5G技术在石油化工行业的应用研究

5G技术在石油化工行业的应用研究

贺龙 赵理生

新疆天利高新石化股份有限公司 新疆 独山子区833699

摘要：5G技术对石化行业的企业数字化转型、智能化发展起到了巨大的推动力，开拓了新的产业格局。一方面5G的发展为工业互联网落地起到加速助推的作用，加速产业融合，助推企业转型升级；另一方面，企业在5G+工业互联网下也推动石油化工行业在数字化推进过程中发展出现代化运营新模式，石化行业衍生产品也参与到5G行业的建设与扩张中，对化工产业升级起到推动作用。

关键词：5G技术；石油化工；应用措施

1 5G的主要特点

1.1支持了更高的频谱范围

4G及以前的通信标准的工作带宽基本部署在3GHz以下，5G的工作频率则在3～6GHz以及24～52GHz（毫米波段）这两个广阔频谱空间。对移动通信而言，频谱是最珍贵的资源。低频谱的可用范围小，而且被已有的移动通信系统长期占用，无法部署满足需求的通信带宽。而更高的频谱范围意味着更宽的通信带宽也就是更高的传输速率。

1.2支持了更大的系统带宽

4G系统的最大单载波带宽为20MHz。5G扩展了系统带宽，它在6GHz以下这个频段，其最大单载波带宽为100MHz，而在毫米波段，其最大单载波带宽可以达到400MHz。此外，5G相比4G，大幅提升了系统带宽的有效频谱效率，5G系统的频谱使用效率也从4G的90%提升到98%。

1.3增强了空口低时延技术

空口即空中接口，是指无线通信设备之间通过无线电波进行连接的接口。空口时延是通信系统时延的瓶颈，只有把空口时延做得更低，整个系统的低时延需求才可以得到保障。5G网络在空口时延方面是大大低于4G网络的，从4G的10ms降低为1ms。

1.4支持了大规模天线技术

大规模天线技术是对高频通信短板的补充。4G网络之所以不能使用更高的频谱范围，一个很重要的原因就是它不支持大规模天线技术。

1.5增强了终端节能技术

终端节能技术是保证海量大连接的基础。在工业生产领域，无线通信终端的种类繁多，受体积、重量、工作环境等因素的影响，这些终端无法像手机一样可以及时充电或更换电池，因此节能技术就显得尤为重要。

2.5G技术在石油化工行业的应用研究

2.1三张网络切片

(1）工业控制切片：主要面向对可靠性，时延敏感要求高的业务领域，5G三大典型场景中的超可靠低延时（u RLLC）正是解决此类需求的方案。在石油化工行业中，主要针对某些可靠性要求较高的工厂作业区的气体、温度、压力、振动、图像、声音等信息的采集，反馈和控制。比如工业自动化控制、机器人调度、远程操控等业务。

(2）工业多媒体切片：主要面向移动性强、高带宽、数据量大的业务领域，5G三大典型场景中的增强移动宽带（eMBB）正是解决此类需求的方案。在石油化工行业中，事故、火灾的救援防护是重中之重。利用5G+AR技术，可以建立与实际环境相一致的场景，快速提高消防人员对现场环境、装置特性的熟悉能力，提高消防人员的应急处置能力。

(3）工业物联网切片：主要面向低成本、低能耗、小数据量、海量连接的业务领域，5G三大典型场景中的海量大连接（mMTC）正是解决此类需求的方案。在石油化工行业中，利用5G物联网的广泛连接，可以实现对人员、设备、生产过程、仓储物料、安全保障等各方面信息的物联感知。

2.2六大应用场景

(1）安全与应急管理

针对直接作业环节中的受限空间类型作业，基于5G技术，可采集罐内的图像信息并远传展示，支持受限空间内部可燃气体浓度显示和远程行走路径控制，实现即时的气体检测和异常声、光报警。利用5G实施机器人巡检，可基于作业违章分析模型，开展用火作业、受限空间作业、高处作业等智能分析，对人员违章作业进行辅助管控，有效减少安全隐患。

(2）远程操控

5G时代的远程操控，可以弥合人与设备的距离。5G远程实时操控主要适用于封闭区域和开放道路下自动驾驶，以及化工生产等高危、恶劣环境下的远程作业，确保一线人员的作业安全。

