IACS无人行车系统是施耐德电气为钢铁行业打造的全自动起重及智能库区管理解决方案。2021年2月，施耐德电气发布了5G+无人行车白皮书，并宣布将与中国移动、华为携手推进5G在钢铁行业的商用，助力钢铁工厂的智能化改造。

  据悉，2020年中国累计建成5G基站将近72万座，实现了重点区域的连续覆盖。据2021年全国工业和信息化工作会议信息，2021年中国将新建60万个以上的5G基站。

  作为全球能源管理和自动化领域数字化转型的专家，施耐德电气基于自身业务发展趋势，甄选出10个5G在工业控制领域的应用场景，涵盖了工业人机一体化智能系统、起重制造、市政水务、仓储物流等诸多领域。基于工业控制领域的趋势方向，10个场景可大致分为五大类：离散制造业的柔性生产、起重运输的少人化无人化控制、运动控制场景的无线化、OT和IT网络融合以及广域工业控制管理系统的无线物联。施耐德电气针对每个应用场景的行业趋势、典型应用场景、技术方面的要求及挑战，以及应用5G的驱动力四个方面给出了解读。

  IACS无人行车系统(Integrated Autonomous Crane System) 是施耐德电气为钢铁行业打造的全自动起重机及智能库区管理解决方案。2021年2月24日，施耐德电气出席了中国移动在世界移动通信大会（MWC）期间举办的2021年GTI国际产业峰会，发布了5G+无人行车白皮书，介绍了在推进钢铁行业智慧化改造中的思考和实践，并宣布将与中国移动、华为携手推进5G在钢铁行业的商用。

  当前，我国虽然已建成全球产业链最完整的钢铁工业体系，但钢铁产业仍面临产能过剩、降本增效、节能减排、创新发展能力不够等严峻挑战。未来，中国钢铁工业将进入结构调整、转变发展方式与经济转型为主的发展阶段。如何利用智能技术打造“互联网+”的产业生产体系，推动信息化和工业化深层次地融合，构建全流程智能制造系统，力促行业转变发展方式与经济转型，成为钢铁企业关注的核心。

  钢铁企业组织人机一体化智能系统具有先天优势，推动数字化对钢铁企业降本增效也有重要意义。首先，钢铁行业生产流程长，涉及设备量大，是大数据产生及应用的典型行业；其次，钢铁行业流程制造环节的数字化具有广泛实施的可复制性；最后，钢铁行业具备比较广泛的自动化基础，拥有非常良好的抓手。人机一体化智能系统的实施有助于钢铁公司实现全流程降本，提升公司的生产、管理、研发能力，助力企业形成核心竞争优势。

  在以互联网、大数据、5G 为代表的新一代信息技术加快速度进行发展的当下，钢铁企业正在向以智能工厂为载体、以关键制造环节智能化为核心、以端到端数据流为基础、以网通互联为支撑的智能制造模式转型。“其中，无人行车与库区的智能化建设，成为钢铁行业智能工厂建设极具代表性的一项技术。”施耐德电气工业自动化业务部起重行业架构师曹伟在于5月26日举办的中国钢铁工业数字化解决方案高峰论坛上表示，“借助行业领先的全自动起重及智能库区管理解决方案，钢铁行业能利用最新技术实现库区的智能管理、自主决策、自动执行和实时跟踪，让库区运行更安全、可靠、高效。”

  施耐德电气工业自动化业务部起重行业架构师曹伟解读全自动起重及智能库区管理解决方案

  库区作为钢铁生产流程中物流衔接和生产节奏控制的重要枢纽，是工厂无人化和智能化建设的基础，而行车则是库区最重要的执行单元。

  在传统的行车吊运工作中，一台行车如果要完成一次钢卷吊运，需要一位机组操作室通过对讲机和吊运计划单传递吊运信息，需要一名行车工操控行车，一名库位工找准库位。流程不仅繁复而且存在人员需求量大、信息丢失、危险系数高等一系列难题。起重机作为特定种类设备，安全和效率至关重要，每年仍然有大量的起重行业相关的安全事故，造成重大的人员受伤或死亡，设备损伤和生产损失。

  此外，钢铁行业作为劳动密集型行业，大量的岗位依靠人工，尤其是在库区内。而人员长时间疲劳作业，效率低，安全风险隐患也高。中国人口老龄化以及人力成本一直增长，给公司运营带来非常大的压力，促使企业逐步使用智能化技术来替代人工操作。

  随着数字化和信息化技术成熟，智能化的库区综合管理系统实现了IT/OT融合，使库区离散化的信息实现了相互连通。库区智能化发展经历了两个阶段：

  阶段一：基于CLTS（Crane Location Track System）的库区管理系统，即库区投入仓库管理系统WMS，再通过行车的手动吊运完成生产作业，解决了库区内物料信息需要大量人员手动维护的问题。

