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1、 1 智慧电厂人员定位解决方案 北京华星北斗智控技术有限公司 2019 年 1 月 2 目录 1 目前智慧电厂的需求和问题 4 1 1 智慧电厂的需求 4 1 2 问题总结 4 1 3 未来的发展趋势 5 2 目前的定位技术状况 6 2 2 方案优势 7 2 3 UWBLOC 优势 9 3 成功案例 10 3 1 项目需求分解 18 3 1 1 区域及人数 18 3 1 2 厂区应实现立体定位 18 3 1 3 安装要求 18 3 1 4 准确识别 18 3 1 5 SOS 报警 18 3 1 6 无干扰要求 18 3 1 7 软件功能要求 18 3 1 8 接口要求 19 3 1 9 系统要
2、求 19 3 2 系统整体设计 19 3 2 1 设计理念 19 3 3 系统架构图 20 3 3 3 1 基站部署 21 3 3 2 网络架构图 23 3 3 3 设备供电系统图 23 3 3 4 系统组成 24 3 3 5 系统功能及支持 24 4 硬件介绍 26 4 1 定位基站室内型 26 4 2 定位基站室外型 29 4 3 定位标签工牌型 32 4 4 定位标签安全帽型 35 4 1 目前智慧电厂的需求和问题目前智慧电厂的需求和问题 1 1 1 1 智慧电厂的需求智慧电厂的需求 2015 年政府工作报告突出了互联网在经济结构转型中的重要地位 报告明 确指出 要制定 互联网 行动计划
3、 推动移动互联网 云计算 大数据 物联 网等与现代制造业结合 促进电子商务 工业互联网和互联网金融健康发展 报 告引发了各行各业对互联网行业的极大关注 未来产业与互联网的融合将贯穿相 关行业业务的主线 工业互联网技术特别是移动互联网技术发展迅速 但发电行业至今还没有找 到与最新的互联网技术进行融合的有效途径 因此电厂从工业 3 0 升级为 4 0 作为底层数据提供者的物联网就成了首要 解决的问题 除了传统的传感器外 智慧电厂同样注重资产 人员智能化的管理 提高生 产效率的同时也注重作业人员的人身安全 1 2 1 2 问题总结问题总结 针对目前电厂人员实时管理方面存在难点做以下几点总结 1 安全
4、隐患高 由于电厂是一个较为高危的工作场景 误操作导致的人员伤亡事故时有发生 如何有效预防 成了关系电厂员工人身安全的头等大事 2 难定人 人员实际位置无法实时掌握 到岗时间无法准确获知 管控效率很难得到提 升 3 难巡检 传统的巡检情况完全取决于巡检人员的个人经验和责任心 监控上存在真空 区 5 巡检到位确认方式不科学 易被修改且无电子化管理 巡检结果无法监督和保障 巡检过程中 漏检 错检时有发生 现场发生异常时 无法直接快速的对现场作业进行指导 纸面作业繁杂耗时 记录难以辨认 且数据无法有效分析 难以对历史记录进行追溯和审核 难以在巡检中实现预测性维护 进而对具有潜在问题的设备或状况制定特殊
5、 的应对策略 4 难保障 在人员巡检的过程中 一些特殊区域很难保障到人员的安全 需要很长时间 才能找到人员所处的位置并实时救援 如何改变目前电厂对现场工作人员 资产落后的管理模式 如何实现管理的 现代化 信息化已成为所有化工业企业重点关心的问题 而通过对人员的精确定 位 可以为后期精细化管理提供基础数据 1 3 1 3 未来的发展趋势未来的发展趋势 在信息化技术和自动化技术迅速发展的今天 电厂的信息化统一管理 自动 化生产的持续进行以及利用物联网技术预知 防范 杜绝安全事故的发生是趋势 所向 管控住人的 不安全行为 是一切安全管理工作的基础 电厂人员定位和 管理是重中之重 目前电厂人员定位系统
