5G定制网助力智慧化工专网规模化发展研究

摘要：随着工业互联网和5G技术的快速发展，传统化工行业正在经历数字化转型的浪潮。5G作为新一代信息通信技术的代表，其高速度、低时延、广连接的特性为工业互联网的发展提供了重要支撑。本文探讨了5G定制网在智慧化工专网规模化发展中的应用与优势。结合化工行业的数字化转型需求，本文详细阐述了5G定制网在安全生产、绿色环保、提质增效等方面的核心价值及具体应用场景。通过分析5G技术与化工行业的结合，提出针对化工行业的5G定制网综合解决方案，并展示了其在实际应用中的效果与前景。

关键词：互联网；5G定制网；化工行业

引言

通过与新生技术融合互促，5G技术为石化和化工行业多个业务领域深入赋能，驱动了业务创新、引领了转型升级，促进了数业深度融合[1]。化工园区是石化化工产业发展的主要载体，是延伸发展新材料、新能源等战略性新兴产业的重要平台。当前，以5G技术为代表的新一代信息通信技术赋能化工园区成效凸显，涌现出一批典型场景和智能工厂标杆，使化工园区走在新型工业化前列[2]。本文聚焦5G定制网在化工行业的应用，探讨其在提升安全生产、实现绿色环保和提高生产效率等方面的优势和应用场景。

1. 5G技术与工业互联网概述

1.1 5G技术概述

5G技术（第五代移动通信技术）具有高速度、低时延和广连接的特点，其关键技术包括毫米波、大规模MIMO、边缘计算和网络切片等。5G高速度、低时延、广连接的设计特性符合工业通信要求[3]。5G技术不仅提升了移动通信的能力，还为工业互联网的发展提供了强大的技术支撑。毫米波技术利用高频段的电磁波，能够提供更高的传输速率和更大的带宽。大规模MIMO（多入多出）技术通过增加天线数量，提高了通信系统的容量和覆盖范围。

1.2 工业互联网概述

工业互联网是将先进的通信技术与工业系统深度融合，实现全要素、全产业链、全价值链的全面连接。通过工业互联网，制造业可以实现智能化、绿色化和服务化转型，提升生产效率和产品质量，降低运营成本和资源消耗。工业互联网的核心技术包括物联网、大数据、云计算、人工智能等，这些技术共同构建了一个智能化的工业生态系统。

2. 化工行业的数字化转型需求

2.1 行业背景与现状

化工行业是我国国民经济的重要支柱产业，业务形态分散，涉及炼油、冶金、能源、环境等多个分支。尽管规模庞大，但化工行业在生产过程中面临复杂的物料物性、工艺条件和装备要求，安全生产和环境保护压力巨大。我国是世界第一化工大国，化工总产值占世界总量的40%[4]。据应急管理部统计，截至2023年11月，全国经认定公布的化工园区达640余个，危险化学品生产企业入园率持续提高，化工园区整治提升工作已成为防控危险化学品重大安全风险、提升化工行业安全水平的重要内容[5]。石化工业是我国国民经济的支柱产业，总体规模巨大。截至2023年底，石油化工行业规模以上企业30507家，累计实现营业收入15.95万亿元。2023年，行业营收和利润分别占全国工业的12%和11.4%[6]。

2.2 行业生产特点

随着5G技术的普及和深化应用，其将在石油化工行业提高效能、提升效益方面发挥越来越重要的作用[7]。化工行业生产特点主要有：物料物性、生产装备、工艺复杂；监控类场景多、要求高；钢结构屏蔽严重、环境要求高、防爆要求高；安全环保要求高。

随着化工企业数字化转型升级的推进发展，基于“网定制、边智能、云协同、X随选”的5G定制网综合解决方案，可为化工行业客户打造一体化定制融合服务，实现“云网一体、按需定制”。

3. 5G定制网在化工行业的应用场景

基于化工行业生产特点，化工行业数字化转型的核心价值主要体现在三大方面：安全生产、绿色环保、提质增效。

3.1 安全生产类场景

3.1.1 5G+园区危险源监管

利用5G网络的高可靠性和低时延特性，对化工园区内的危险源进行实时监控和数据采集，实现快速响应和精准处置。通过安装在危险源周围的传感器和摄像头，将实时数据传输到中央控制系统，进行智能分析和预警，及时发现和处理安全隐患。例如，对于偏远区域（如楼顶、灌顶、排风口）或环境恶劣区域（酸碱/高温等线缆易腐蚀区域），通过化工园区新建的传感器等采集监控设备采用5G轻量化（5G RedCap）网关作为数据采集接口，接入5G专网，通过用户面功能（user plane function，UPF）将采集数据转发至危险源监管系统。

