20240313_工业互联网产业联盟_钢铁行业：工业无线电磁环境（已规划频段）白皮书_42页.pdf

工 业 无 线 电 磁 环 境（已 规 划 频 段）白 皮 书 钢 铁 行 业（2 0 2 3 年）工 业互 联网 产 业联 盟（A I I）2 0 2 3 年 1 2 月WUCXxOtOnOpOpRoNsPqPmN6M8Q6MmOqQmOsOjMoOsRfQpOrNaQmMwPvPmPtNvPpMoO声 明本 报 告 所 载 的 材 料 和 信 息，包 括 但 不 限 于 文 本、图 片、数 据、观 点、建 议，不 构 成 法 律 建 议，也 不 应 替 代 律 师 意见。本 报 告 所 有 材 料 或 内 容 的 知 识 产 权 归 工 业 互 联 网 产 业联 盟 所 有（注 明 是 引 自 其 他 方 的 内 容 除 外），并 受 法 律 保 护。如 需 转 载，需 联 系 本 联 盟 并 获 得 授 权 许 可。未 经 授 权 许 可，任 何 人 不 得 将 报 告 的 全 部 或 部 分 内 容 以 发 布、转 载、汇 编、转 让、出 售 等 方 式 使 用，不 得 将 报 告 的 全 部 或 部 分 内 容 通过 网 络 方 式 传 播，不 得 在 任 何 公 开 场 合 使 用 报 告 内 相 关 描述 及 相 关 数 据 图 表。违 反 上 述 声 明 者，本 联 盟 将 追 究 其 相关 法 律 责 任。工 业 互 联 网 产 业 联 盟联 系 电 话：0 1 0-6 2 3 0 5 8 8 7邮 箱：a i i c a i c t.a c.c n前 言中 国 是 钢 铁 大 国，钢 铁 行 业 规 模 领 跑 全 球。“十 三 五”以 来，我 国 主 要 钢 铁 企 业 装 备 达 到 了 国际先进水平，智能制造在钢铁生产制造、企业管理、物 流 配 送、产 品 销 售 等 方 面 应 用 不 断 加 强，关 键 制造 工 艺 流 程 的 数 控 化 和 企 业 资 源 计 划 装 备 率 等 信 息化 程 度 得 到 了 跨 越 式 发 展，但 距 离 钢 铁 强 国 还 有 很长 一 段 距 离。在 产 业 重 组、淘 汰 落 后 产 能、节 能 减排、绿 色 发 展 的 大 背 景 下，带 来 数 字 化 新 型 钢 厂、智 慧 产 线 升 级 改 造，5G+云+A I 精 细 化 运 营 管 理 需求，促进了我国钢铁行业工业数字化转型。钢 铁 行 业 的 工 序 极 其 复 杂，各 个 车 间 又 具 有 较多 金 属 框 架 建 筑 结 构，内 部 分 布 众 多 生 产 设 备、原材 料 和 钢 材，使 得 厂 房 内 的 信 道 环 境 较 为 复 杂，对信 号 传 输、网 络 性 能 产 生 影 响。同 时 具 备 电 弧 炉、变 频 器、强 磁 设 备 运 行，在 各 种 复 杂 工 况 下，不 可避免地产生各种各样的电磁噪声。本 白 皮 书 以 典 型 钢 铁 工 厂 场 景 为 例，重 点 分 析电 磁 环 境，包 括 噪 声 干 扰 和 信 号 特 征 内 容。针 对 钢厂 电 磁 环 境 特 点，最 后 给 出 无 线 通 信 解 决 方 案 思 路和 5G N R 无线通讯设备的电磁干扰解决方案。编写组成员（排名不分先后）：唐 余 兵 郭 伟 樊 毓 斐 刘 嘉、刘 琪 付 有 奇、李 乐榕 陆爽、刘嘉伟、刘婧迪、刘蕾、苑东平牵 头 编 制 单 位：中 兴 通 讯 股 份 有 限 公 司参 与 编 制 单 位：中 国 信 息 通 信 研 究 院宝 钢 股 份 有 限 公 司鞍 钢 集 团 信 息 产 业 有 限 公 司中 国 移 动 通 信 集 团 有 限 公 司中 国 电 信 集 团 有 限 公 司中 国 联 合 网 络 通 信 有 限 公 司工 业 互 联 网 产 业 联 盟 公 众 号目 录一、钢铁行业智能制造背景及应用场景.1（一）钢铁行业发展背景和数字化转型需求.1（二）钢铁行业数字化转型的目标.2（三）钢铁行业智能制造电磁环境分析的必要性.5（四）钢铁智能制造厂无线电磁环境关键应用场景.7二、钢铁行业车间电磁环境分析.9（一）钢厂车间电磁噪声特性分析.1 0（二）钢厂信道特征分类分析.1 5三.钢铁行业电磁环境下的无线通信解决方案建议.2 2（一）钢铁行业车间无线解决方案建议.2 2（二）钢 铁 厂 厂 房 内 无 线 网 络 规 划 常 见 问 题 及 解 决 方案建议.2 6（三）小结.3 2四.