江铜贵溪冶炼厂（以下简称“贵冶”）作为国内铜冶炼行业的领军企业， 也在积极探索智能工厂建设之路。 2016 年，贵冶申报国家工信部“铜冶炼智能工厂试点示范”项目获批，成为铜冶炼行业唯一一家智能制造试点示范工厂，开启了智能工厂的探索之路。 2019 年，贵冶继续申报了“基于新一代无线移动通信技术的铜冶炼智能工厂应用建设”项目，以期进一步推进智能工厂建设。

1 总体规划及建设内容

智能工厂的规划建设依赖于 5G、窄带物联网等技术在工业场景中的应用， 这两项技术是支持企业建设工业大数据集成平台和大数据中心的基础。 为此，贵冶通过部署 5G 基站、实现厂区无线覆盖，为深化生产控制、经营管理、智能决策等诸多智能制造应用场景奠定了技术基础。

1.1 窄带物联网的应用

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，以下简称“NB-IoT”）聚焦于低功耗广覆盖物联网市场，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。 NB- IoT 作为一项革命性的技术，尤其适用于监测、 测量等一些新兴的物联网应用场景，是未来 5G 技术三大应用场景之一， 代表着未来的发展趋势。

根据该技术的特点， 对一些数据实时性要求不高、数据传输量不大、有线信号传输距离又较远的业务场所，安装采用 NB-IoT 技术的仪表终端设备，通过设备与 RTU（NB 模组）相连实现数据采集与传输，可以 搭 建 数据采集 系统 ，从而 构建一 个基 于NB-IoT 技术的物联网数据管理平台。

1.2 5G 技术应用

5G 具有大带宽、泛在网、低延时等特点。对一些数据传输量大、实时性要求高的业务场所，通过 5G技术可以实现厂区视频监控数据上传、 偏僻区域网络覆盖，从而使厂区生产管理系统支持道路交通、运输车辆监管、无人巡检等功能，降低人工劳作强度，使业务监管高效可控。

2 应用分析

2.1 NB-IoT 技术的应用

2.1.1 NB-IoT 技术在贵冶的应用现状

目前，移动、联通、电信三大运营商已在贵冶所在的江西省鹰潭市建成了 3 张 NB-IoT 网络， 实现了城区、县城、乡镇全域覆盖，为 NB-IoT 技术在贵溪冶炼厂的推广落地打下了基础。

贵冶智能工厂一期所开展的“NB-IoT 工业物联网在线检测装备计量仪表和 SCADA 项目”，充分利用 NB-IoT 的技术特点，通过使用噪声监测仪、流量计、pH 计、液位计等窄带仪表共计七十余台（套），极大地补充和完善了工厂数据采集手段。

图 1 窄带仪表部署现状

2019 年 8 月，贵冶成功申报了“江西省 03 专项及 5G 项目”， 项目内容之一就是要扩展 NB-IoT 技术应用。在此基础上，该厂提出了渣包无线测温装置的研究与应用。

2.1.2 基于的渣包无线测温装置研究应用

铜冶炼过程中会产生大量炉渣， 这些炉渣经渣包车运至缓冷场后， 通过自然缓冷—喷淋水冷—翻包倒运—破碎作业—磨矿作业—浮选作业等工序后，回收其中的铜、金、银等有价矿物。 在自然缓冷、喷淋水冷[3]的过程中，控制渣包内的炉渣温度对于铜元素的回收至关重要。 渣水温度高达 1 200 ℃以上，传统的测温装置无法对熔体温度进行在线测量，目前主流方法都是人工手持红外测温仪定时测量渣包外壁温度， 再通过渣包外壁温度推算渣包内炉渣的温度。 然而， 人工测量渣包外壁温度存在安全隐患大、数据无法实时在线更新等问题，为了彻底扭转该局面， 贵冶开始研发基于窄带技术的渣包无线测温装置。为了便于管理，搭建了一套渣包外壁温度监控平台， 实现窄带物联网平台与贵溪冶炼厂生产实时系统的数据互通。 渣包无线测温装置部署情况见图2，渣包温度监控平台画面见图 3。

