5g对化工行业的影响「5G在化工园区的应用研究」

通信世界网消息（CWW）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。鉴于此，本文分析了化工园区的痛点和需求，梳理了5G赋能化工园区的网络架构和典型场景，总结了全国化工园区的5G应用情况及实践路径，为5G助力新型工业化高质量发展提供参考。

智慧化工园区建设已成共识

石化化工是国民经济的重要支柱产业，具有设备价值高、工艺复杂、产业链长、危险性高、环保压力大等行业特征，也面临设备管理不透明、工艺知识传承难、供应链上下游协同水平不高、安全生产压力大等行业痛点。化工园区作为化工企业的集聚区，是产业转型升级的重要载体，建设智慧园区已成为化工行业的基本共识和重要工作。《石化化工行业数字化转型实施指南》提出，到2026年，全国建成10家左右标杆5G工厂、50家智慧化工园区。智慧化工园区成为支撑行业高质量发展的重要载体。

5G是实现万物互联的关键信息基础设施。基于5G网络构建化工园区数字底座，可实现园区内“人、机、物、系统”等要素的全面连接，为打造安全、环保、绿色一体化的智慧化工园区提供可靠网络支撑，推动生产管理、安全监管、环境监管、能耗管理等向透明化、自动化、智能化转变，从而保证园区安全生产，提高生产效率和产品质量，构建产业新生态。

存在三大痛点

石化化工行业自动化控制、数字化基础较好，走在流程工业前列，但其数字化转型水平尚难以满足行业高质量发展要求，亟需针对细分行业特色和转型需求，加强数字化转型系统谋划。从园区网络建设以及支撑能力来看，化工园区已基本形成一张以有线接入为主、4G与Wi-Fi等无线接入为补充的园区网络，但园区建成时间较早，且业务规模越来越大，现有的网络支撑能力已经不能满足园区的数字化发展需求，主要存在以下三方面痛点。

一是监控点的可扩展性不够。根据管理要求，化工园区必须通过信息化手段，在生产、储运等重点环节对人员、设备、物料、产品的安全进行监控和管理。随着园区内业务环节的灵活调整，监控点也需要进行调整，但有线网络在扩展性上存在较大不足，在腐蚀等危险作业场景中光纤易损，在防爆区域内光纤要阻燃防爆，因此光缆成本不断增高。而出于网络带宽、数据安全等方面的考虑，Wi-Fi、4G等无线网络也不能完全满足园区监控的相关要求，这也制约了园区监控点的布局。

二是巡检等环节智慧化水平不足。目前化工园区设备巡检依赖于人工方式，这也一直是化工行业的工作标准。但面对复杂多变的现场环境，人工巡检存在不小的安全隐患，特别是在夜间或恶劣天气条件下，人工巡检的效果和安全性进一步降低，迫切需要数字化手段减少日常巡检对人工的依赖。同时，由于缺乏对外操人员位置信息的实时监控，人工巡检的及时率和故障发现率不高，也无法做到对巡检人员的集中调度。

三是数据共享不足。园区企业普遍拥有多种类型且独立的自动化系统和监控系统，各生产车间大多局限于传统的单装置控制模式，系统与系统之间形成了一个个“信息孤岛”，无法实现真正的全厂集中控制、操作和管理。园区内各类数据无法共享，也就难以实现集中的数据统计与分析，对开展基于AI的状态趋势预测、主动告警等应用造成了一定制约。

总体来看，因安全、消防、环境、应急等方面的监管要求和化工园区自身精细化管理需求，园区的数字化转型需求迫切。园区内有线网络可扩展性不足，而4G和Wi-Fi等无线网络也不能完全满足化工园区数字化转型需求。在此背景下，基于“5G+MEC”技术搭建化工园区5G专网、发展5G应用具有广阔的市场前景。

建网模式与典型场景

建网模式

在5G组网方式上，目前已形成虚拟专网、混合专网和独立专网三大基本模式。从对三宁化工、中韩石化、祥云化工、安道麦等重点化工园区的调研来看，化工园区普遍采取5G混合专网的模式（如图1所示），即将运营商5G核心网侧的UPF（用户面功能）和MEC（多接入边缘计算）等功能下沉至化工园区企业，构建一张大带宽、低时延、数据不出园的基础连接网络，且建设成本相对适中。

典型场景

围绕化工园区安全生产、降本增效、少人/无人化等业务需求，综合利用5G网络、物联网、大数据、边缘计算、人工智能等技术，形成危险源检测、人员行为管控、环保管理、智慧物流、智慧巡检和设备管理六大典型应用场景，应用场景范围从园区管理外围向企业生产核心环节延伸。

1. “5G+危险源监测”

化工园区在生产过程中具有高温高压或低温低压、易燃易爆的特点，甚至容易产生火灾及爆炸危险。利用“5G+物联网”“5G+摄像头”等设备，采集园区危险源和有毒有害气体的监测数据，进而控制重大危险源的临界值、监测有毒有害气体的实时值。同时，将监控终端与云端系统对接，对各视频监控点信息实时统一分析、联动响应，便于迅速采取有效的应急措施，减少事故的发生。

2. “5G+人员行为管控”