3.1.2 5G+生产数据采集

通过5G网络，将生产过程中的关键数据实时传输到数据中心，进行大数据分析和智能决策，提高生产管理的精确性和效率。通过对生产设备的运行状态、工艺参数、环境参数等数据进行实时监测，提高生产效率。例如，对反应釜的温度、压力、搅拌速度等进行实时监测，优化反应条件，提高反应效率和产品质量。

3.1.3 5G+高危场景智能视频监控

化工行业作业地点经常变动，周围环境也存在很多不确定性，对这些场景的监控主要采用移动的作业端和视频监控终端，对移动性、带宽和延时提出很高的要求。“5G+机器视觉”可以发挥5G高速度、低时延的优势，将现场作业视频实时回传到位于边缘云的机器视觉分析平台，实时分析、告警，最大限度保证人员作业安全。

3.1.4 5G+园区人员定位

利用5G网络和人员定位设备，对化工园区内的人员进行实时定位和管理，提升安全管理水平。通过“5G+高低精度融合定位系统”实现厂区数据呈现和多维度联动分析，支持人员资产轨迹跟踪、电子围栏、巡更、报警管理、视频联动等功能。

3.1.5 5G+VR协助

“5G+VR”虚拟实训将广泛应用于化工行业，具体可以用于以下场景：（1）用于实感培训。针对厂区内的设备巡检、设备拆解、装置开停工处置等典型场景进行培训。（2）应急的演练模拟。通过虚拟生成，对人们的行为动作进行分析，还原当时场景，能最大限度地利用VR仿真系统开展应急演练。

3.2 绿色环保类场景

3.2.1 5G+VOCs在线环境监测

利用5G网络将VOCs（挥发性有机化合物）监测设备的数据实时传输到环境监测中心，实现对化工企业排放的VOCs的在线监测和管理。相对于有组织VOCs排放，石化行业无组织VOCs的排放量更大，无组织废气排放源主要集中在储罐区及炼油段，点位多、监测困难，且有移动性巡检需求，5G技术成为更好的传输方案。

3.2.2 5G+数据采集

化工园区DCS（分布式控制系统）等工业现场设备，以及各类塔器、加热炉、反应器、管廊管道的各种传感器设备，通过5G RedCap（轻量终端稿）网关或5G LoRa网关（终端和服务器间的信息桥梁）接入5G定制专网，数据通过UPF转发至化工物联网平台，对接到相应的生产系统。

3.3 提质增效类场景

3.3.1 5G+智能巡检

通过在生产设备和工艺流程中布置传感器和摄像头，将实时数据传输到中央控制系统，进行智能分析和优化，提高生产效率和产品质量。例如，利用无人机、机器人等智能终端，对储罐、管线、产区作业设备、配电房等进行巡视检查（无人机飞行高度一般在15米以下）。内容包括管线及相关设备的损坏、受腐蚀情况、使用年限是否超期；监测空气中气体浓度变化，迅速探测有无管道泄漏等。智能巡检机器人单设备视频回传带宽至少150Mbps，对于上行要求较高，尤其是多台巡检机器人同时运行时对于上行带宽要求更高。

3.3.2 5G+AR协助

基于5G网络高速度、低时延的优势，配合头戴式轻量AR设备，可实现实时交互式指导，在解放双手的同时快速熟悉和适配工作任务。由于5G网络大带宽、低时延特性，不仅提升了传输画面的清晰度，还消除了维护人员在穿戴AR设备时的眩晕感。

3.3.3 5G+自然导航AGV

利用带5G模组的AGV（自动导航车）小车接入5G网络，借助5G网络大带宽、广覆盖和高可靠低时延通信等特性，在5G工业边缘云MEC侧统一处理位置任务信息管理和协同调度，实现化工非危化品仓库自动仓储物流，可大幅提高生产效率和仓库周转率。