图 2 渣包无线测温装置部署

图 3 渣包温度监控平台画面

通过与人工测量的试验对比可以看出， 基于NB-IoT 技术的渣包无线测温装置的测量误差在±3 ℃以内，满足工艺生产控制需求。渣包外壁温度无线测温仪与红外测温枪测量数据对比见表 1。

表 1 无线测温仪与红外测温枪测量数据对比

本装置实现了渣包外壁温度的在线精准测量，为国内铜行业的首创， 为下一步渣包温度的精准控制提供了准确可靠的控制参数。 在实现渣包温度自动控制后， 渣包缓冷的能源消耗和安全风险将大幅降低。 同时，通过本项目的实施，贵冶窄带物联网设备的接入数量扩充到三百余台（套），不仅丰富了工厂对各类参数指标的管控手段， 也为新一代无线通信技术与工业融合的应用实践提供了全面的指导意义。 贵冶 NB-IoT 系统架构见图 4。

图 4 贵冶 NB-IoT 系统架构

2.2 5G 技术与智能装备的综合应用

贵冶通过部署建设 5G 基站，实现了 5G 网络厂区全域覆盖，见图 5，对有线网络的有限覆盖进行了有效扩展，实现了工厂区域网络全覆盖，达到无死角全面布控、全方位监控的目的。

图 5 厂区 5G 基站部署

2.2.1 原料部 5G+无人押车监控

厂区内运输物料的车辆需要通过固定路线将物料存放在堆场。之前，原料部要求工厂员工在特定线路上对运输原料的车辆进行人工跟车。 这项工作人工成本大，技术含量不高，且押车过程中，员工无法实时掌握汽车的行驶状况以及司机的违规行为。 随着 5G 通信技术的发展，贵冶充分利用 5G 技术的高速率、低延时、大容量特点，结合视觉识别、大数据分析等新兴技术，实现了原料部押车的无人化。无人押运系统由高清智能卡口前端子系统、网络传输系统、数据处理系统组成，见图 6。

图 6 原料无人押运系统结构

1）高清智能卡口前端子系统。 该系统主要完成目标检测和图像采集处理，由卡口抓拍单元+补光灯组成。卡口抓拍单元集成视频检测功能，采用视频检测算法完成机动车、 非机动车和行人的目标检测及抓拍，同时输出高清照片和车牌识别数据，清晰呈现机动车正面全貌和车牌特征。

2）网络传输系统。 网络传输系统由前端设备5G 信号 接 收 CPE、5G 基 站和 指 挥 中 心 视 频 接 收CPE 三部分组成。 通过电信定制的 5G+VPDN 网络，打通 CPE 和专网之间的基础网络通道，通过 CPE 下挂路由设备和专网设备搭建 GRE 隧道方式，实现前端相机和后端服务器的路由可通。 网络规划见图 7。

图 7 网络规划

3）前端数据处理及上传。 前端数据处理及上传单元由终端服务器加相关软件组成。 终端服务器采用嵌入式、低功耗、无风扇设计，能够在室外恶劣环境下正常工作； 采用大容量工业级硬盘作为存储介质，能够保存大容量车辆信息记录，最终实现外来车辆车速状况、行车轨迹、驾驶员行为分析、路障检测的智能判定和提示预警。

通过 5G 技术的应用， 实现了高清视频实时监控、无人运料监管，大大降低了人工成本，降低了安全事故发生率， 同时也减少了安全事故造成的人员伤亡及财产损失情况。 原料无人押运数据处理分析情况推送预警见图 8。

图 8 原料无人押运数据处理分析情况推送预警

2.2.2 5G+无人机特定工况安环监测

无人机具有成本低、机动性强、智能程度高、效率高等优点，使用无人机对厂区开展智能化、自动化巡检，可减少厂区日常巡检的人员投入，降低人员作业风险，提升管理效率。 5G 网络有着全新的网络架构，能够实现超高带宽、毫秒级时延、超高密度链接，这些优点极大地增强了各类物联网产品的能力，尤其是对无人机的应用上。 5G 网络不仅能让无人机在现有场景中做得更好、更稳定，而且网联无人机将会驱动更多种类应用场景的升级。