  阶段二：基于智能行车的库区管理系统，即在投入WMS系统后，对行车的自动化进行智能化改造，使整个库区的作业实现完全无人化，解决了CLTS系统行车还需人员操作的问题。

  随着智能行车库区管理系统的发展，行车操作人员和地面管理人员不再需要在库区内进行现场生产管理，部分人员会在中控室对生产进行监控和管理。基于这样的形式，大量生产数据和视频画面信息需要回传到中控室，对网络的带宽和稳定能力提出了更加高的要求。同时，为方便物料搬运管理，自动化移动电子设备正在增多，也推动部署无线网络的诉求增多。

  IACS将行车自动化控制管理系统和库区管理系统（WMS）有机整合起来，与客户的生产管理系统（MES、ERP等）对接，自动生成作业任务，根据人工智能规划算法实现行车智能调度、垛位合理分配、危险区域自动避让及路径优化等功能，自主完成入库、出库和倒库等工作，达到智能管理、自主决策、自动执行、实时跟踪为一体的信息流与实物流高度一致，提升物流和运营效率。总系统更加可靠，并且易于后期维护，同时缩短了车间现场的改造时间，使项目能够更快速投入使用。

  全自动行车和库区智能管理系统的投入，将实现行车的无人运行，在车间经过智能改造后，只需要编制好生产计划、转库驳运计划，系统就能自动分配任务并设定行车行驶路线小时不间断运行，提高吊运作业的标准化和连续运行作业效率，降低因人的因素造成的停机时间、往返路程、搜寻时间和倒库次数，同时，减少地面工作人员安全风险隐患。参见表1。

  行车作为钢厂生产车间的主要搬运设备，安全性和可靠性至关重要，其作业效率将直接影响产能。复杂的地面情况给设备的运行带来很多安全问题，年年都会因行车操作方面的问题，导致不同程度的事故，如造成地面机组设备损坏，甚至造成人身安全问题。通信网络作为行车控制架构中的一部分，尤其是在无人行车库区管理系统中，起到至关重要的作用，不仅关系着系统架构的灵活性，还决定了整个项目的稳定性和安全性。

  一是控制信号的优先级配置或隔离。基于传统的工业Wi-Fi的方案，考虑无人行车的安全性和可靠性，将部署两套Wi-Fi，一套用于自动化控制，另一套用于CCTV（Closed-Circuit Television）远程监控，通过这样的方式隔离了控制和监视的通道，避免网络通道占用而影响控制信号的实时性。

  二是无线通信的高可靠性和低时延。行车作为特种生产设备，对无线网络质量的要求也较高。当行车吊运板坯移动时，不稳定的网络将造成行车急停，产生极大安全隐患。同时在地面突发安全事故前，需要在库区内或中控室快速中止行车运行，确保在事故发生前停止行车运行，避免更多事故发生。基于这样的业务诉求，中控室PLC与行车PLC之间通信时延应小于50ms，连续丢包小于3个，平均丢包率小于1%。紧急制动IO与中控室安全PLC之间时延要求10ms。

  三是较高的上行速率要求。行车视频摄像头通常有2~4个，用于特殊情况下的远程操控，故单个无人行车上行带宽速率要求达到10Mbps以上。

  行车控制管理系统与地面各系统的通讯可采用有线通讯方式、光通讯或者无线通讯。 Wi-Fi网络作为成熟技术，已经在多个无人行车项目中投入到正常的使用中，也保障了项目的可靠运行。具有可控的干扰协同能力，更容易实现无人行车系统方案的标准化以及现场快速部署。此外，5G网络具有更佳的可靠性和低时延能力，基于5G切片功能能支持一张网一套设备服务控制和监控两套系统的要求，这些都更好地适配了无人行车应用的需求。

  钢铁厂热轧车间的板坯库是无人行车应用的典型场景。以某钢铁厂为例，为满足其计划年产450万吨新建工程，拟在板坯库设计并建设一套无人全自动行车控制管理系统IACS（Integrated Autonomous Crane System），对库内复杂的物料进行相对有效管理，提高物流流通效率，实现对库内行车吊运环节的信息化与自动化，保证物流与信息流的一致性。这既做到了减员增效，又大幅度减少了物料流转过程中人工失误的概率。

  据悉，施耐德电气、中国移动与华为联合开展了基于施耐德电气ModBus TCP协议的控制PLC 5G方案联合验证工作。经过测试，此联合5G解决方案在设备控制层的无线传输具有低延时、可靠性高、安全灵活的特点，可满足现场无线通讯的需求。后续三方将在钢企生产基地实地进行现场验证。

  随着今后几年无人行车的发展、库区智能化的不断推进，不单单是实现单个桥式起重机的无人化控制和单个库区不同设备间的协同控制，而是整个钢铁生产基地的所有板坯库、钢卷库区与大物流系统的全链条协同，以此来实现真正意义上的智能化工厂。