6、在国外的一些电厂都得到了很好的应用 大大提高了 电厂生产作业的安全环境 并且极大程度地降低管理成本 中国的本土电厂 应 当紧随世界先进同行的管理脚步 努力完善自身的管理系统 在迈向工业智能化 上不遗余力 6 2 目前的定位技术状况目前的定位技术状况 2 1 常用定位技术比较 为了真正意义上建立一套完整的 3 维电厂管控平台 实现对人 物的精确 管控 就需要为智慧电厂管理平台建设一套可提供位置服务的定位系统 这套定 位系统的整体精度决定了管控的准确性与时效性 同时也决定了基于位置数据分 析的可靠性与实用性 因此选择一种精度高又易于实现的定位系统尤为重要 1 Wi i Fi 技术 Wi Fi 定位
7、应用采用在区域内安置无线基站 根据待定位 Wi Fi 设备的信 号特征 结合无线基站的拓扑结构 综合确定待定位 Wi Fi 设备的坐标 Wi Fi 定位技术便于利用现有的无线设备实现定位功能 但由于 Wi Fi 的 安全性较 差 功耗较高 频谱资源已趋近饱和 因此 不利于终端设备的长期携带和 电厂区内的大规模应用 2 射频识别技术 它是利用电磁感应原理 通过无线激发近距离无线标签 实现信息读取的技 术 射频识别距离从几厘米到十几米 RFID 用于人员定位的典型应用来自人员 考勤系统的拓展 主要进行人员是否存在于某个区域的辨识 不能做到实时跟 7 踪 并且定位应用还没有标准的网络体系 因此 对电
8、厂人员定位应用来讲 网 络建立成本和建立难度较大 3 UWB UWB Ultra Wideband 是一种无载波通信技术 利用纳秒至微秒级的非正弦 波窄脉冲传输数据 UWB 调制采用脉冲宽度在 ns 级的快速上升和下降脉冲 脉冲覆盖的频谱从直流至 GHz 不需常规窄带调制所需的 RF 频率变换 脉冲 成型后可直接送至天线发射 频谱形状可通过甚窄持续单脉冲形状和天线负载特 征来调整 UWB 信号的辐射非常低 通常只有手机辐射的千分之一 因此在工 业上应用时 其不存在对其他仪器仪表的干扰问题 其他一些定位技术的整体比较 2 2 2 2 方案优势方案优势 更具有先进性的技术 更灵活的组网方式 更高的
9、精度 更高的时效性 更高的定位容量 更好的抗干扰能力 更多的定位模式 更具有先进性的技术 UWB 原本为军方技术 直到 2002 年才被解禁进入 8 民用 该技术早年一直被欧美企业所垄断 直到近两年才被国内所关注 因为它 独特的技术特性 让它可以替代绝大多数 RFID 蓝牙 ZigBee 等技术的应用场 景 被行业认为最具先进性的射频识别及定位技术 更灵活的组网方式 UWBLOC 与常用的 RFID 蓝牙 WiFi ZigBee GPS 3G 4G 等均不存在频谱干扰 这使它与各种通信技术的混合使用成为可能 更高的精度 UWBLOC 采用了对脉冲信号到达时间的精确测量这一方式 使得接收器对发射
10、源的时间感知更为准确 因此在此基础上通过电磁传播速率与 时间就可以精确的算出发射源与接收器的距离 精度可达 5cm 后期进行精 确定位的精度可达 10 30cm 更高的时效性 UWBLOC 的脉冲发射频率是可调的 单个发射源最高可达 2000Hz 通常的 UWBLOC 定位系统中 对资产类物品定位刷新率一般选择在 0 1Hz 1Hz 对人员定位刷新率一般选择在 1Hz 5Hz 特殊场景可以更高 对 车辆定位刷新率一般选择在 5Hz 10Hz 更高的定位容量 以每张标签刷新率 1Hz 计算 单区域最多可支持 240 张 标签 全区域则不受此限制 更好的抗干扰能力 UWBLOC 的工作频段为 3
11、1 10 6GHz 且为直接脉冲 调制技术 无需载波 这与现有的一些通信技术的调制方式不同 它不会受到载 波干扰的问题 同时 UWB 的辐射功率极低 一般为手机的千分之一 所以对常 用的电子仪器仪表和通信设备不会造成干扰 更多的定位模式 UWBLOC 定位技术兼具射频识别和精确定位两种技术的 特点 所以它可以支持多种定位模式 0 维定位 0D 即我们所认知的进入检测 该定位模式一般为 RFID WiFi ZigBee 的主要定位方式 上述 3 种技术均是通过感知信号强度的方式来 判断被定位的标签是否进入感知区域 而 UWBLOC 即可以通过信号强度 又可 9 以通过精确距离来判断目标是否进入感