4. 5G定制网综合解决方案设计

4.1 解决方案设计理念

5G定制网解决方案的设计理念是根据化工行业的实际需求，提供端到端的网络服务和技术支持。解决方案不仅包括基础网络设施的建设，还涵盖应用场景的具体需求，确保5G定制网在化工行业的应用效果。具体实施方案如图1所示。

4.2 端到端解决方案

5G定制网的端到端解决方案包括网络规划、设备选型、系统集成、应用开发和运维管理等环节。通过与化工企业的深度合作，量身定制适合其生产特点的网络方案，确保5G定制网的高效运行和持续优化。

5. 5G定制网在化工行业的实际应用与效果

5.1 应用案例

通过具体案例的分析，验证了5G定制网在化工行业的实际应用效果。目前，5G定制网已经在连云港石化[8]、东营港化工园区[9]投入使用，实现了对危险源的实时监控和应急响应，有效降低了安全事故的发生率。此外，通过5G网络的环境监测和能耗管理，园区还实现了绿色生产和节能减排。

5.2 效果分析

通过对应用案例的效果分析，可以看出5G定制网在化工行业的应用效果显著。本文基于5G定制专网切片业务验证和落地，进一步推进切片技术的成熟和应用，充分利用5G技术的特性，与MEC、物联网、大数据、AI等技术相结合，应用于化工行业的多个领域，完成5G环境下工厂设备智能互联、数据智慧协同、安全智能监管以及创新智慧应用。然而，5G定制网在化工行业的应用也面临一些挑战。例如，5G网络的部署成本较高，对于一些中小型化工企业来说，资金压力较大。此外，5G技术的成熟度和稳定性仍需进一步提升，以满足化工行业对高可靠性和高安全性的要求。

结语

本文通过对5G定制网在化工行业应用的研究，发现5G技术在提升安全生产中能采取“5G+园区危险源监管”“5G+生产数据采集”“5G+高危场景智能视频监控”等多项技术，为达到绿色环保采取“5G+VOCs在线环境监测”“5G+数据采集”技术，提高生产效率采取“5G+智能巡检”“5G+自然导航AGV”等方式得以实现。通过具体案例的分析，验证了5G定制网在化工行业的实际应用效果。然而，5G定制网在化工行业的推广和应用仍面临一定的挑战，需要持续的技术创新和政策支持。未来，随着5G技术的不断成熟和应用场景的不断拓展，5G定制网将在化工行业发挥更大的作用。建议进一步加强5G技术与工业互联网的深度融合，以推动化工行业的数字化转型和智能化升级。同时，政府应加大对5G定制网建设的政策支持力度，鼓励企业加大5G技术应用的投资力度，共同推动化工行业的高质量发展。

参考文献：

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[2]齐荣，翟玉静，杨晓芳，等.5G在化工园区的应用研究[J].通信世界，2024（12）：9-11.

[3]韩丹涛，赵艳领，郑秋平.5G技术在工业领域的研究[J].中国仪器仪表， 2023（10）：17-21.

[4]王帅，王永惠，宋福旺，等.基于5G的化工园区安全风险智能管控方案研究[J].通信世界，2024（4）：40-44.

[5]应急管理部. 应急管理部修订印发《化工园区安全风险排查治理导则》[EB/OL].（2023-11-21）[2024-08-08].https：//www.mem.gov.cn/xw/yjglbgzdt/202311/t20231121_469282.shtml.

[6]栗翘楚，韩鑫.2023年我国石化行业实现营收15.95万亿元[EB/OL].（2024-02-01）[2024-08-08].http：//finance.people.com.cn/n1/2024/0201/c1004-40171318.html.

[7]陈悦.5G技术在石油化工行业的应用研究[J].石化技术，2023，30（9）：102-104.

[8]周莹，徐尧玲，连工信，等.连云港：5G与大化工的“化学反应”[EB/OL].（2024-03-29）[2024-08-08].http：//js.people.com.cn/n2/2024/0329/c360301-40793732.html.

[9]王麒锐.“5G+智慧化工”赋能化工产业绿色低碳高质量发展[EB/OL].（2024-03-29）[2024-08-08].http：//stzg.china.com.cn/m/2024-03/29/content_42741040.htm.

作者简介：孙琳跞，本科在读，462241037@qq.com，研究方向：互联网。