广州电信工业PON+5G双千兆赋能安全绿色新石化

广州电信工业PON+5G双千兆赋能安全绿色新石化

卢国伟

中国电信股份有限公司广州分公司　广东广州510620

摘  要：为加快打造世界级绿色石化产业集群，加快碳中和、碳达峰目标实现，石化企业迫切需要对传统石化工业信息化网络进行改造。广州电信在2019年率先提出以5G无线移动+工业PON光网有线连接融合的新型工业通信系统架构(简称5G+PON)的石化企业园区通信解决方案，并于2020年9月-2022年8月在广州某石化企业部署成功。结果表明：采用5G+PON融合技术对传统石化工业防爆设备的热、烟、火、泄、集中等信息化能力改造，在可有效减少以往传统网络方式在该类敏感工业带来的安全隐患，并大幅提高石化企业在监控视频、数据湖、告警等大带宽应用场景的传输速率，减少时延，并进一步提高网络传输质量；此外，以石化龙头企业作为生态圈核心，带动新型基础设施建设投资，促进稳增长，同时拉动新一代信息技术、高端人才等创新要素投入，继而催生出新型服务消费和产品消费。预计未来5年，通过“双千兆”融合应用间接带动经济增加值达百亿以上经济规模。

关键词： 电信工业；双千兆；安全绿色石化

引言

我国在“十四五”规划和2035年远景目标纲要中明确提出要推广升级千兆光网[1]。2021年广州市政府工作报告也明确要求加大千兆光网和5G网络建设力度，丰富应用场景。而2020年10月广东省工业和信息化厅联合发改委、科技厅、生态环境厅、商务厅、应急管理厅联合制定印发了《广东省发展绿色石化战略性支柱产业集群行动计划（2021-2025）》，为加快打造世界级绿色石化产业集群，加快碳中和、碳达峰目标实现，迫切需要对传统石化工业信息化网络进行改造，打造安全绿色新石化。广州电信在2019年率先提出以5G无线移动+工业PON光网有线连接融合的新型工业通信系统架构(简称5G+PON)的石化企业园区通信解决方案，并于2020年9月-2022年8月在广州某石化企业部署成功。

一、PON+5G双千兆赋能安全绿色新石化的意义

(1)石化行业作为国家能源命脉转型迫切。据统计2020年全国发生122起，经济损失近30亿元；周边居民担心废气污染；管道长、设备多，调度难。这，都是石化人的痛。同时政府发文倡导石化行业高质量发展。内外因素驱动下，加速石化企业数字化转型； (2)夯实石化云平台智慧化。工业PON网络提供高可靠、高性能的千兆宽带，满足大量固定设备的连接需求，5G定制网，5G宏站+5G室分满足大范围、海量连接，提供灵活便捷、高性能的千兆无线覆盖能力满足移动设备的连接需求，无线移动+有线固网构建石化工业互联网全量数据接入集成架构，保障数据集成的时效性、可靠性、安全性，打造高速、安全、环保的石化智云平台网络接入能力，实现各领域单位共享协同分配资源，发挥工业互联网平台AI使能能力，构建基于机理+人工智能的炼化模型，支撑炼化业务应用的智慧化。（3）共建安全绿色石化生态圈。以广州石化为中心，聚合众多生态伙伴，打造数字孪生业务中台。广州电信作为生态之一，协同输出云网融合能力，为集团打造工业互联网双碳智慧园区样板。

二、网络现状及需求分析

2.1 网络现状

(1)传统组网复杂且孤立。目标企业由于建厂历史相对久远，网络割裂，能力单一、五类线易干扰、多类型工业协议不互通，且现场设备多样，连接方式和接口协议丰富，包括有线的工业以太网、工业PON，无线的Wifi、ZigBee、Nb、蓝牙等，接入网络系统复杂，难以统一运营管理。网络部署复杂，网络层级随着接入设备增加而增加，网络管控和维护比较困难。安全隔离度不高，生产网、办公网、安防网未达到业务隔离。

(2)生产管理隐忧。占地面积广，生产设备复杂精密，石化生产具有加工工序多，流程复杂，产品多样性，生产物料有毒有害高腐蚀，生产环境高温高压易燃易爆等特点，有着最高等级的行业安全标准要求，现有网络的复杂性、协议接口不一等瓶颈严重制约生产流程检测的高效性和可靠性。