缩略语.3 2参考文献.3 31一、钢 铁 行 业 智 能 制 造 背 景 及 应 用 场 景（一）钢 铁 行 业 发 展 背 景 和 数 字 化 转 型 需 求我 国 钢 铁 行 业 规 模 领 跑 全 球，2 0 2 2 年 我 国 钢 铁 产 量 已 达 1 0.1 3亿 吨（粗 钢），我 国 粗 钢 产 量 占 全 球 比 重 达 5 5.3%，位 居 全 球 第 一，领 先 第 二 名 1 0 倍 以 上，一 批 钢 铁 材 料、产 品 和 工 艺 技 术 取 得 突 破，达 到 世 界 先 进 水 平。但 应 当 看 到，我 国 钢 铁 行 业 在 实 现 高 质 量 发 展方 面，还 面 临 质 量 效 益 有 待 提 升、节 能 绿 色 低 碳 刚 性 约 束 日 趋 强 化、本 质 安 全 压 力 大 等 挑 战。我 国 钢 铁 行 业 已 初 步 具 备 较 好 的 自 动 化 和 信 息 化 基 础。钢 铁 行业 作 为 我 国 国 民 经 济 支 柱 性 产 业，历 来 重 视 与 先 进 制 造 技 术 和 信 息技 术 的 结 合 发 展，已 形 成 了 较 为 完 备 的 自 动 化、信 息 化 体 系 架 构，如 主 工 序 装 备 实 现 了 较 好 水 平 的 自 动 化 控 制，E R P、M E S 解 决 方 案 已经 普 遍 应 用 于 大 型 钢 企 等，生 产、管 理、供 应 链 等 流 程 初 步 实 现 了工 序 衔 接 和 数 据 贯 通，有 效 支 撑 了 钢 铁 行 业 实 现 大 批 量、标 准 化 和成 本 可 控 的 生 产 运 营。根 据 中 国 两 化 融 合 发 展 数 据 地 图（2 0 1 8）统 计 显 示，2 0 1 8 年 钢 铁 行 业 两 化 融 合 指 数 达 到 5 1.2，关 键 工 序 数 控化 率 达 到 6 8.7%，应 用 电 子 商 务 的 企 业 比 例 超 过 5 0%，业 中 处 于 相对 较 高 水 平。“十 三 五”以 来，我 国 主 要 钢 铁 企 业 装 备 达 到 了 国 际 先 进 水 平，智 能 制 造 在 钢 铁 生 产 制 造、企 业 管 理、物 流 配 送、产 品 销 售 等 方 面应 用 不 断 加 强，关 键 制 造 工 艺 流 程 的 数 控 化 率 超 过 6 5%，企 业 资 源计 划（E R P）装 备 率 超 过 7 0%，信 息 化 程 度 得 到 了 跨 越 式 发 展。中 国2是 钢 铁 大 国，但 距 离 钢 铁 强 国 还 有 很 长 一 段 距 离，主 要 差 距 体 现 在以 下 方 面：一 是 发 展 不 均 衡：目 前 我 国 钢 铁 工 业 机 械 化、电 气 化、自 动 化、信 息 化 并 存，不 同 企 业 发 展 差 异 大，宝 钢 等 先 进 企 业 已 达 工 业 3.0阶 段，并 向 工 业 4.0 探 索 迈 进，但 还 有 大 批 钢 企 仍 然 处 于 工 业 2.0阶 段。同 时 钢 企 内 部 不 同 产 线 间 的 先 进 性 也 差 异 巨 大，个 别 分 厂 或产 线 实 现 了 远 程 化 无 人 化 作 业，而 绝 大 部 分 仍 然 大 量 依 靠 人 力。二 是 行 业 基 础 薄 弱：智 能 制 造 整 体 处 于 起 步 阶 段，智 能 制 造 的标 准、软 件、信 息 安 全 基 础 薄 弱，缺 少 行 业 标 准，共 性 关 键 技 术 亟待 突 破。三 是 投 资 回 报 率 难 以 量 化，智 能 化 尚 未 成 为 主 要 生 产 模 式：伴随 着 人 工 成 本 的 不 断 加 大，企 业 员 工 对 作 业 环 境 和 劳 动 舒 适 感 尊 崇感 诉 求 的 不 断 提 升，远 程 化 自 动 化 生 产 的 需 求 和 趋 势 愈 加 明 显 和 迫切。四 是 核 心 知 识 产 权 掌 控 不 足，原 始 创 新 应 用 比 例 不 高：在 研 发方 面 尚 未 形 成 以 产 学 研 深 度 融 合 的 技 术 创 新 体 系，原 始 创 新 研 发 积极 性 不 高，政 策 扶 持 力 度 有 待 加 强。