5G技术在火电厂输煤系统中的应用研究
摘要：5G网络是电厂加速向数字化、智慧化转型的基石，而网络建设是一项复杂的系统工程。在项目前期应完成智慧化功能规划，以便评估中远期无线应用需求。结合业务需求对于网络进行定制化灵活性适配，从而在满足时延、上下行容量、可靠性、信息安全等要求的基础上，寻求最佳性价比。而探索5G通信技术在火电厂煤场斗轮机和码头卸船机控制系统自动控制领域的应用有着重要意义，本文就此展开了探究。
关键词：5G技术；火电厂；输煤系统 1用户基本需求 1.1网络覆盖要求
工程5G无线专网采用扁平化组网架构，将在电厂厂区室外部署大功率小基站，完成室外厂区的信号覆盖。同时，兼顾室内区域覆盖，室内部分部署分布式小基站进行补盲。无线基站通过万兆光纤传输汇聚到核心交换机，传输层采用全万兆接入并预留扩容端口。通过以上方式实现厂区范围内5G无线网络信号无盲区覆盖，同时保障重点施工、生产区域网络信号可靠性与稳定性。
1.2电磁兼容性要求
电磁兼容安全方面，需确保无线网络的部署和应用不对原有仪控设备造成干扰；网络设备应能在较大电磁辐射的环境下稳定运行；无线通信网络系统需满足GB/T17626系列标准的电磁兼容性要求。
1.3信息安全要求
网络信息安全方面，5G无线专网系统要满足监控系统安全防护规定及等保2.0体系中的相关要求，确保电厂业务数据安全；为了确保网络不容易被非法攻
击，无线通信网络系统需采用专用通信系统或私有通信协议、有线和无线接入侧均与外界进行网络隔离等措施。
2我国5G技术特点 2.1高速率
5G依托4G良好的技术架构，方便地构建起新的技术，让用户体验到更高的网速。以往工作主要依托较低频段的4G网络，低频段的好处是传播性能优越，运营商用较少的成本(少量基站)即可达到很好的覆盖，但不足是低频段的连续频率资源非常稀缺，4GLTE网络中单个载波最大频率范围是20MHz，通过载波聚合技术虽然可将多个非连续载波合起来使用达到较高速率，但依然不能满足当今大数据时代对于网络的需求[1]。而5G采用了4G时代未被使用的高频，使用大规模天线(massive MIMO)高频资源的频率，波长较短(毫米波)，可在很小的范围内集成天线阵列，结合波束赋形追踪，即可弥补高频通信在传播上的受限。
2.2大容量
受限于终端的功耗及无线网络的覆盖能力，广域物联网仍处于初期萌芽状态，5G推出了针对广域物联网的窄带物联网技术，可通过限定终端的速率降低使用带宽、终端发射功率、天线复杂度(SISO)，优化物理层技术，使终端耗电量降低，支持更多的终端接入。
2.3低时延
5G网络的时延迈进了100ms关口，使时延降至更低，为更多对时延要求极致的应用提供了空间。
2.4实景化
5G时代使空间信息服务更加社会化、大众化，实景三维信息更完整、语音信息更丰富、空间关系更精准。应用人工智能、5G网络、云计算区块链技术等可提高海量数据处理速度、智能化水平，实现传感、测量、控制、感知一体化，以及更精准的自动化、精细化管理。
3火电厂输煤系统中5G技术的应用 3.1我国5G物理专网技术方案 3.1.1总体架构
电厂5G无线专网系统包括核心网、无线接入网、应用平台及接入终端4个层面，同时配备统一的网管系统。5G无线专网通过安全隔离装置与电厂内网进行数据交换[2]。本方案采用SA（Standalone）组网架构，建设范围包括新基站、回程链路以及核心网，核心网完全部署于电厂本地，充分保障网络的安全隔离以及高可靠低时延性能。对于电厂室外区域的覆盖，采用大功率小基站设备覆盖，室内区域利用分布式小基站完成补盲覆盖。
3.1.2组网规划
