“5G ＋工业互联网”赋能水泥行业提质增效

信 文｜李春宇 徐华锦 李 成

5G 的商用落地，并结合云计算、大数据、人工智能等新技术，为智能水泥工厂建设增添新动能。5G 灵活的网络部署模式，给工业企业解决数据安全问题、催生融合创新应用，带来了新的机遇

目前，水泥行业的发展正处于新旧动能更迭的关键阶段，对信息化建设的需求不断提高。5G的商用落地，并结合云计算、大数据、人工智能等新技术，为智能水泥工厂建设增添新动能。5G灵活的网络部署模式，给工业企业解决数据安全问题、催生融合创新应用，带来了新的机遇。红狮水泥、华润水泥、海螺水泥、千业水泥等一大批水泥企业积极发力，与基础电信企业合作，利用“5G ＋工业互联网”技术赋能水泥行业各大业务场景提质增效。

行业5G 网络部署的三种主流方式

目前，5G 行业专网建设主要可分为三种类型。

一是直接使用运营商的公众网络，通过网络切片等技术保证行业用户的网络资源。该模式适用于业务分散、需要广域覆盖、对数据安全要求不苛刻的场景，是一种低成本专网模式。

二是MEC（边缘基础设施）/UPF（核心网用户面网元）根据企业私有云位置下沉到本地、核心网独立或共享，企业数据本地卸载，可按需在本地边缘云配置各类本地业务。该模式在垂直行业中应用较多。

三是行业用户建设5G 专网，专网专用，需要申请专有频段，目前国内在试点阶段。

综合考虑行业应用需求，大型企业普遍选择第二种模式，即“5G ＋MEC”的网络部署模式，通过部署“边缘UPF ＋MEC 平台”，实现生产设备/设施、仪表仪器、传感器、控制系统、管理系统、工业应用系统等关键要素的泛在互联互通。

基于“5G ＋MEC”网络架构的两大优势

水泥企业的业务流程涉及矿山开采、生产制造、运维管理等诸多环节，园区面积大、业务流程长、终端较为分散，以“5G ＋MEC”为核心的网络架构能够高效地实现数据、资源、应用、安全、运维等多方面的云边协同，成为许多水泥企业建网的首选方案。UPF为用户私有化部署，无线基站、核心网控制面网元根据客户需求灵活部署，为行业用户提供部分物理独享的5G 专用网络。如图1 所示，基于5G 网络在园区内部机房部署下沉客户园区的“边缘UPF ＋MEC 平台”，平台上可部署业务应用以及其他第三方应用。同时，通过“边缘UPF ＋MEC 平台”的能力开放接口可将5G网络定位等能力以及移动业务能力开放给其他第三方应用，以便第三方按照各自的需求设计定制化的网络服务。“边缘UPF ＋MEC 平台”支持本地分流能力，将5G 网络和固定网络中符合分流规则的本地业务数据，按需分流到园区内部局域网络进行处理。

图1 基于MEC/UPF 下沉的混合专网部署架构示意图

水泥行业采用基于“5G ＋MEC”的建网方式主要具有以下两大优势：

园区数据不出厂。水泥企业面向5G SA 的MEC 解决方案部署架构可分为中心—节点两个层次。其中边缘MEC节点可为产业园区级，也可为某区县地市级。在边缘MEC 节点中，可根据业务类型选择是否提供公网出口，可以在本地卸载流量。5G 核心网中心可以只部署控制面，数据统一从用户面卸载，无需在中心再部署用户面网关，从而达到企业“园区数据不出厂”的目的，满足了工业企业对数据安全的要求。

生产办公“一张网”。水泥企业园区面积大，覆盖矿区、生产、办公等多个场景。结合业务需求，基于5G 可灵活采用多种模式进行无线覆盖，通过采用混合云、边云协同的架构满足核心业务对于性能、可靠性、安全性的需求，同步满足员工手机终端接入需求。通过打造生产办公“一张网”，可实现专网与公网互通，更加充分利用5G 网络资源。

基于5G 行业专网的一体化解决方案成为主流

在网络建设方面，“网、云、端、用”一体化的5G 行业专网部署方案成为主流。其中，云网融合为体系基础。水泥企业中的实时监测平台、人工智能算法分析平台等均可部署在云侧，通过互联网连接，支持云服务管理、设备联网、大数据分析等。基于“5G＋MEC”的专网部署，可实现互联网应用平台、企业办公网络、企业内网核心平台的专线打通，通过不同层级的数据汇聚实现企业网络一体化，以及终端和应用的融合管理。

在终端连接方面，目前主要通过5G CPE(客户前置设备)设备接入5G 网络，部分企业研发具备5G 通信能力的终端产品，例如摄像头、无人机、VR 设备、无人矿卡、手持终端等。工业终端设备接入无线网络需要安全认证方式，保证入网安全。重要传感器数据仍通过有线方式接入工业互联网网络，如在线设备监测系统数据等。在园区内，可覆盖矿山园区诸多场景，连接矿车、高清摄像头、VR/AR 应用等多终端。在室内，可覆盖厂区工业相机质检、工业机器人控制等生产场景，以及手机等移动终端设备。

在典型应用场景方面，主要集中在水泥生产、运输、管理等环节，包括智能化生产、机器视觉质检、预测性维护、人员行为监测等典型应用场景。例如在水泥生产环节，针对投料口、翻板阀堵塞堆积，传送皮带反转以及冒灰污染等情况，利用“5G ＋机器视觉”等技术可针对性地进行实时监测和报警。

由上文分析可以看出，基于5G 构建满足水泥行业业务发展需求的无线网络基础设施，融合云计算、大数据、人工智能等技术，形成面向水泥行业的“5G ＋工业互联网”一体化建设解决方案及典型应用场景，已经成为业界探索的重要方向之一。