（二）钢 铁 行 业 数 字 化 转 型 的 目 标智 能 制 造 具 有 很 长 的 产 业 链，上 游 通 过 智 能 设 备 实 现 工 业 大 数据 的 收 集，再 通 过 中 游 工 业 互 联 网 平 台 进 行 数 据 处 理，才 能 在 下 游企 业 中 进 行 应 用。而 随 着 科 技 的 发 展，5 G、边 缘 计 算、大 数 据、工业 人 工 智 能 和 数 字 孪 生 等 新 一 代 D I C T 技 术 也 会 逐 渐 成 为 钢 铁 行 业 数字 化 转 型 的 关 键 技 术，伴 随 着 产 业 重 组 和 技 术 变 革，正 在 发 生 以 下变 化：31.产 业 重 组、淘 汰 落 后 产 能，带 来 数 字 化 新 型 钢 厂 需求 兼 并 重 组：国 务 院 4 6 号 文 件 关 于 推 进 钢 铁 产 业 兼 并 重组 处 置 僵 尸 企 业 的 指 导 意 见 是 钢 铁 业 去 过 剩 产 能、结 构 优 化 调 整的 顶 层 设 计 方 案。指 导 意 见 设 定 的 总 目 标 是，到 2 0 2 5 年，中 国钢 铁 产 业 6 0%7 0%的 产 量 将 集 中 在 1 0 家 左 右 的 大 集 团 内,而 2 0 1 8年 C R 1 0 只 有 3 5%，兼 并 重 组 将 加 速；产 能 置 换：2 0 1 8 年 钢 铁 行 业 产 能 置 换 实 施 办 法 中 明 确 指出，京 津 冀、长 三 角、珠 三 角 等 环 境 敏 感 区 域 置 换 比 例 必 须 不 低 于1.2 5:1，其 他 区 域 按 减 量 置 换 实 施。2.节 能 减 排、绿 色 发 展 带 来 智 慧 产 线 升 级 改 造 需 求 节 能：十 三 五 期 间 能 源 消 耗 总 量 下 降 1 0%；吨 钢 综 合 能 耗 下降 1 2 千 克 标 煤；减 排：十 三 五 期 间 污 染 物 排 放 总 量 下 降 1 5%；吨 钢 二 氧 化 硫排 放 量 下 降 0.1 7 千 克。3.智 能 升 级，带 来 5 G+云+A I 精 细 化 运 营 管 理 需 求 柔 性 制 造：快 速 生 产 多 品 种、小 批 量、高 质 量 的 产 品；智 能 制 造：到 2 0 2 0 年 底，钢 铁 智 能 制 造 示 范 点 超 过 1 0 0 0 家；4 研 发 投 入：2 0 2 0 年 研 发 投 入 占 主 营 业 务 收 入 比 重 提 高 至 1.5%以 上，产 品 质 量 和 高 端 产 品 供 给 能 力 显 著 提 升。4.钢 铁 行 业 工 业 数 字 化 转 型 投 资 将 达 1 2 4 0 亿 元工 业 互 联 网 给 以 I S A-9 5 为 代 表 的 传 统 制 造 体 系 带 来 了 数 字 化、网 络 化 和 智 能 化 赋 能 与 升 级。一 是 强 化 传 统 产 业 产 品 的 数 字 化 功 能，如 为 工 业 装 备 提 供 了 数 据 采 集、传 输 和 分 析 能 力，形 成 工 业 数 字 化装 备 产 业；二 是 创 新 融 合 技 术 下 的 新 型 产 品，如 工 业 互 联 网 平 台、工 业 边 缘 计 算 等 近 年 来 蓬 勃 发 展，有 望 成 为 未 来 关 键 新 兴 产 业。中 国 互 联 网 发 展 报 告（2 0 2 2）（以 下 简 称“报 告”）显 示，2 0 2 1 年，我 国 数 字 技 术 产 业 体 系 不 断 完 善，工 业 互 联 网 应 用 场 景 不断 丰 富，2 0 2 1 年，我 国“5 G+工 业 互 联 网”在 建 项 目 超 过 1 8 0 0 个，工 业 互 联 网 产 业 规 模 持 续 快 速 增 长。2 0 2 1 年 我 国 工 业 互 联 网 核 心 产业 规 模 达 到 1 0 7 4 9 亿 元，增 速 1 8.1%。工 业 互 联 网 体 系 化 发 展 取 得显 著 成 效，逐 步 成 为 国 民 经 济 增 长 的 重 要 支 撑。在 2 0 2 3 全 球 工 业 互联 网 大 会 上，中 国 工 业 互 联 网 研 究 院 发 布 的 工 业 互 联 网 创 新 发 展报 告（2 0 2 3 年）（以 下 简 称“报 告”）显 示，当 前 我 国 工 业 互 联网 已 经 从 起 步 探 索 阶 段 转 向 快 速 推 进 阶 段，产 业 规 模 超 1.2 万 亿 元。5.