(3）工业自动控制

5G可提供极低时延、高可靠、海量连接的网络，使得闭环控制应用通过无线网络连接成为可能。借助工业机器人等手段，工厂维护模式将全面升级。基于5G的智能工厂可以大幅度改善员工的劳动环境，促进数据流的贯通和共享，推进5G与自动控制的深层融合，连接工厂内外的人和机器，减少人工对生产线的干预，进一步提高生产过程的可控性，促进工厂实现自主化决策，提升生产效率和产品质量。

(4）供应链管理

以5G赋能物联网，借助AGV自动化搬运机器人，基于工业互联网平台，可以实现仓库无人值守化自动作业和物资收发高效流转，提高仓库整体运转效能；借助智能终端、摄像头视频监控，实现进出厂检查、厂内车辆轨迹监控、装卸作业的风险监控；借助图像识别、现场控制技术，实现车辆排队叫号、无人值守称重，提高物流安全水平以及作业效率。

(5）设备管理

石油石化企业属于资产密集型企业，生产连续性强，稳定的设备运行是保障生产正常的重要基础。5G网速的提升，可以支持图片、视频大数据量的传输与共享，带领我们进入万物互联的新时代，改变企业设备管理模式。将5G网络与各类传感器互联，无需布线，安装简单，同时还具备功耗低、可靠性高的优点，能够及时检测生产过程中发生的问题，发现故障位置。借助AI等手段，5G网络能够实现实时的监测预警，自动化的处置和修复设备故障，有效减少发现故障和排除问题隐患的时间，极大的提高工程人员对日常设备维护效率，降低现场人员工作强度，让专业人员有更丰富的时间深入研究设备状态及故障机理。

(6）环保管理

采用5G通信技术，对装置高点、隐蔽点等开展泄漏全方位监测，支持高清视频、光谱成像等大数据流量传输，实现单一数据监测向综合监测转变，使监测网络“耳聪目明”，从而进一步减少泄漏。基于环保系统的泄漏扩散模拟、泄漏危险源识别、泄漏监测、闭环管理功能，打造“全面感知、预警预测、集成协同、分析优化”能力。

5G的发展极大地促进了工业数据的增长和算力的发展，加速了行业数字化转型、智能化升级的进程，催生出以“端（智能终端设备/物联网）-边（边缘计算）-云（云计算）-网（5G和高速光纤网络）-智（行业智能）”为代表的新IT架构，推动数字化时代基础设施的代际革命。然而，不可忽略的是，IT和OT的融合仍然面临不少挑战，尤其是大量企业原有的工控设备是进口来的，标准碎片化、协议不开放，面临一些接入的难题，同时面向公众通信网的5G直接用到工业互联网也需要进行适应性改造。另一方面，除了5G技术标准不断的演进之外，物联网、云计算、边缘计算、人工智能等新一代数字技术仍然需要不断融合、创新与发展。

回顾历代移动通信技术，不难发现，每一代技术都肩负起了“提升业务性能，扩展应用范围”的使命。从1G到4G，主要是实现人与人之间的信息交互，满足信息互通、情感交流和感官享受的需要。在4G后期开始引入了物联网技术，而5G将移动物联网作为其核心业务，并逐步实现了工业互联网，即“生产工作的移动化”，可称为“移动物联网”。时至今日，6G规划早已开展。在人工智能应用蓬勃发展的今天，6G技术需要补充的一个短板是“思考学习的移动化”，我们可称之为“移动智联网”。

结束语

当前很多石化企业还需要进行工业2.0的“补课”，基础设施升级改造势在必行，要实现人、机、料、法、环、测的全面感知，就离不开工业有线和5G网络的升级改造，通过融合通信，形成支持协同互联的生产环境。我国“5G+工业互联网”的发展已经进入快车道，随着技术创新持续赋能，产业突破从无到有，生态构建从有到优，发展环境日益完善，我国石油化工行业的“5G+工业互联网”必将迎来新的发展阶段。

参考文献：

[1]刁俊武田壮论国柱.数字孪生技术在石油化工行业的应用研究[J].石化技术, 2022, 29(7):79-82.

[2]宫彦双,吴超,安超,等.智能化技术在石油化工行业的应用现状与前景分析[J].智能建筑与智慧城市, 2023(3):166-168.