5G定制網助力智慧化工專網規模化發展研究

摘要：隨著工業互聯網和5G技術的快速發展，傳統化工行業正在經歷數字化轉型的浪潮。5G作為新一代信息通信技術的代表，其高速度、低時延、廣連接的特性為工業互聯網的發展提供了重要支撐。本文探討了5G定制網在智慧化工專網規模化發展中的應用與優勢。結合化工行業的數字化轉型需求，本文詳細闡述了5G定制網在安全生產、綠色環保、提質增效等方面的核心價值及具體應用場景。通過分析5G技術與化工行業的結合，提出針對化工行業的5G定制網綜合解決方案，并展示了其在實際應用中的效果與前景。

關鍵詞：互聯網；5G定制網；化工行業

引言

通過與新生技術融合互促，5G技術為石化和化工行業多個業務領域深入賦能，驅動了業務創新、引領了轉型升級，促進了數業深度融合[1]。化工園區是石化化工產業發展的主要載體，是延伸發展新材料、新能源等戰略性新興產業的重要平臺。當前，以5G技術為代表的新一代信息通信技術賦能化工園區成效凸顯，涌現出一批典型場景和智能工廠標桿，使化工園區走在新型工業化前列[2]。本文聚焦5G定制網在化工行業的應用，探討其在提升安全生產、實現綠色環保和提高生產效率等方面的優勢和應用場景。

1. 5G技術與工業互聯網概述

1.1 5G技術概述

5G技術（第五代移動通信技術）具有高速度、低時延和廣連接的特點，其關鍵技術包括毫米波、大規模MIMO、邊緣計算和網絡切片等。5G高速度、低時延、廣連接的設計特性符合工業通信要求[3]。5G技術不僅提升了移動通信的能力，還為工業互聯網的發展提供了強大的技術支撐。毫米波技術利用高頻段的電磁波，能夠提供更高的傳輸速率和更大的帶寬。大規模MIMO（多入多出）技術通過增加天線數量，提高了通信系統的容量和覆蓋范圍。

1.2 工業互聯網概述

工業互聯網是將先進的通信技術與工業系統深度融合，實現全要素、全產業鏈、全價值鏈的全面連接。通過工業互聯網，制造業可以實現智能化、綠色化和服務化轉型，提升生產效率和產品質量，降低運營成本和資源消耗。工業互聯網的核心技術包括物聯網、大數據、云計算、人工智能等，這些技術共同構建了一個智能化的工業生態系統。

2. 化工行業的數字化轉型需求

2.1 行業背景與現狀

化工行業是我國國民經濟的重要支柱產業，業務形態分散，涉及煉油、冶金、能源、環境等多個分支。盡管規模龐大，但化工行業在生產過程中面臨復雜的物料物性、工藝條件和裝備要求，安全生產和環境保護壓力巨大。我國是世界第一化工大國，化工總產值占世界總量的40%[4]。據應急管理部統計，截至2023年11月，全國經認定公布的化工園區達640余個，危險化學品生產企業入園率持續提高，化工園區整治提升工作已成為防控危險化學品重大安全風險、提升化工行業安全水平的重要內容[5]。石化工業是我國國民經濟的支柱產業，總體規模巨大。截至2023年底，石油化工行業規模以上企業30507家，累計實現營業收入15.95萬億元。2023年，行業營收和利潤分別占全國工業的12%和11.4%[6]。

2.2 行業生產特點

隨著5G技術的普及和深化應用，其將在石油化工行業提高效能、提升效益方面發揮越來越重要的作用[7]。化工行業生產特點主要有：物料物性、生產裝備、工藝復雜；監控類場景多、要求高；鋼結構屏蔽嚴重、環境要求高、防爆要求高；安全環保要求高。

隨著化工企業數字化轉型升級的推進發展，基于“網定制、邊智能、云協同、X隨選”的5G定制網綜合解決方案，可為化工行業客戶打造一體化定制融合服務，實現“云網一體、按需定制”。