钢 铁 行 业 工 业 数 字 化 转 型 路 径 钢 铁 工 业 调 整 升 级 规 划（2 0 1 6-2 0 2 0 年）显 示，要 将 创 新驱 动、智 能 制 造 和 服 务 型 制 造 三 者 有 机 结 合 起 来，推 进 钢 铁 工 业 有效 供 给 水 平 的 提 高。一 是 提 高 自 主 创 新 能 力。“十 三 五”期 间 要 支持 现 有 科 技 资 源 充 分 整 合，实 施 产 学 研 用 相 结 合 的 创 新 模 式，在 钢5铁 领 域 建 设 国 家 级 创 新 平 台、国 家 技 术 创 新 示 范 企 业、国 家 新 型 工业 化 产 业 示 范 基 地。二 是 发 展 智 能 制 造。要 通 过 重 点 培 育 流 程 型 智能 制 造、网 络 协 同 制 造、大 规 模 个 性 化 定 制、远 程 运 维 四 种 智 能 制造 新 模 式 的 试 点 示 范，总 结 出 钢 铁 工 业 智 能 制 造 的 发 展 路 径。三 是推 动 服 务 型 制 造。钢 铁 企 业 要 通 过 早 期 介 入 用 户 超 前 需 求、后 期 跟踪 改 进 等 模 式，主 动 由 制 造 商 向 服 务 商 转 变，由 单 纯 的 提 供“产 品”向“产 品+一 揽 子 解 决 方 案”转 变，不 仅 满 足 用 户 当 前 需 求，还 要 创造 和 引 领 未 来 需 求，实 现 上 下 游 共 赢。（三）钢 铁 行 业 智 能 制 造 电 磁 环 境 分 析 的 必 要 性随 着 5 G 网 络 逐 步 广 泛 地 引 入 到 钢 铁 智 能 制 造 领 域，可 靠 稳 定 的无 线 网 络 逐 步 替 代 部 分 有 线 连 接 成 为 发 展 趋 势，在 做 出 这 种 历 史 性跨 越 之 前，必 须 解 决 无 线 网 络 的 可 靠 性 与 稳 定 性。但 是，与 商 用 和民 用 无 线 通 信 的 环 境 相 比，工 业 无 线 通 信 电 磁 环 境 更 加 特 殊 和 复 杂，这 对 于 无 线 通 信 的 信 号 传 播 有 很 大 的 影 响。从 信 息 论 的 角 度 看，无线 通 信 传 输 效 率、质 量 及 应 用 效 果 主 要 受 两 个 因 素 制 约：一 是 传 输链 路 的 信 噪 比，二 是 传 输 信 道 特 征。移 动 无 线 通 信 系 统 的 传 输 速 率和 传 输 质 量 最 终 都 要 受 到 无 线 信 道 和 噪 声 的 制 约。只 有 在 充 分 研 究和 了 解 所 设 计 系 统 的 信 道 和 噪 声 特 性 后，才 能 采 取 与 之 相 适 应 的 各种 物 理 层 技 术，如 最 佳 的 调 制 方 式 和 编 码 交 织 方 式、均 衡 器 的 设 计，或 者 M I M O、O F D M 系 统 中 的 天 线 配 置 选 择 和 子 载 波 分 配 等，从 而 充 分挖 掘 该 系 统 的 容 量，并 进 一 步 优 化 系 统 的 性 能。无 线 信 道 模 型 是 人 们 对 无 线 传 播 环 境 及 其 传 播 特 性 的 一 个 抽 象的 描 述，无 线 信 道 的 传 播 特 性 是 构 建 移 动 无 线 通 信 系 统 的 基 础，其在 无 线 通 信 系 统 从 设 计 评 估 到 标 准 化 以 至 到 最 终 部 署 的 各 个 环 节 中，6都 有 重 要 的 作 用：（1）当 新 的 无 线 传 输 技 术 和 理 论 被 提 出 时，往 往使 用 信 息 论 工 具 进 行 推 导 验 证，从 而 为 新 技 术 提 供 理 论 依 据、性 能极 限。（2）在 无 线 传 输 技 术 研 究、设 计 以 及 标 准 化 阶 段，都 需 要 对各 种 候 选 方 案 进 行 性 能 评 估。评 估 阶 段 所 使 用 的 信 道 模 型 的 准 确 性与 否 直 接 决 定 了 仿 真 结 果 的 可 靠 性、准 确 性。因 此 在 移 动 通 信 技 术的 评 估 过 程 中，各 个 标 准 化 组 织 非 常 重 视 评 估 信 道 模 型 的 标 准 化 工作。在 实 际 的 无 线 通 信 系 统 的 部 署 中，需 要 根 据 实 地 无 线 传 播 环 境进 行 网 络 规 划、容 量 优 化、盲 区 覆 盖 等 工 作。