(3)大数据预警迫切。多数安全事故的响应属于事后应急，但是历史数据缺乏高效支撑平台挖掘，不能成为前置预警的有力手段。

(4)追踪手段对污染溯源难度大。需要对厂区的偶发性异常排放进行有效监控，目前缺乏异味追踪技术手段，污染溯源难度较大，企业责任难以界定，居民投诉时无法自证清白。亟需通过VOCs溯源分析，对异味、异常工况排放快速定位，为环境事件的及时处置提供技术支撑。

2.2 业务需求

本项目围绕生产巡检、生产异常实时监督、现场作业监管、VOCs溯源等八大应用场景部署解决方案，要求在安全性、环保节能、数据智慧三大目标得到提升。

2.1应用场景需求视图

2.3网络需求

(1)通过客户场景驱动千兆光网部署，在石化工厂工业PON构建高质量工厂网络，端管云联动促进产业数字化。

(2)通过千兆光网采用固定光纤连接，适应传输带宽大、抗干扰性强的优势，室内和一些复杂的环境。

(3)通过“双千兆”+边缘UPF+MEC的云网融合技术，最大发挥云边协同的优势，提供带宽增强、低时延、数据本地卸载的“双千兆”服务，实现石化的公众网络与工业内网的深度融合。

(4)通过5G QOS保障、人工智能、大数据、云计算、数字孪生、传感器等技术实现对企业人、机、物全要素的数据采集、分析和呈现。

(5)通过防爆移动终端、智能监护站、气体分析仪、音视频记录仪、走航车、无人机蜂巢、AGV、等新型产品与“双千兆”技术的融合，促进节能环保、绿色低碳、数智化的高质量发展，整体通信设计架构图如下：

2.2项目设计架构图

注：红色框为广州电信为企业搭建的双千兆网络和智能接入

三、实施方案和成效

3.1 实施方案

有线侧采用PON手拉手模式实现园区全光覆盖，汇聚海量数据，统一协议灵活接入，毫秒级传输，切片隔离。无线侧采用5G，边缘UPF可按需下沉园区，数据不出公网、实现高速率、低时延。数据通过石化智云的边缘计算和中心分发以及大数据能力，实现生产总体调度。

3.1项目PON+5G技术整体解决方案

PON 技术采用多等级保护倒换方案，在一路 ODN 网络或者 PON设备端口发生故障导致网络中断时，快速进行主备链路切换和业务恢复，保证石化工业场景对于系统高可靠性的要求。PON网络设置ONU安全注册机制，下行数据传送天然加密，上行数据传送时分机制隔离，实现高安全性保障。对于 PON 的局端 OLT 设备，主、备用的 OLT PON 端口均处于工作状态。 OLT 应保证主用 PON 端口的业务信息能够同步备份到备用 PON 端口，使得保护倒换过程中，备用 PON 端口能维持 ONU 的业务属性不变；对于 ODN 网络中的光分路器，采用 2 个1:N 光分路器，满足 TYPE D保护的部署要求。工业PON数据采集网关终端，支持内置OPC-UA服务器， MQTT client/server,支持HTTP通信及webserver，解析现场总线及实时以太网协议实现数据采集；最终实现通过协议转换实现异构通信协议到统一协议的映射，实现工业现场通信协议的统一，降低设备组网的难度，实现访问统一性[2]。

 在5G承载网网络层连接上，非防爆区域部署通用5G宏站及室分，在防爆区域部署满足石化行业防爆认证的5G微站及CPE（Customer Premise Equipment，简称CPE）[3]，全方位为厂区提供5G网络服务。并基于专网运营管理平台对项目所涉及的网络进行统一管理与运维；边缘层部署石化专用UPF，实现数据本地卸载、数据安全、低时延功能。部署MEC节点，提供云边协同能力。将丰富的云端业务能力延伸到边缘节点，实现容器、设备、应用集成、视频业务能力、AI算法能力等协同，支撑业务就近处理，快速构建边缘应用。

3.2 成效

(1) 基于融合通讯及“双千兆”技术能力的生产应急指挥：建立“现场-消防-应急指挥中心”三位一体应急指挥高效联动机制，实现事后处置向事前监控报警、事中快速响应转变，事前自动监测秒级报警，事中电话报警秒级接警、应急预案自动匹配、应急通知一键群呼、应急指挥大屏一键联动、应急物资、车辆、队伍、消防设施自动联动。在线智能监控100%覆盖，将防爆设备安置在罐区内，采集点固定在高空监控。