3. 5G定制網在化工行業的應用場景

基于化工行業生產特點，化工行業數字化轉型的核心價值主要體現在三大方面：安全生產、綠色環保、提質增效。

3.1 安全生產類場景

3.1.1 5G+園區危險源監管

利用5G網絡的高可靠性和低時延特性，對化工園區內的危險源進行實時監控和數據采集，實現快速響應和精準處置。通過安裝在危險源周圍的傳感器和攝像頭，將實時數據傳輸到中央控制系統，進行智能分析和預警，及時發現和處理安全隱患。例如，對于偏遠區域（如樓頂、灌頂、排風口）或環境惡劣區域（酸堿/高溫等線纜易腐蝕區域），通過化工園區新建的傳感器等采集監控設備采用5G輕量化（5G RedCap）網關作為數據采集接口，接入5G專網，通過用戶面功能（user plane function，UPF）將采集數據轉發至危險源監管系統。

3.1.2 5G+生產數據采集

通過5G網絡，將生產過程中的關鍵數據實時傳輸到數據中心，進行大數據分析和智能決策，提高生產管理的精確性和效率。通過對生產設備的運行狀態、工藝參數、環境參數等數據進行實時監測，提高生產效率。例如，對反應釜的溫度、壓力、攪拌速度等進行實時監測，優化反應條件，提高反應效率和產品質量。

3.1.3 5G+高危場景智能視頻監控

化工行業作業地點經常變動，周圍環境也存在很多不確定性，對這些場景的監控主要采用移動的作業端和視頻監控終端，對移動性、帶寬和延時提出很高的要求。“5G+機器視覺”可以發揮5G高速度、低時延的優勢，將現場作業視頻實時回傳到位于邊緣云的機器視覺分析平臺，實時分析、告警，最大限度保證人員作業安全。

3.1.4 5G+園區人員定位

利用5G網絡和人員定位設備，對化工園區內的人員進行實時定位和管理，提升安全管理水平。通過“5G+高低精度融合定位系統”實現廠區數據呈現和多維度聯動分析，支持人員資產軌跡跟蹤、電子圍欄、巡更、報警管理、視頻聯動等功能。

3.1.5 5G+VR協助

“5G+VR”虛擬實訓將廣泛應用于化工行業，具體可以用于以下場景：（1）用于實感培訓。針對廠區內的設備巡檢、設備拆解、裝置開停工處置等典型場景進行培訓。（2）應急的演練模擬。通過虛擬生成，對人們的行為動作進行分析，還原當時場景，能最大限度地利用VR仿真系統開展應急演練。

3.2 綠色環保類場景

3.2.1 5G+VOCs在線環境監測

利用5G網絡將VOCs（揮發性有機化合物）監測設備的數據實時傳輸到環境監測中心，實現對化工企業排放的VOCs的在線監測和管理。相對于有組織VOCs排放，石化行業無組織VOCs的排放量更大，無組織廢氣排放源主要集中在儲罐區及煉油段，點位多、監測困難，且有移動性巡檢需求，5G技術成為更好的傳輸方案。

3.2.2 5G+數據采集

化工園區DCS（分布式控制系統）等工業現場設備，以及各類塔器、加熱爐、反應器、管廊管道的各種傳感器設備，通過5G RedCap（輕量終端稿）網關或5G LoRa網關（終端和服務器間的信息橋梁）接入5G定制專網，數據通過UPF轉發至化工物聯網平臺，對接到相應的生產系統。

3.3 提質增效類場景

3.3.1 5G+智能巡檢

通過在生產設備和工藝流程中布置傳感器和攝像頭，將實時數據傳輸到中央控制系統，進行智能分析和優化，提高生產效率和產品質量。例如，利用無人機、機器人等智能終端，對儲罐、管線、產區作業設備、配電房等進行巡視檢查（無人機飛行高度一般在15米以下）。內容包括管線及相關設備的損壞、受腐蝕情況、使用年限是否超期；監測空氣中氣體濃度變化，迅速探測有無管道泄漏等。智能巡檢機器人單設備視頻回傳帶寬至少150Mbps，對于上行要求較高，尤其是多臺巡檢機器人同時運行時對于上行帶寬要求更高。