准 确 的 信 道 模 型（特别 是 路 径 损 耗 和 阴 影 衰 落 模 型）可 以 使 网 络 部 署 规 划 的 工 作 更 加 准确 和 有 效，从 而 提 升 无 线 网 络 的 覆 盖 能 力。从 传 输 链 路 信 噪 比 来 看，在 常 规 无 线 通 信 信 噪 比 的 定 量 使 用 中，通 常 使 用 加 性 高 斯 白 噪 声，即 噪 声 的 功 率 谱 是 一 个 常 数。钢 铁 厂 存 在 大 量 的 金 属 框 架，无 线 设 备 在 发 射、传 播 和 接 收 过程 中 很 容 易 受 到 衰 减 和 屏 蔽。工 业 环 境 中 大 型 设 备 的 密 度、金 属 类器 材 与 材 料 的 密 度 以 及 各 种 传 播 阻 碍 物 的 数 量，对 于 无 线 通 信 信 号的 传 输 至 关 重 要。轧 机、机 械 臂 等 金 属 障 碍 物 会 对 电 波 传 输 损 耗 造成 影 响；金 属 设 备 在 电 波 传 播 中 会 形 成 较 强 的 镜 面 反 射 和 散 射，从而 产 生 更 多 强 度 较 大 的 多 径 分 量；工 业 自 动 化 中 的 机 械 臂 转 动、机器 人 运 输 移 动 等 运 动 因 素 会 让 无 线 信 道 同 时 具 有 时 变 特 性，这 些 特殊 的 信 道 特 征 都 将 对 信 号 传 输、网 络 性 能 产 生 影 响。因 此，需 要 对 典 型 钢 铁 工 厂 场 景 的 电 磁 环 境 进 行 分 析 研 究，了解 干 扰 源 的 噪 声 特 性，并 根 据 实 际 的 生 产 环 境、特 点 以 及 工 业 性 质来 提 取 无 线 信 道 的 参 数，从 而 进 一 步 规 划 通 信 频 段，指 导 建 网，支7撑 无 线 技 术 的 空 口 设 计，性 能 评 估 和 优 化 等，更 好 地 保 障 钢 铁 金 属智 能 制 造 工 厂 无 线 通 信 应 用 在 智 能 制 造 领 域 可 靠 性，推 动 行 业 发 展。（四）钢 铁 智 能 制 造 厂 无 线 电 磁 环 境 关 键 应 用 场 景通 过 深 化 5 G、大 数 据、人 工 智 能 等 新 一 代 信 息 技 术 在 生 产 全 流程 的 应 用 力 度，全 面 提 升 钢 铁 行 业 生 产 操 作 与 生 产 管 理 的 智 能 化 水平，实 现 生 产 智 能 管 控 和 运 营 智 慧 决 策，打 造 全 流 程 动 态 优 化 和 精准 决 策 的 生 产 模 式。（1）生 产 过 程 优 化。钢 铁 行 业 生 产 制 造 工 序 多、工 艺 复 杂，传统 生 产 过 程 的 人 力 与 经 验 依 赖 较 为 严 重。基 于 工 业 互 联 网 改 变 各 工序 原 有 运 转 模 式：一 是 在 生 产 环 境 危 险 系 数 较 高、人 员 劳 动 量 较 大的 场 景 实 现 机 器 换 人；二 是 通 过 先 进 传 感 技 术 实 现 人 员 状 态、设 备状 态、物 料 状 态、环 境 状 态 与 其 他 工 况 的 监 控 分 析；三 是 通 过 将 数据 建 模 与 机 理 建 模 结 合，全 面 实 现 工 序 控 制 优 化，典 型 场 景 有 原 料场 监 控、自 动 作 业、料 堆 三 维 测 控、智 能 调 度 等。（2）工 序 协 同 优 化。钢 铁 生 产 工 序 流 程 长，各 工 序 生 产 过 程 差异 较 大，围 绕 工 序 协 同 场 景，基 于 工 业 互 联 网 建 立 各 类 型 集 控 中 心，可 带 来 两 大 方 面 应 用 创 新，一 是 各 工 序 内 部 协 同，基 于 集 成 化 平 台系 统 实 现 铁、钢、轧 等 主 要 工 序 内 部 多 环 节、多 业 务 的 协 同 优 化，主 要 包 含 炼 铁 工 序 协 同、炼 钢 工 序 协 同、轧 钢 工 序 协 同 等。二 是 跨工 序 协 同，利 用 钢 铁 工 艺 流 程 优 化 界 面 技 术，打 通 相 邻 工 序 间 的P C S 6、M E S、E R P 等 系 统，实 现 跨 工 序 的 一 体 化 作 业 计 划 与 生 产管 控，主 要 包 含 铁 钢 界 面 优 化、铸 轧 界 面 优 化。（3）能 源 管 控。