5G如何助力钢铁智造?

   2021-11-16 中国冶金报159

  OT(运营技术)与ICT(信息通信技术)加速融合为OICT是大势所趋,必将给钢铁行业传统的运营管理与控制系统带来颠覆性变革,逐步取代传统OT技术及其组网形态,并通过全连接、虚拟化(数字化)、云化和闭环控制等实现资源全局优化。同时,钢铁行业因具有流程连续化、重资产、信息密集、高能耗、高排放、工况环境恶劣、高危险性、强干扰、无线通讯信号屏蔽点多面广等特点,也对“5G+工业互联网”提出了更加严苛的要求。

  目前钢铁运营管控系统通常由5级构成:L0——感知与执行设备级,L1——基础自动化控制级(PLC),L2——过程计算机控制系统级(PCS),L3——制造执行系统级(MES),L4——企业资源规划级(ERP)。

  从微观上看,钢铁行业的OT,可以理解为操控,比如操控一台设备,涉及基础自动化电气控制级PLC(可编程逻辑控制器)/DCS(分散控制系统)/工控机(L1);从中观上看,可以理解为运行,比如运行一条生产线,涉及L1和过程计算机控制级PCS(过程控制系统)(L2)。感知与执行设备级L0和L1、L2,是目前比较通行的对OT范畴的狭义理解。狭义的OT将是5G无线连接进入钢铁行业核心制造环节的主战场,也是充分发挥5G关键特性和体现其核心价值的主阵地(如表所示)。

  5G赋能钢铁制造流程L1级——由现有的“电子+电气”架构逐步向新型的“计算+通信”架构演进,较短扫描周期(20毫秒以上,约能够覆盖基础自动化控制70%以上的场景)逻辑(控制功能)与参数自动控制功能逐步向边缘云侧迁移,真正实现一条产线上各个设备之间横向集成与数据自动流动,进而实现整条产线“小闭环优化控制”。泛在云化控制等将逐步取代传统PLC、DCS以及工控机等,实现实时操作系统、工控开发环境、5G时间敏感与确定性网络、统一开放协议等核心技术安全可信。

  5G赋能钢铁制造流程L2级——逐步由现有的各个产线L2系统独立架构向多产线共享系统架构演进,过程控制功能逐步向边缘云侧迁移,真正实现上下游产线之间横向集成、L1与L2级之间纵向集成和数据自动流动,实现L1与L2之间、上下游产线之间“中闭环优化控制”。

  从宏观上看,OT则可以理解为运营,比如运营一家钢企,涉及制造执行管控层(L3)、企业资源规划层(L4)以及商务智能等。现阶段不宜将所有数据都上中心云,端侧和边缘云(根据国际数据公司IDC预测,将有超过50%的数据在边缘侧处理)应该分担起必要的数据处理、存储和分析计算等功能。

  当前,5G在广义OT层面的主要应用场景包括工序(如炼钢、热轧、冷轧等)远程控制与集中操控、设备预测性维护、能效与排放监控、人机物安全监控等。5G赋能钢铁制造流程L3级,可以真正实现L1~L3之间、上下游工序之间“大闭环优化控制”。

  笔者认为,为了支撑钢铁智慧制造,实现钢铁运营、管理、研发、制造、营销等全流程资源优化,非常有必要建立“5G+工业互联网”系统,为各类要素之间的智能互联互通互操作、数据自动流动提供综合解决方案,实现任何人在任何时间、任何地点都可以投入工作。“5G+工业互联网”的技术发展方向主要包括硬件与系统软件通用化、有线通信无线化、通信协议统一开放化、通信实时确定化、软件定义网络、网络功能虚拟化、运营管理与控制功能云化等,将变革传统钢企的商业规则和经营模式,形成客户驱动钢企直接满足其需求的生态圈。


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