3.2园区监控和预警调度平台

（2）应用物联网、“双千兆”、混合定位、人工智能、射频识别技术，实现人机具数字化管理和现场直接作业不安全行为自动识别，利用工业传感器、工业无线网和智能终端，变革现场作业票管理模式和流程，实现现场作业智能管控，提升企业本质安全能力。作业规范率提升30%，利用PON的大带宽将高清视频实时回传，边缘云AI识别危险操作实时告警。

3.3生产现场敏感区域监控

（3）结合走航监测、定点监测、空气质量模型、大数据分析等技术，开发“点、面、域”多源融合VOCs立体监测预警溯源应用软件，协助企业对挥发性有机物（VOCs）进行全方位、全天候、全时段的监测管控与精准治理。实现VOCs年排放降低30%：分布式在线点监控，对厂区VOCs浓度的实时监测；5G实时回传走航车检测数据，实现面预警，溯源准确率提升20%；AI模型实现域决策，扩大溯源范围，有效降低预警数10%。

3.4VOCs监测溯源

（4）空地一体化无人机管线巡检：地面有线PON光路衔接长距离油罐管线的防爆传感装置，无人机整合激光雷达、云台视觉、红外等对障碍物的识别以及地形定位侦测技术，结合云计算、大数据、物联网、图像识别等现代信息技术，实现石化管线无人机自主巡检、现场异常信息（包括管线泄漏、温度异常、施工作业等）的自动采集、识别、分析、在线监测预警等功能。

3.5无人机管线巡检

项目整体以安全生产、绿色生产为导向，底层设备终端灵活接入双千兆网络，石化智云大数据，智慧、安全贯穿全域，赋能6大业务域多个应用场景，打造石化企业高质量工厂网络，创新企业工业互联网应用。

四、经济效益

4.1 项目收益

广州电信在本项目的合同签约收入达2000多万元，对于石化企业来说，按每年减少两次事故评估，预计可减少损失500 万元/年。基于“双千兆”的智能生产异常实时监管，可减少加工损失，全年预计可减少损失196.9 万元/年。此外按每年避免两次非计划停车，预计可减少损失500 万元/年。目前本项目已作为石化行业标杆样本，在行业内得到复制与宣传，签约金额过亿元。

4.2 空间分析

随着党的十九大开启高质量发展的新篇章，中国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段。2019年广东全省石化产业集群的规上企业超过6800 家，主营业务收入1.46 万亿元，居全国前三。据业内权威研究机构通过研究国内沿海大省的石化产业结合“一带一路”国家战略及粤港澳大湾区的发展规划，得出“石化业高质量发展看广东”的结论。

本项目的实施主体是石化主业，发挥着广东石化产业的中心作用，带动粤东、粤西“两翼”的发展。本项目的解决方案及产品通过“双千兆”+等信息化手段进一步提高石化产业的安全系数及环保指标，在全省、乃至全国范围内起到示范和标杆的作用，全国有近35万家化工企业，其中，90%企业有转型需求，70%专项预算，50%作为重大战略实施[1]。我们以广州石化作为示范，助力行业近110亿元规模的数字化产业升级。

4.3 生态圈延伸

该类项目依托企业投资+运营商投资+国家项目补贴启动，由石化企业联合中国电信、中兴、华为、粤通院以及石化盈科等合作伙伴，各自角色明确而清晰，共同打造了“双千兆”+智慧石化安全绿色解决方案，统一提供“双千兆”to B行业专网、工业互联网平台、“双千兆”终端集成、云和AI应用服务，积极探索商业模式落地，协同输出云网融合能力，为集团打造工业互联网双碳智慧园区样板。

五、   总结

综上所述，在当前石化通信向安全绿色集群发展的大形势下，采用5G+PON融合技术对传统石化工业防爆设备的热、烟、火、泄、集中等信息化能力改造，在可有效减少以往传统网络方式在该类敏感工业带来的安全隐患，并大幅提高石化企业在监控视频、数据湖、告警等大带宽应用场景的传输速率，减少时延，并进一步提高网络传输质量；此外，以石化龙头企业作为生态圈核心，带动新型基础设施建设投资，促进稳增长，同时拉动新一代信息技术、高端人才等创新要素投入，继而催生出新型服务消费和产品消费。预计未来5年，通过“双千兆”融合应用间接带动经济增加值达百亿以上经济规模。

参考文献

[1]覃伟中，谢道雄，赵劲松. 石油化工智能制造.化工工业出版社,2022.

[2]工信部、国家标准化管理委员会.《国家智能制造标准体系建设指南（2021版）》， 2021.

[3]王四光.面向5G网络前传承载方案提升网络质量的研究[J].中国新通信,2022,24(07):25-27.

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