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基于5G软件定义钢铁工业控制系统的设计与实现
王军生 1，刘佳伟 2，孙瑞琪 1，张岩 1，吴晓宁 2，秦大伟 1
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摘 要
钢铁领域的设备控制通常由可编程逻辑控制器(PLC)执行。随着工业智能化改造深入推进，基于硬件的PLC已无法满足智能制造的需求。为此，提出一种基于5G云架构的软件定义控制系统，对软件定义PLC控制系统的系统架构、5G通信 络、云平台进行深入研究，并通过实际场景对云化软件定义PLC控制的可行性进行验证。实际应用结果证明，该系统满足对工业厂区控制系统的高性能接入、传输、计算、存储的需求，实现了工业自动化生产全流程统一云化管控的能力。
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关 键 词
5G； 移动边缘计算； 云化PLC； 钢铁工业； 控制系统； 智能制造
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引 言
钢铁工业是国民经济的重要基础原材料产业，经过几十年的快速发展，中国是已成为全球第一钢铁生产大国，2021年中国钢产量达到10.3亿t，占世界钢产总量的52.8％。时至今日，中国钢铁产业的科技创新体系日趋完善，装备现代化水平不断提升，新技术、新工艺的应用为强化科技创新引领起到了决定作用。目前，新一代信息技术带来的产业革命正推动着制造业的质量变革、效率变革和动力变革，而中国钢铁行业的产能扩张周期基本结束，未来将以产业结构升级为主要发展方向。智能制造是赋能高质量发展的重要引擎，钢铁工业作为典型的流程制造业必须充分把握契机，将智能化、绿色化融入生产制造和运营决策中，加大科技创新投入，推动核心技术与功能的拓展和开发，探索转型升级新路径，实现钢铁行业高质量发展。
钢铁企业智能制造体系架构大多是基于大数据、云计算、人工智能、物联 等先进技术，结合实际业务流程建立的大数据融合平台，其依托物联 从设备和产线采集大量数据，依托云存储、云计算方式获得廉价海量的数据存储和灵活便捷的软件应用，依托人工智能来提升数据资源使用能力。工业云平台支撑制造业资源弹性供给、广泛链接和高效配置，在构建大数据开发环境、训练机理与数据的算法模型，以及优化设计制造的资源使用方面，呈现出了巨大优势。众所周知，在工业控制系统中，德国企业在大中型可编程逻辑控制器(PLC)方面独具优势，中国虽已部分实现国产化产品替代，在小型PLC方面占有一定的份额，但核心市场与技术的掌控力不强。在新一代的 络技术和IT技术的支撑下，随着工业互联 、软件产品和开放架构的实施，国内PLC只有向 络化、国产替代、多功能方向发展，才能起到弯道超车的作用。近年来，新一代控制系统“软件定义PLC”开始受到广大专家学者的关注和重视，软件定义PLC利用虚拟化技术实现控制能力的扩展，其在改变和升级时无需更换PLC硬件。将软件定义PLC部署在工业云平台，结合云 融合和云边协同的优势，可以实现云化控制，完成工业控制从有线到无线、从本地到云端的升级，通过生态系统扩大工业化平台应用，还可解决传统PLC算力有限的问题。
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精 选 图 表
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结 论
(1)以钢铁工业智能化转型为背景，针对冶金设备控制场景，基于5G云化控制、软件定义PLC，提供了一套解决方案，并以实际生产场景加以验证。
(2)该方案由5G云化技术和软件定义工业控制技术驱动，满足了实际工业生产中对数据传输实时性和准确性的要求，构建了对工业数据多维度、多形态的可视化展现，并具有快速定位工控问题的能力，解决了工业应用在海量数据维度上智能化不足的问题。
(3)在可以预见的将来，随着技术不断成熟和场景不断优化，云化的工业自动化控制必将在工业智能化改造进程中画上浓墨重彩的一笔。
END
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