图 9 无人机特定工况监测

本项目基于 5G 通信技术， 通过载重型六旋翼无人机设备，搭载高清运动相机、有害气体检测等模块，实现厂区内有毒有害气体成分检测、厂区和周边喊话警示功能；同时，自动将实时巡检数据回传指挥中心，协助管理人员实施安全管理工作。本项目致力于促进厂区安全生产的机械化、信息化和智能化，以应对安全管理任务量大、作业人员短缺、成本高、智能化水平低等问题。

系统包括发送端、服务器端、PC 监控端，见图10。发送端搭载于无人机上，包括控制器、摄像头，控制器通过 RTSP 流媒体协议封装视频流数据， 并通过 5G 推送给流媒体服务器。 服务器端通过 RTSP流媒体协议接收来自发送端的数据， 再通过 RTSP流媒体协议分发给 PC 端。 PC 监控端通过 RTSP 协议从流媒体服务器拉取视频流，再经过解码、格式转换，将视频流实时显示到 PC 端窗口，最终达到厂区智能化、自动化巡检的目的。 同时，无人机还具备高机动性、高集成化、高智能化等特点，可挂载各功能模块，完成不同工作任务，大大提高了无人机的扩展能力和实用性。

图 10 图传系统总体架构

3 实施效果

贵冶共部署了窄带物联网设备 291 台， 创新开发了适用于多种工业现场检测仪表的 NB-IoT 模组，对窄带设备、技术的快速更迭起到了积极的推动作用。与此同时，该厂还实现了工厂核心区域的网络全覆盖，可达到无死角全面布控、全方位监控。 在此基础上，利用 5G 移动技术与智能装备结合，实现了视频巡检、高清视频实时监控、运输车辆监管、厂区无人巡检等功能，降低了人工成本和安全事故发生率。

贵溪冶炼厂充分依托智能工厂建成的数据中心和实时数据库，使江西省“03 专项及 5G 项目”建设内容全面融入贵冶智能工厂一期建设， 满足了智能工厂可视化调度、联动指挥、高效应急处置的需求，提升生产效率及管控能力。 贵溪冶炼厂智能工厂架构见图 11。 该厂不仅建立了统一的集成信息系统平台，将“信息孤岛”变为“信息通衢”，通过管理网、控制网、视频网、无线网四网合一，将人、数据和机器连接形成了一个开放的网络， 达到了人与机器的深度融合。而且，借助 NB-IoT 物联网、5G 移动通信技术，该厂实现了物物互联， 满足工艺装置数据连续性精准传输的需求， 实现了各环节的紧密衔接和协同配合。 系统通过规范化通信接口在各环节之间实现了数据交互，达到了“数据不落地”的传输目的，实现了资源大共享。

图 11 贵溪冶炼厂智能工厂架构

贵冶基于 NB-IoT、5G 网络的平台建设，增加企业管控手段，提高劳动生产率，降低生产运营成本，提升企业经济效益， 有效地促进了企业高效高质量发展。 融合 5G、NB-IoT 技术开展铜冶炼智能工厂应用建设的典型做法和经验， 具有较高社会价值与示范作用，形成了产业示范效应，对于有色金属行业智能冶炼系统设计建设、改造提升具有借鉴与指导意义。

4 结束语

贵冶通过 NB-IoT 物联网、5G 移动通信等技术在智能工厂建设上的应用， 实现了工厂各环节的紧密衔接、协同配合，资源、信息得到了实时汇集、传递与共享，满足了智能工厂可视化调度、联动指挥、高效应急处置的需求，提升生产效率及管控能力。本项目的实施不仅推进了贵溪冶炼厂智能化建设， 也为铜冶炼行业智能工厂建设提供了有益探索。 今后该厂还将继续深化研究， 推动新一代宽带无线通信技术在铜冶炼行业的更多应用场景， 以适应新时代智能制造新要求。

作者：江西铜业集团有限公司贵溪冶炼厂 陈耕 邹雪海