优势明显。

②自动充电及能源管理

机器人应配备自动充电装置，充电功率200w，当电池电量低，或收到充电指令时，能够自主返回充电位置，通过与充电系统配合完成自动充电:因需要充电而中断任务时，充电完成后继续未完成的任务。当机器人做完任务返回充电位置时自动充电。默认机器人停止的位置为充电位置。

③无线通信模块

巡检机器人的后台监控、任务调度、巡检数据传输等环节完全依靠无线通信模块。常用的无线网络是一种点到点的不可靠的通信方式，所以巡检机器人通讯的稳定性不好。

Mesh网络是一种新型的网络结构，它提供了多信道多链路的数据传输方式，采用低成本、高带宽和易架设的组网方式，提高了数据传输的可靠性以及网络系统整体带宽容量。本项目根据巡检机器人工作环境，构建起基于无线Mesh网络技术的高速可靠巡检机器人无线通讯系统。将有线设备或有线AP(AccessPoint)的数量减少到最小是无线Mesh网络的优势。与传统的交换式网络相比，Mesh网络具有部署安装简便、非视距传输、稳定、结构灵活、高带宽的特点。在Mesh网络结构中，每个节点传输路径不唯一，网络可以根据每个节点的数据包大小和数量动态地通讯路由，避免通讯堵塞现象。

④信息识别模块

网络高清摄像机可以在机柜巡检、空调巡检，对设备进行巡检配置，并在后台进行数据分析。红外热成像仪可以对设备的本体和线体接头位置进行测温。后台采用图像处理技术对图像的匹配与识别。其他的模块识别环境的温湿度、声音、障碍物等信息，传输到后台进行处理。

⑤设备监测

在监测点，机器人本体可通过预置位设定将可见光摄像仪和红外热像仪自动对准待监测电气设备，并对其运行状态进行监测，之后将采集的视频图像、红外图像等传送至控制中心，工作人员通过控制中心软件窗口在线检测电气设备的运行状态。在巡检过程中，用户还可以对云台位置和焦距等参数进行设置，可使用录像和图像截取功能，还可对红外热像仪的参数进行设置。

⑥本体数据采集

机器人本体硬件检测:机器人本体软件实现对自身硬件的检测，包括电池电压、实时电流，网络连接等，确保系统各硬件能够正常工作。一旦发现故障，系统会调用故障处理程序来做出相应的处理。

⑦报警设置

针对系统出现的故障，故障报警处理程序会根据不同故障的类别给出报警提示信息并采取相应的故障处理，这样就保证了系统的可靠性。对于检测数据异常，系统也会给出报警提示信息，方便用户处理。

⑧参数设置

机器人本体软件允许用户对关键参数进行设置，这样使得系统可以运行在不同的配置环境下，从而提高了系统的灵活性。

⑨开机自启动

机器人系统可以自动加电，下位机软件自动启动，读取设定的配置信息，进入工作状态。

⑩远程控制

控制中心软件能够对机器人本体和监测设备(摄像仪和红外热像仪)进行远程控制。工作人员通过操作远程控制界面或键盘控制机器人本体前进、后退、左转、右转和停止。控制中心软件提供对可见光摄像仪和红外摄像仪远程操作面板，可对其进行云台控制、焦距控制、录像、图像截取以及红外摄像仪各种功能的远程控制。

⑪预置位设置

系统提供对监测点的预置位设置，在监测点用户可以记录下云台的方位、俯仰角等信息，在实际巡检时机器人根据预置位自动将云台转动到预先设定的方位，便于工作人员对设备进行监测。

⑫电子地图展现

电子地图展示整个巡检任务的概况，机器人本体位置能实时显示在地图中。工作人员能够根据机器人的位置，直观方式了解巡检任务的进度，也使得人机界面十分友好。

⑬视频和红外图像的显示

机器人本体采集的高清视频和红外图像经网络传输后在窗口中显示，工作人员可以通过视频窗口和红外窗口直接观察电气设备的运行状态。

⑭数据传输

系统提供数据传输的功能。数据传输包括数据发送和数据接收，机器人本体软件和控制中心软件能够发送和接收不同格式、不同类型的数据，并能够对它们进行正确的处理和显示。

⑮用户管理

系统提供用户登录、添加、删除、用户信息修改等基本用户管理功能。

⑯数据存储

系统拥有数据库系统，可以实现对数据的存储。

安徽移动马鞍山分公司助力马钢公司工业自动化转型，借助5G赋能工业互联网升级，利用智能化手段实现马钢配电房5G巡检机器人的应用落地，为马钢建立了配电房免人工巡检制度。

降低人力成本，极大提升了生产效益:最大的配电房正常一天需要三位员工进行检修排查工作，每位员工需要进行三次排查，一次排查需要2个小时。计算所得每个配电房需要三位员工18个工时的检查工作，一台巡检机器人一年下来可以替代约900工时的工作量，且巡检机器人的自动抄表功能也大大降低了人工巡检的失误率。

提前预警/安全生产：通过巡检机器人的红外测温模块，对环境温度进行全方位监控，对火灾做到提前防控，提前预警。采用智能机器人巡检，一方面避免现场高温、高压、强电、粉尘浓度高等不安全因素对巡检人员造成人身伤害;另一方面也可以避免巡检人员巡检时因为设备操作带来的安全生产风险。

保障人身/财产安全：智能视频监控系统可以针对重要特定区域通道、出入口进行图像监控并通过存储设备保存，以便日后调查取证查看，是保存重要证据的有力手段，可保障人身安全和财产安全;

提升管理效率：管理者足不出户，就可以全面、准确、及时地观察到被监测地现场的真实情况。节省了大量宝贵的时间，大大地减轻了管理层的工作量，极大地提高了管理效率和管理自动化水平。

提升生成调度和应急处置效率：厂内视频监控是生产调度系统的重要组成部分，通过与调度终端、生产数据等子系统进行深度整合，提升生产企业日常生产调度和应急处置的效率，