钢 铁 行 业 是 高 耗 能 行 业，能 源 管 控 是 钢 铁 企 业重 要 业 务 之 一，围 绕 这 一 场 景，工 业 互 联 网 可 带 来 五 大 方 面 应 用 创8新，一 是 能 源 监 控，通 过 5 G 等 先 进 网 络 实 时 采 集 能 耗 数 据，实 现全 方 位 的 用 能 情 况 感 知。二 是 能 源 诊 断 分 析，利 用 分 析 模 型 对 能 源数 据 进 行 深 度 挖 掘，对 用 能 合 理 性 进 行 诊 断 分 析，为 能 源 管 理 决 策提 供 支 撑。三 是 能 源 计 划，通 过 平 台 集 成 E R P、M E S 等 系 统 内 生 产 计划 及 设 备 定 检 修 计 划，根 据 能 源 用 户 需 求，借 助 平 衡 计 算 公 式，实现 各 类 能 源 介 质 供 需 计 划 的 灵 活 制 定，有 效 提 升 用 能 合 理 程 度。四是 能 源 预 测，通 过 用 能 计 划、设 备 定 修 计 划 等 信 息，构 建 能 源 消 耗预 测 模 型，开 展 能 源 中 长 期 预 测 和 基 于 数 据 驱 动 的 能 源 实 时 动 态 预测，为 能 源 优 化 调 度 提 供 决 策 支 撑。五 是 智 能 化 能 源 调 度，基 于 用能 情 况、生 产 实 际、能 源 价 格 等 建 立 优 化 调 度 模 型，结 合 能 源 预 测等 数 据，开 展 多 能 量 流 协 同 管 控，实 现 全 1 5 局 能 源 动 态 平 衡 与 优 化调 度，保 障 供 能 平 稳、高 效。（4）设 备 管 理。钢 铁 生 产 流 程 连 续 性 强，设 备 性 能 劣 化 及 设 备故 障 将 对 产 品 质 量 与 生 产 稳 定 性 造 成 影 响。围 绕 设 备 管 理 场 景，工业 互 联 网 可 带 来 三 大 方 面 应 用 创 新，一 是 在 线 健 康 监 测，通 过 在 生产 过 程 中 采 集 设 备 实 时 运 行 数 据，结 合 人 工 诊 断 专 家 规 则 库，实 现设 备 健 康 状 态 全 方 位 监 测。二 是 预 测 性 维 护，结 合 设 备 历 史 运 行 数据，通 过 机 器 学 习 等 技 术 建 立 设 备 健 康 模 型，对 设 备 当 前 运 行 数 据进 行 深 度 分 析，实 现 对 设 备 故 障 智 能 化 预 警，并 及 时 进 行 针 对 性 维护。三 是 智 能 故 障 分 析，在 设 备 发 生 故 障 后，结 合 专 家 故 障 库 对 设备 运 行 数 据 进 行 分 析，找 到 故 障 原 因，提 升 设 备 运 维 效 率。（5）质 量 管 理。钢 铁 生 产 工 序 较 长，质 量 管 控 难 度 大，围 绕 质量 管 控 场 景，工 业 互 联 网 可 带 来 三 方 面 应 用 创 新，一 是 生 产 前 质 量缺 陷 预 分 析 及 报 警，基 于 前 工 序 及 历 史 多 维 质 量 数 据，使 用 大 数 据分 析 在 线 及 离 线 分 析 技 术 及 各 类 专 业 规 则 模 型，可 实 现 生 产 缺 陷 的9提 前 预 知。二 是 生 产 中 主 要 工 艺 参 数 实 时 在 线 监 控，通 过 广 泛 采 集生 产 全 流 程 质 量 数 据，结 合 大 数 据 分 析，可 实 现 生 产 过 程 中 对 产 品质 量 状 态 的 快 速 感 知。三 是 产 品 质 量 动 态 改 进，通 过 建 设 质 量 工 艺动 态 设 计 优 化 模 型、在 线 判 定 模 型、自 动 处 置 模 型，对 生 产 操 作 参数 及 时 调 整 以 改 善 产 品 质 量。（6）安 全 管 理。钢 铁 企 业 生 产 由 于 特 殊 的 生 产 条 件 和 工 艺，往往 具 有 较 多 的 安 全 隐 患，围 绕 安 全 管 理 场 景，工 业 互 联 网 可 带 来 三方 面 应 用 创 新，一 是 标 准 化 安 全 管 理，以 安 全 生 产 法、安 全 生 产 标准 化 等 为 依 据，构 建 基 于 工 业 互 联 网 的 标 准 化 安 全 管 理 系 统，通 过固 化 流 程 提 升 安 全 管 理 工 作 标 准 化 水 平。二 是 生 产 现 场 安 全 态 势 感知 与 预 警，基 于 地 图 整 合 安 全 风 险 分 布、重 大 危 险 源、异 常 监 测 信号 等 信 息 全 方 位 展 现 安 全 生 产 态 势，利 用 大 数 据 技 术，分 析 安 全 风险 和 隐 患 变 化 情 况，实 现 对 生 产 现 场 安 全 状 况 的 全 方 位 感 知。