化工作业地点经常变动，周围环境也存在很多不确定性，而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，这对终端的移动性、带宽和时延提出了很高的要求。“5G+机器视觉”可以发挥5G大带宽、低时延的优势，将作业视频、定位等信息回传到位于边缘云的机器视觉分析平台，实时分析、告警，最大限度地保证人员作业安全合规。同时基于电子围栏，针对重点区域进行陌生人检测、攀高预警、烟火检测等，加强园区安全监督管理。具体应用如5G视频安全帽，它利用北斗定位系统实现人员的动态监管，并利用摄像头对现场进行实时监控，加强后端对现场工人的安全管控与指挥，提高员工工作效率及产业智能化水平。

3. “5G+环保管理”

化工行业VOCs（挥发性有机化合物）主要来自工艺有组织排放、火炬气、工艺无组织排放等，其中无组织VOCs的排放量大、点位多、监测困难且有移动性巡检的需求。通过“5G+物联网”能够对化工园区大气环境、水质、土壤、废弃物进行动态监管，推动园区绿色、低碳、高质量发展。一是气体排放浓度超限预警，通过平台集成园区污染物监测分析仪表数据，并对数据进行实时监测，实现污染物浓度超限预警，以支撑操作管理人员及时有效处置。二是环保质量评价，通过建立不同维度的环保质量评价模型，实现对企业环保状况的智能化诊断分析，提出有针对性的改进措施和建议。

4. “5G+智慧物流”

以5G网络代替Wi-Fi，发挥5G网络高可靠的特性，实现化工非危化品仓库自动仓储物流，可大大提高生产效率和仓库周转率。此外，针对进出园区的物流车辆，可发挥5G网络大带宽的特点，实现车辆动态实时监控、车辆预约登记、电子货单管理、园区封闭管理、园区智慧停车场等。

5. “5G+智慧巡检”

利用5G网络大带宽、低时延的特点，通过防爆终端等设备智能采集、处理、传输、存储现场巡检数据，包括文字、图表、图像、温度、震动、音频、视频等不同形式的巡检记录，并形成现场巡检与DCS（分布式控制系统）数据比对分析制度，及时发现并消除工艺控制误差、排除安全隐患。同时，在石化管线维护等领域，可利用人工智能、5G通信、云计算、大数据、物联网、图像识别等现代信息技术，实现机器人/无人机自动巡检，进而实现现场异常信息的自动采集、识别、分析、在线监测预警以及统一管控治理等功能。

6. “5G+生产管理”

在园区“动、静、电、仪”等生产设备上加装5G数采网关，通过5G进行数据传输。基于大数据分析算法、历史数据库和运行机理建立模型，并利用5G大带宽、低时延、高并发的特性对大量的设备数据进行分析，实现对装备生产、运行状态的实时监控与分析。此外，在部分生产环节，基于5G的机器视觉分析可实现质量检测、安全行为等应用。

5G应用总结与展望

石化化工行业是工信部发布的“5G+工业互联网”十大重点行业之一。工业互联网产业联盟对“5 G工厂种子项目”的统计显示，全国已有1800余个5G工厂项目，涉及29个省（自治区、直辖市），覆盖石化化工等10个“5G+工业互联网”重点行业，项目类型包含产线、车间、工厂等各层级。2023年，工信部在全国范围认定了300个5G工厂项目并列入《2023年5G工厂名录》，其中石化化工类项目有35个。在2023年第六届“绽放杯”5G应用征集大赛中，多家石化企业报名参赛，5家企业成功晋级全国赛，整体占比较高。江苏、浙江、湖北等化工大省均将石化化工行业列为5G应用的重点方向，打造了一批5G标杆应用。以浙江为例，在30个省级5G全连接工厂中，化工类5G项目有4个，镇海炼化打造了全国首个石化行业的5G-A标杆，各层级示范效应显著。

从应用落地情况来看，安全生产是化工行业发展的首要条件，危险源监测和人员行为管控等是化工园区发展5G应用的考虑重点，企业希望5G能有效解决安全生产问题。而智慧物流、智慧巡检等应用的普及，能有效降低人员成本，减少安全隐患。此外，基于安全性、稳定性方面的考虑，化工园区内生产设备的数据传输仍然以有线为主、5G网络为补充，这基本能够满足企业的短期需求。

自2019年工信部发放5G商用牌照以来，5G技术逐渐渗透到工业生产的各个环节，为工业制造带来了前所未有的变革。当前，5 G在化工园区应用广泛，在园区安全生产、环境保护等方面成效显著，示范带动作用突出。

未来，在资源环境约束不断增强、绿色安全发展任务更加紧迫的新形势下，数字化转型将是化工园区提高全要素生产率、打造竞争新优势的必然选择，以5G为代表的新一代信息技术在化工园区的应用将越来越深入。下一步，要充分发挥5G对化工园区数字化转型的支撑作用，实现5G在化工园区规模化应用。一方面推动多方联合编制化工行业5G应用指南，融合人工智能、物联网、大数据、区块链等技术，在建网、用网、护网等方面形成行业共识。另一方面推动化工行业龙头企业与运营商、通信设备商深度合作，落地一批5G高质量应用标杆，促进行业应用向纵深发展。

*本文刊载于《通信世界》总第946期 

2024年6月25日 第12 期