“5G +工业互联网”赋能水泥行业提质增效
2023-10-25李春宇徐华锦
信 文|李春宇 徐华锦 李 成
5G 的商用落地,并结合云计算、大数据、人工智能等新技术,为智能水泥工厂建设增添新动能。5G 灵活的网络部署模式,给工业企业解决数据安全问题、催生融合创新应用,带来了新的机遇
目前,水泥行业的发展正处于新旧动能更迭的关键阶段,对信息化建设的需求不断提高。5G的商用落地,并结合云计算、大数据、人工智能等新技术,为智能水泥工厂建设增添新动能。5G灵活的网络部署模式,给工业企业解决数据安全问题、催生融合创新应用,带来了新的机遇。红狮水泥、华润水泥、海螺水泥、千业水泥等一大批水泥企业积极发力,与基础电信企业合作,利用“5G +工业互联网”技术赋能水泥行业各大业务场景提质增效。
行业5G 网络部署的三种主流方式
目前,5G 行业专网建设主要可分为三种类型。
一是直接使用运营商的公众网络,通过网络切片等技术保证行业用户的网络资源。该模式适用于业务分散、需要广域覆盖、对数据安全要求不苛刻的场景,是一种低成本专网模式。
二是MEC(边缘基础设施)/UPF(核心网用户面网元)根据企业私有云位置下沉到本地、核心网独立或共享,企业数据本地卸载,可按需在本地边缘云配置各类本地业务。该模式在垂直行业中应用较多。
三是行业用户建设5G 专网,专网专用,需要申请专有频段,目前国内在试点阶段。
综合考虑行业应用需求,大型企业普遍选择第二种模式,即“5G +MEC”的网络部署模式,通过部署“边缘UPF +MEC 平台”,实现生产设备/设施、仪表仪器、传感器、控制系统、管理系统、工业应用系统等关键要素的泛在互联互通。
基于“5G +MEC”网络架构的两大优势
水泥企业的业务流程涉及矿山开采、生产制造、运维管理等诸多环节,园区面积大、业务流程长、终端较为分散,以“5G +MEC”为核心的网络架构能够高效地实现数据、资源、应用、安全、运维等多方面的云边协同,成为许多水泥企业建网的首选方案。UPF为用户私有化部署,无线基站、核心网控制面网元根据客户需求灵活部署,为行业用户提供部分物理独享的5G 专用网络。如图1 所示,基于5G 网络在园区内部机房部署下沉客户园区的“边缘UPF +MEC 平台”,平台上可部署业务应用以及其他第三方应用。同时,通过“边缘UPF +MEC 平台”的能力开放接口可将5G网络定位等能力以及移动业务能力开放给其他第三方应用,以便第三方按照各自的需求设计定制化的网络服务。“边缘UPF +MEC 平台”支持本地分流能力,将5G 网络和固定网络中符合分流规则的本地业务数据,按需分流到园区内部局域网络进行处理。
图1 基于MEC/UPF 下沉的混合专网部署架构示意图
水泥行业采用基于“5G +MEC”的建网方式主要具有以下两大优势:
园区数据不出厂。水泥企业面向5G SA 的MEC 解决方案部署架构可分为中心—节点两个层次。其中边缘MEC节点可为产业园区级,也可为某区县地市级。在边缘MEC 节点中,可根据业务类型选择是否提供公网出口,可以在本地卸载流量。5G 核心网中心可以只部署控制面,数据统一从用户面卸载,无需在中心再部署用户面网关,从而达到企业“园区数据不出厂”的目的,满足了工业企业对数据安全的要求。
生产办公“一张网”。水泥企业园区面积大,覆盖矿区、生产、办公等多个场景。结合业务需求,基于5G 可灵活采用多种模式进行无线覆盖,通过采用混合云、边云协同的架构满足核心业务对于性能、可靠性、安全性的需求,同步满足员工手机终端接入需求。通过打造生产办公“一张网”,可实现专网与公网互通,更加充分利用5G 网络资源。
基于5G 行业专网的一体化解决方案成为主流
在网络建设方面,“网、云、端、用”一体化的5G 行业专网部署方案成为主流。其中,云网融合为体系基础。水泥企业中的实时监测平台、人工智能算法分析平台等均可部署在云侧,通过互联网连接,支持云服务管理、设备联网、大数据分析等。基于“5G+MEC”的专网部署,可实现互联网应用平台、企业办公网络、企业内网核心平台的专线打通,通过不同层级的数据汇聚实现企业网络一体化,以及终端和应用的融合管理。
在终端连接方面,目前主要通过5G CPE(客户前置设备)设备接入5G 网络,部分企业研发具备5G 通信能力的终端产品,例如摄像头、无人机、VR 设备、无人矿卡、手持终端等。工业终端设备接入无线网络需要安全认证方式,保证入网安全。重要传感器数据仍通过有线方式接入工业互联网网络,如在线设备监测系统数据等。在园区内,可覆盖矿山园区诸多场景,连接矿车、高清摄像头、VR/AR 应用等多终端。在室内,可覆盖厂区工业相机质检、工业机器人控制等生产场景,以及手机等移动终端设备。
在典型应用场景方面,主要集中在水泥生产、运输、管理等环节,包括智能化生产、机器视觉质检、预测性维护、人员行为监测等典型应用场景。例如在水泥生产环节,针对投料口、翻板阀堵塞堆积,传送皮带反转以及冒灰污染等情况,利用“5G +机器视觉”等技术可针对性地进行实时监测和报警。
由上文分析可以看出,基于5G 构建满足水泥行业业务发展需求的无线网络基础设施,融合云计算、大数据、人工智能等技术,形成面向水泥行业的“5G +工业互联网”一体化建设解决方案及典型应用场景,已经成为业界探索的重要方向之一。