12、知区域 1 维定位 1D 该种定位模式一般在狭长的走廊 通道或隧道中使用 由于地形的特殊性 监管平台更多关注的是被定位目标在线型道路上的移动轨迹 2 维定位 2D 该种定位模式一般适用于大面积 开阔的室内外区域定 位 它能精准的提供被定位目标在一张平面图上所处位置的坐标 x y 与 GIS 地 图管理数据对接 3 维定位 3D 该种定位模式除了提供 x y 坐标 还提供 z 轴坐标 或楼层高度 一般适用于已有 3 维模型的管理平台 2 3 2 3 UWBLOCUWBLOC 优势优势 更为丰富的硬件选择 提供给客户的硬件全系列产品均兼容于 UWBLOC 定位系统 无论是成熟产 品 标准模块 客制
13、化模块等等 都可以用 UWBLOC 系统实现定位功能 更符合应用的产品组合 对于不同的应用场景 公司团队会在充分认知项目应用的基础上给客户提供 更准确 更合适的产品组合 更多的应用领域 UWBLOC 现已普遍用于石化 大型电厂 工厂车间 仓库管理 隧道建设 机器人导航 无人机编队 军事演习 VR 游戏等等 更良好的开发支持 上述如此多的应用更好地证明了 UWBLOC 对于应用层开发的良好支持 更专业的技术和服务团队 公司团队能为客户提供最为专业的 UWB 技术服务 方案评估 开发设计 项目支持等 10 3 成功案例成功案例 大唐姜堰电厂的人员定位项目 11 12 13 江西洪屏电站人员定位项目
14、现场安装图 14 国投钦电电厂人员定位 15 16 映秀湾电站人员定位 17 18 3 1 3 1 项目需求分解项目需求分解 3 1 1 3 1 1 区域及人数区域及人数 全厂 定位目标为所有巡检检修人员及访客 3 1 2 3 1 2 厂区应实现立体定位厂区应实现立体定位 厂区实现立体定位 需要能识别出工作人员具体位置 部分区域采用进入检 测模式 3 1 3 3 1 3 安装要求安装要求 由于厂区环境复杂 因此要求该系统具有结构灵活 网络易于建立和维护 3 1 43 1 4 准确识别准确识别 对于装置区域边缘 一般为道路 不能出现误定位 不能将装置外的人员 误定位到装置内去 3 1 5 SOS
15、3 1 5 SOS 报警报警 当人员出现危险时 按动标签自带 SOS 报警 可将及时地将报警信息发送 至管理平台 3 1 6 3 1 6 无干扰要求无干扰要求 系统不能影响厂区内的电子仪表 无线对讲系统的正常使用 3 1 7 3 1 7 软件功能要求软件功能要求 主要功能包括 区域人数分析 人员位置坐标 人员历史轨迹回放 报警记 录等功能 19 3 1 8 3 1 8 接口要求接口要求 由于保密性要求 系统必须采用纯内网接口数据采集的方式 不得访问外网 或被外网访问 3 1 9 3 1 9 系统要求系统要求 由于系统为安全生产管理提供数据支撑 因此要求 7 24h 不间断工作 3 2 3 2
16、系统整体设计系统整体设计 3 2 1 3 2 1 设计理念设计理念 电厂的主体是现场工作人员 管理的核心是人 安全管理关键也在人 利用 先进的人员定位系统 可以有效地加强对现场施工人员 技术人员的安全管理 实时定位现场人员 直观及时地反映厂区内的作业情况 人员状况 提高人员安 全保障的力度及效率 是人员安全监控管理的有力工具 3 2 2 设计原则 整个系统方案的设计贯穿以下原则 先进性 整个系统选型 软硬件设备的配置均应符合物联网要求 采用先进的 UWB 5 8G WiFi 技术 现场定位精确至楼层 领先同类产品 稳定性 网络的稳定性对系统的可用性和使用率来说至关重要 特别在现场复杂环境 中有很多因素都会影响无线网络的稳定性 因此采用的硬件设备同时支持无线组 网和高速以太网 为网络高可用性提供有力保障 开放性 系统中的硬件设备均采用标准接口 便于第三方设备的接入 网络设备遵从 国际 国内标准 使网络具有开放性和兼容性 本方案所选用的产品均能够与当 前网络设备兼容或提供相应接口 20 低成本 系统可以充分利用无线 以太网的组网方式 在复杂的环境中具有灵活的安 装方式 大大降低了实施和维护