三 是应 急 处 理，结 合 危 险 状 态 分 析 结 果，通 过 平 台 实 现 应 急 预 案 推 荐。（7）环 保 管 理。绿 色 环 保 是 钢 铁 行 业 发 展 的 核 心 主 题 之 一，围绕 环 保 管 理 场 景，工 业 互 联 网 可 带 来 三 大 方 面 应 用 创 新，一 是 气 体污 染 物 浓 度 超 限 预 警，通 过 平 台 集 成 全 厂 污 染 物 监 测 分 析 仪 表 数 据，并 对 数 据 进 行 实 时 监 测，实 现 污 染 物 浓 度 超 限 预 警，以 支 撑 操 作 管理 人 员 进 行 及 时 处 置。二 是 环 保 质 量 评 价，通 过 建 立 不 同 维 度 的 环保 质 量 评 价 模 型，实 现 对 企 业 环 保 状 况 的 智 能 化 诊 断 分 析，针 对 性提 出 改 进 措 施 建 议。三 是 固 废 循 环 利 用 管 理 优 化，通 过 在 线 监 测 技术、智 能 分 析 技 术、协 同 平 衡 与 优 化 调 度 技 术，实 现 企 业 固 废 循 环利 用 全 方 位 监 控 和 优 化 管 控。二、钢 铁 行 业 车 间 电 磁 环 境 分 析1 0钢 铁 行 业 的 主 工 序 极 其 复 杂，根 据 物 理 化 学、热 力 学、动 力 学、传 输 原 理 和 反 应 工 程 以 及 金 属 学 等 基 本 原 理，从 矿 石 中 提 取 金 属，经 精 炼，再 用 各 种 加 工 方 法 制 成 具 有 一 定 性 能 的 钢 铁 材 料。主 工 序包 括：炼 铁、炼 钢、连 铸、轧 钢 四 个 环 节，一 般 对 应 厂 区 有 炼 铁 厂、炼 钢 厂、厚 板 厂、热 轧 厂、冷 轧 厂 等，各 个 车 间 有 大 量 生 产 设 备，在 大 功 率 及 各 种 复 杂 工 况 下，不 可 避 免 地 产 生 各 种 各 样 的 电 磁 噪 声；厚 板 厂 内 部 具 有 复 杂 的 钢 制 建 筑 结 构，内 部 分 布 众 多 生 产 设 备、原材 料 和 钢 材，使 得 厂 房 内 的 信 道 环 境 较 为 复 杂，同 时 具 备 电 弧 炉、变 频 器、强 磁 设 备 运 行，作 为 钢 铁 行 业 的 电 磁 环 境 调 研 重 点 来 展 开。（一）钢 厂 车 间 电 磁 噪 声 特 性 分 析钢 厂 四 个 环 节 存 在 一 些 显 著 的 干 扰 源，比 如 各 车 间 大 功 率 电 力电 气 设 备、变 频 器、炼 钢 车 间 的 电 炉、连 铸 车 间 的 电 磁 搅 拌 工 艺、强 电 磁 吸 吊 设 备 等。1.车 间 电 磁 噪 声 源炼 钢 生 产 流 程 可 分 为 转 炉 炼 钢 和 电 炉 炼 钢。电 炉 是 采 用 电 能 作为 热 源 进 行 炼 钢 的 炉 子 的 统 称，一 般 来 说 有 利 用 电 阻 热 原 理 的 电 渣重 熔 炉，利 用 电 磁 感 应 原 理 的 感 应 熔 炼 炉，依 靠 电 子 碰 撞 原 理 的 电子 束 炉，利 用 等 离 子 弧 原 理 的 等 离 子 炉，以 及 利 用 高 温 电 弧 原 理 的电 弧 炉 等 几 种 炼 钢 的 电 炉。目 前，世 界 上 电 炉 炼 钢 主 要 是 指 电 弧 炉炼 钢。以 废 钢 为 原 料 和 以 三 相 交 流 电 作 电 源 的 电 炉 炼 钢，是 靠 电 流通 过 石 墨 电 极 与 金 属 料 之 间 放 电 产 生 电 弧，使 电 能 在 弧 光 中 转 变 为1 1热 能，借 助 辐 射 和 电 弧 的 直 接 作 用 来 加 热、熔 化 炉 料，冶 炼 出 各 种成 分 的 钢 和 合 金 的 一 种 炼 钢 方 法。电 弧 炉 有 交 流 和 直 流 的，基 于 成 本 考 虑 一 般 采 用 交 流 电 弧 炉 居多。交 流 电 弧 炉 在 运 行 期 间，存 在 较 大 的 工 频 电 磁 辐 射，在 电 弧 炼钢 融 化 期 间，经 常 由 于 塌 料 引 起 电 弧 炉 短 网 系 统 上 的 电 流 波 动，产生 较 多 的 高 频 电 磁 辐 射 分 量，使 得 电 弧 炉 炼 钢 厂 的 电 磁 环 境 相 当 复杂，经 相 关 文 献 研 究 结 果，炉 体 周 围 的 工 频 电 磁 感 应 强 度 大 大 超 过了 5 0 0 u T。