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基於5G的工業傳輸技術在傳化化學的應用5G 是第五代移動通訊系統,5G 定義了三大場景:增強移動帶寬(eMBB)、超高可靠低時延通信(uRLLC)和大規模機器類通信(mMTC),適用於能源、車聯網[1]工業控制等物聯網行業的不同應用場景。聚焦到工業領域,5G致力於為工廠內的從設備層到企業層的設備提供可靠、安全、可保障的通信機制。傳化化學創新使用5G工業傳輸技術,打造精細化工領域智能工廠的示範基地,探索出符合紡織化學品助劑行業數字化智能工廠新模式並推廣應用。

一、案例簡介

5G 是第五代移動通訊系統的簡稱,是新的無線接入技術和現有無線接入技術的高度融合。其主要特點是:增強移動帶寬(eMBB)、超高可靠低時延通信(uRLLC)和大規模機器類通信(mMTC)三大應用場景。隨着移動通信技術的發展,5G 網絡將從傳統以人為中心的服務拓展至以物為中心的服務。適用於化工、能源、汽車、電子、航空航天等行業的不同應用場景。聚焦到工業領域,5G 致力於為工廠內的從設備層到企業層的設備提供可靠、安全、可保障的通信機制。傳化化學創新使用5G工業傳輸技術,在多業務無線視頻、環境監控、工業機器人[2]、物流車輛、化工安全檢測、質量檢測、能源管理等場景提供技術支撐,打造精細化工領域智能工廠的示範基地,探索出符合紡織化學品助劑行業數字化智能工廠新模式並推廣應用。

二、案例背景介紹

傳化創建於1986年,是一家多元化民營企業集團,致力於化工、物流、農業、科技城、投資等事業領域。傳化化學是集團五大事業平台之一,是功能化學品領域的全球頂尖專家,擁有全球性生產及供應網絡。傳化化學以功能化學解決方案和6000餘款創新產品服務於紡織、造紙、塑料及建築塗料等行業,業務覆蓋全球80多個國家和地區。其中,紡織化學品規模國內第一,化纖油劑產銷量全球第一,增白劑市場占有率全國第一。

本項目通過5G的工業傳輸技術承載工業應用的業務數據,提供工廠全連接的無線網絡,用以滿足多種業務場景需求。通過5G技術和 OPC-UA 相結合,解決工廠內工業之間的通信,支持多種類型工業設備的互聯互通。解決近些年Wi-Fi、藍牙等近距通信無線技術無線解決方案在帶寬、可靠性和安全性方面的限制,難以適應更高要求的工業傳輸需求。

項目實施根據傳化化學「綠色、安全、高效、節能」的發展理念,貫徹「中國製造2025」和「互聯網+」部署,採用先進數字化、網絡化、智能化技術,打造精細化工領域智能工廠的示範基地,探索出符合紡織化學品助劑行業數字化智能工廠新模式並推廣應用。

三、案例應用詳情

1、總體應用框架

本項目在浙江傳化化學品有限公司試點,採用以5G技術為代表的新一代信息技術,更好工廠車間的網絡架構可以快速調整優化,有效提升網絡化協同製造與管理水平,促進工廠數字化和智能化改造,致力於5G未來工廠的解決方案。

2、關鍵技術應用詳情

5G的六大關鍵技術:

(1) 高頻通信。移動通信傳統工作頻段主要集中在3GHz以下,這使得頻譜資源十分擁擠,而在高頻段(如毫米波、厘米波頻段)可用頻譜資源豐富,能夠有效緩解頻譜資源緊張的現狀,可以實現極高速短距離通信,支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。

(2)大規模天線陣列(MassiveMIMO)。高頻段通信可以進一步減少天線尺寸,從而為在 5G 移動通信系統中引入大規模 MIMO 技術成為可能。Mas-sive MIMO 技術能夠帶來更高的天線陣列增益,大幅提升系統容量;能夠將波束控制在很窄的範圍內,從而帶來高波速增益,有效補償高頻段傳輸的大路損。

(3)超密集組網。隨着各種智能終端的普及和站點密度的增加,移動數據流量將呈指數級增長,由此帶來了小間距、超密集異構網絡的協調。超密集組網技術通過虛擬化小區消除頻繁切換及密集鄰區的同頻干擾等問題,給用戶提供更為一致的體驗。

(4)設備到設備通信。D2D 會話的數據直接在終端之間進行傳輸,不需要通過基站轉發,從而減輕蜂窩基站的負擔,降低端到端的傳輸時延,提升頻譜效率,降低發射功率,最終能夠增強用戶體驗。

(5)網絡切片技術。基於軟件定義網絡和網絡功能虛擬化,5G網絡能夠實現網絡切片技術,即將一張物理網絡中的帶寬、計算及存儲資源進行邏輯分割,構建多個虛擬化的端到端網絡,每個虛擬網絡的資源均可獨立運營和動態伸縮,從而滿足不同應用場景的業務服務質量需求。

(6) 移動邊緣計算。5G的三大應用場景和小於1ms的時延指標,決定了5G業務的終結點不可能都在核心網後端的雲平台,而MEC通過在移動網絡邊緣提供IT服務環境和雲計算能力,以減少網絡操作和服務交付的時延,從而能夠更好滿足超低時延的工業控制場景及大帶寬的傳輸需求,更好地實現物與物之間的傳感、交互和控制。

5G的三大應用場景:增強移動帶寬(eMBB)、超高可靠低時延通信(uRLLC)和大規模機器類通信(mMTC)。其對 eMBB 場景的技術支撐能力,能夠有效適應傳化化學中的超高清視頻傳輸等大帶寬的業務需求;對 uRLLC 場景的技術支撐能力,能夠有效滿足物流車輛、工業機器人等智能設備間通信需求;對 mMTC 場景的技術支撐能力,能夠更好地支持多種化工安全監測、環境檢測、質量檢測等傳感數據採集需求。因此將 5G 通信技術應用於化工領域的精細化和智能化管理,是精細化工智能工廠使能技術,也將有效推進傳化化學未來工廠的進程。

四、創新性與優勢

利用5G新一代信息技術的優勢在於,一是鏈路級可靠性保障,數據傳輸過程中,5G技術提供多個數據傳輸鏈路,保障單個業務數據包在內部傳輸時的高可靠性。二是數據實時性支持,5G技術支持終端設備移動過程中業務數據包傳輸的連續性,保障無數據包的丟失。傳化化學在原來的Wi-Fi、藍牙等近距通信無線技術創新使用5G工業傳輸技術,打造精細化工領域智能工廠的示範基地,探索出符合紡織化學品助劑行業數字化智能工廠新模式並推廣應用。

五、案例應用效益分析

浙江傳化化學品有限公司採用以5G工業傳輸技術支持企業多應用場景,例如無線視頻、環境監控、工業機器人、物流車輛、化工安全檢測、質量檢測、能源管理等。傳化化學工廠實施5G工業傳輸技術後,業務效率大幅提升,勞動強度大幅降低,工作環境明顯改善提升了工廠形象,打造精細化工領域智能工廠的示範基地。

參考文獻