电厂5G物理专网系统采用不同功率等级多个5G分布式小基站进行组网覆盖，为保证系统性能，采用电信运营商授权专用频段，同频复用的方式进行整体组网规划。
3.1.3频率规划
5G专网覆盖可采用2.6GH频段，2515~2675MHz之间，该频段只有中国移动有权限使用。中国移动另有4.9G4800~4900MHz频率可用，通过合理的频谱规划，电厂内公网与专网使用不同的频率建网，确保电厂5G专网不受到其它厂商或运营商的干扰。
3.2 5G技术下的输煤系统
卸船机、斗轮机作为火电厂煤码头和煤场的重要卸、取煤设备，其稳定性直接关系到火电厂的燃料保供安全，但由于煤码头和煤场作业环境差、作业时间长、劳动强度高等原因，操作人员在工作中极易出现误操作。例如螺旋卸船机原操作是通过司机室控制手柄及按钮进行手动操作，或者由司机站在码头或船上通过遥控手柄对螺旋卸船机进行远程手动操作[3]。司机操作时，无论在司机室内俯视船舱，还是站在码头或船上遥控操作，都会受到天气状况、司机室玻璃洁净度等因
素影响，导致视角和视觉能见度很难看清船舱内残煤状态。在操作取料中，司机还需弯腰低头保持高专注力，且卸船过程中劳动强度极大，长时间卸船作业对卸船机司机体力、耐力、视力等考验极大，易发生卸船机与船只碰撞、卸船机喂料头与船底部碰撞等不安全事件。因此，基于5G技术开发一种可实现无人值守的智能化卸船机、斗轮机全自动控制系统尤为必要。
3.3 5G智能化控制系统开发
通过对卸船机、斗轮机堆取料机进行智能化设计，对码头和煤场范围进行5G无线信号全覆盖，通过与斗轮机控制系统网络对接，实现以太网转5G无线通信，将煤场管理系统相关实时控制信息、视频信息通过5G网络传输至控制室集控系统。远程控制系统软件以三维方式显示规定区域内船仓和整个煤场料堆及设备的动态模型，真实反映出相应作业场所的状态；同时，远程控制系统软件能够自动调用视频信号，利用斗轮堆取料机定位系统获得设备的准确位置信息，通过高精度激光扫描设备对煤场进行三维成像、建模，并将所有现场信息采集至无人值守智能控制软件；系统软件接收操作员输入信息，经过分析计算优化斗轮堆取料机作业任务，并将作业过程所需特征点实时传送到斗轮堆取料机控制系统，从而实现斗轮堆取料机自动堆垛、开层、换层、空场堆垛、补垛等堆取料全过程无人值守全自动作业，以及卸船机、斗轮机对燃煤卸、堆取料机的智能化操控[4]。通过在码头建立5G通信基站及全自动监视和操作配套设施，使卸船机实现四自由度高精度姿态定位，建立三维仿真系统，对实际生产状态进行三维模拟，将原来手动控制模式更改优化为任务单自动控制模式，对螺旋卸船机控制系统及安全系统进行整体升级，与控制室进行局域网通信，实现卸船机无人值守作业。
结束语：
总之，当前对配电网的运行问题的揭示，主要依靠供电企业相关业务人员根据专业系统数据逐一分析，由于该项工作量大且费时、费力，难以满足业务要求，从而影响配电网的运行管理水平，用电客户的电力可靠供电难以得到保障。配网运行问题的自动揭示，为提升配电网的运行管理水平奠定了基础，保障用电用户的优质供电要求。
参考文献：
[1]杨如意,冯树臣,王献文,张越,张东明,于大鹏. 5G网络切片在火电厂智能发电与管理中的应用分析[J]. 能源科技,2021,19(06):49-54.
[2]龚平. 火力发电厂中5G技术的应用分析[J]. 电力设备管理,2021,(07):79-80.
[3]柳曦,胡波,王宾,薛建中,高少华,杨渊. 5G通信技术在火电厂的应用[J]. 热力发电,2020,49(11):8-13.
[4]赵俊杰,冯树臣,刘志宏,胡勇,刘强,向勇. 5G电力网络切片技术在燃煤智慧电厂生产管控应用分析[J]. 能源科技,2020,18(02):5-10.