超 高 功 率 对 电 网 也 造 成 了 严 重 的 电 磁 污 染，如 电 弧 电 流急 剧 变 化，引 发 强 烈 的 无 功 冲 击 导 致 电 压 快 速 波 动 和 闪 烁，频 率 一般 在 0.1-3 0 H z 之 间。同 时 由 于 运 行 导 致 的 三 相 不 平 衡 或 非 线 性 等 问题 会 产 生 严 重 的 谐 波 电 流，主 要 包 括 2-7 次 谐 波。这 些 复 杂 的 电 磁现 象，不 仅 对 人 体 更 对 周 围 的 电 气 电 子 设 备 产 生 严 重 的 电 磁 干 扰。现 代 电 弧 炉 已 经 成 为 一 个 低 成 本 的 快 速 熔 炼 设 备，以 电 弧 炉 为 核 心的 短 流 程 炼 钢 工 艺 也 成 为 现 代 炼 钢 生 产 两 大 流 程 之 一，正 朝 着 低 成本、低 消 耗、高 效 率、高 质 量、环 保 型 的 方 向 发 展。但 国 内 由 于 电价 高 和 其 他 废 钢 分 拣 技 术 等 问 题，目 前 主 要 还 是 转 炉 炼 钢 为 主。随着 碳 达 峰、碳 中 和 等 目 标 的 落 地，电 炉 炼 钢 更 被 提 倡，减 少 碳 排 放和 污 染 的 电 炉 炼 钢 将 会 逐 渐 成 为 大 趋 势，因 此 电 炉 炼 钢 引 起 的 复 杂电 磁 环 境 效 应 值 得 关 注。连 铸 生 产 工 艺 中 的 电 磁 搅 拌 是 提 高 铸 坯 产 品 质 量 的 重 要 工 艺 手段，它 通 过 周 期 电 磁 场 搅 拌 结 晶 器 内 的 钢 水，提 升 铸 坯 表 面 质 量，减 少 缺 陷。该 装 置 工 作 时 周 围 产 生 强 大 电 磁 场，干 扰 周 边 控 制 设 备，无 法 正 常 生 产，必 须 通 过 配 套 的 抗 干 扰 手 段，保 证 生 产 控 制 设 备 在电 磁 搅 拌 干 扰 条 件 下 稳 定 运 行。同 样，在 厚 板 厂 类 似 强 电 磁 吸 吊 等1 2大 型 起 吊 设 备 周 围，都 可 能 存 在 较 强 磁 场 干 扰，部 署 相 关 无 线 通 信系 统 及 终 端 设 备 时，需 要 详 细 评 估。另 外，钢 厂 中 存 在 强 电 电 路 和 强 电 设 备 所 形 成 的 恶 劣 的 电 磁 环境，特 别 是 变 频 器 大 量 应 用 后，产 生 日 益 复 杂 和 严 重 的 电 磁 环 境 和电 磁 干 扰 问 题。变 频 器 由 主 回 路 采 用 半 控（晶 闸 管 器 件）不 可 控 器件（二 极 管）及 全 控 器 件（I G B T）等 功 率 器 件 在 导 通 或 关 断 过 程 中产 生 较 高 d i/d t、d v/d t，与 主 回 路 中 的 分 布 参 数 作 用，将 产 生 差 模噪 声 和 共 模 噪 声。另 外 变 频 器 的 逆 变 器 大 多 采 用 P W M 技 术，由 于P W M 逆 变 器 固 有 的 脉 冲 特 性 造 成 了 逆 变 器 输 出 很 高、不 平 衡 的 瞬 时电 压，产 生 很 大 的 共 模 电 压，在 动 力 电 缆 形 成 干 扰 电 流，影 响 到 相关 电 子 设 备 工 作。2.车 间 基 站 电 磁 兼 容 性 分 析电 磁 兼 容 性 分 析，首 先 要 进 行 环 境 电 磁 场 测 量，根 据 不 同 频 率及 噪 声 源 的 电 场、磁 场 特 点，会 用 到 不 同 的 测 量 仪 器 和 天 线 探 头，如 采 用 对 数 周 期 天 线、高 频 喇 叭 天 线，宽 频 或 选 频 探 头 等（参 见 表2.1）。表 2.1 常用电磁场测量设备设备名称 型号 技术参数 品牌磁场测量仪器 ELT 400 测试范围：1kHz400kHz Narda电磁辐射测量仪 NBM-550 EF0391 测试范围：100kHz3GHz Narda1 3电场测量 EF5091 测试范围：300MHz50GHz Narda磁场测量 EHP-50F 测试范围：1kHz400kHz Narda基 于 上 节 对 电 磁 噪 声 源 特 性 理 论 分 析，在 对 应 噪 声 源 附 近 不 同位 置 处，且 在