3.3.2 5G+AR協助

基于5G網絡高速度、低時延的優勢，配合頭戴式輕量AR設備，可實現實時交互式指導，在解放雙手的同時快速熟悉和適配工作任務。由于5G網絡大帶寬、低時延特性，不僅提升了傳輸畫面的清晰度，還消除了維護人員在穿戴AR設備時的眩暈感。

3.3.3 5G+自然導航AGV

利用帶5G模組的AGV（自動導航車）小車接入5G網絡，借助5G網絡大帶寬、廣覆蓋和高可靠低時延通信等特性，在5G工業邊緣云MEC側統一處理位置任務信息管理和協同調度，實現化工非危化品倉庫自動倉儲物流，可大幅提高生產效率和倉庫周轉率。

4. 5G定制網綜合解決方案設計

4.1 解決方案設計理念

5G定制網解決方案的設計理念是根據化工行業的實際需求，提供端到端的網絡服務和技術支持。解決方案不僅包括基礎網絡設施的建設，還涵蓋應用場景的具體需求，確保5G定制網在化工行業的應用效果。具體實施方案如圖1所示。

4.2 端到端解決方案

5G定制網的端到端解決方案包括網絡規劃、設備選型、系統集成、應用開發和運維管理等環節。通過與化工企業的深度合作，量身定制適合其生產特點的網絡方案，確保5G定制網的高效運行和持續優化。

5. 5G定制網在化工行業的實際應用與效果

5.1 應用案例

通過具體案例的分析，驗證了5G定制網在化工行業的實際應用效果。目前，5G定制網已經在連云港石化[8]、東營港化工園區[9]投入使用，實現了對危險源的實時監控和應急響應，有效降低了安全事故的發生率。此外，通過5G網絡的環境監測和能耗管理，園區還實現了綠色生產和節能減排。

5.2 效果分析

通過對應用案例的效果分析，可以看出5G定制網在化工行業的應用效果顯著。本文基于5G定制專網切片業務驗證和落地，進一步推進切片技術的成熟和應用，充分利用5G技術的特性，與MEC、物聯網、大數據、AI等技術相結合，應用于化工行業的多個領域，完成5G環境下工廠設備智能互聯、數據智慧協同、安全智能監管以及創新智慧應用。然而，5G定制網在化工行業的應用也面臨一些挑戰。例如，5G網絡的部署成本較高，對于一些中小型化工企業來說，資金壓力較大。此外，5G技術的成熟度和穩定性仍需進一步提升，以滿足化工行業對高可靠性和高安全性的要求。

結語

本文通過對5G定制網在化工行業應用的研究，發現5G技術在提升安全生產中能采取“5G+園區危險源監管”“5G+生產數據采集”“5G+高危場景智能視頻監控”等多項技術，為達到綠色環保采取“5G+VOCs在線環境監測”“5G+數據采集”技術，提高生產效率采取“5G+智能巡檢”“5G+自然導航AGV”等方式得以實現。通過具體案例的分析，驗證了5G定制網在化工行業的實際應用效果。然而，5G定制網在化工行業的推廣和應用仍面臨一定的挑戰，需要持續的技術創新和政策支持。未來，隨著5G技術的不斷成熟和應用場景的不斷拓展，5G定制網將在化工行業發揮更大的作用。建議進一步加強5G技術與工業互聯網的深度融合，以推動化工行業的數字化轉型和智能化升級。同時，政府應加大對5G定制網建設的政策支持力度，鼓勵企業加大5G技術應用的投資力度，共同推動化工行業的高質量發展。

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[8]周瑩，徐堯玲，連工信，等.連云港：5G與大化工的“化學反應”[EB/OL].（2024-03-29）[2024-08-08].http：//js.people.com.cn/n2/2024/0329/c360301-40793732.html.

[9]王麒銳.“5G+智慧化工”賦能化工產業綠色低碳高質量發展[EB/OL].（2024-03-29）[2024-08-08].http：//stzg.china.com.cn/m/2024-03/29/content_42741040.htm.

作者簡介：孫琳躒，本科在讀，462241037@qq.com，研究方向：互聯網。