05   山西亚鑫5G+四大车远程控制项目

所在地市：太原市

参与单位：山西亚鑫新能科技有限公司、中国联合网络通信有限公司太原市分公司、联通（山西）产业互联网有限公司

技术特点：通过5G无线结合有线通信的方式为四大车的无人远程操作和监控场景提供可靠、安全的运营商级别的通信质量，同时为后续焦炉底的机器人自动巡检提供通信底座。

应用成效：5G+四大车远程控制的应用，提升生产效率10%以上，减少现场人员30%，实现公网、专网业务隔离，保证园区数据传输网络专网专用，满足了数据安全性要求，时延下降至20ms以下。

一、企业简介

山西亚鑫新能科技有限公司（简称亚鑫集团），始建于1994年，经过多年的经营，形成以煤焦化工、高新材料、文化旅游三大板块产业为主，配套物流贸易、煤炭洗选等产业于一体的多元化实业型集团企业，是太原市三大气源主要供应基地。现拥有焦炭生产能力280万吨/年、焦煤生产能力360万吨/年、煤炭洗选能力660万吨/年。

二、案例背景

山西亚鑫新能科技有限公司（简称亚鑫集团），始建于1994年，经过多年的经营，形成以煤焦化工、高新材料、文化旅游三大板块产业为主，配套物流贸易、煤炭洗选等产业于一体的多元化实业型集团企业，是太原市三大气源主要供应基地。现拥有焦炭生产能力280万吨/年、焦煤生产能力360万吨/年、煤炭洗选能力660万吨/年。

现阶段，亚鑫集团焦化厂正全面加快建成智能制造工厂的部署，推进“四大车”智能化升级改造，提升焦炭生产作业的效率和安全，实现装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车的无人值守、实时远程操作和远程监控，逐步建成5G+智能化制造示范企业。

三、实施方案

1.整体架构

本项目采用联通5G混合专网组网模式，为山西亚鑫新能科技有限公司新建一套5G混合专网，实现焦炉厂工作面区域内四大车远程操控及视频监控数据通信的需求，同时将原有的WiFi无线传输方式保留作为备份，提升四大车远程操控系统的容灾和应急能力。

山西亚鑫新能科技有限公司5G混合专网建设方案：

基于远控业务与通信主备容灾需求，山西亚鑫新能科技有限公司5G专网建设项目按照网络侧主备方案建设，5G专网覆盖焦炉生产区域作为四大车运行的主要无线通信方式，同时基于端侧交换机和集控交换机的双发选收能力，原WiFi通信网络形成热备网络，通信组网方案如下图所示：

2.主要功能

根据客户需求分析，未来组网将实现“PLC控制+视频监控”通过5G专网回传至中控室，实现监控大厅集中调度功能，为未来焦炉底的机器人自动巡检提供通信底座。需求实现方案按照“PLC控制上线-视频监控上线-机器人上线”三个步骤实施。本期方案聚焦于PLC控制改造项目。

通过园区共5台AAU的覆盖，实现了焦炉四大车通信使用的5G信号覆盖及数据传输无盲区。5G网络单用户下行峰值速率1Gbsp以上，上行峰值速率100Mbsp以上，满足了四大车远程操控的应用需求。

在亚鑫园区单独、新建传输承载设备，即在亚鑫核心机房新装1台BBU和1台传输承载设备980C，实现了相关设备间的互联通信；向上与联通智能城域网环网对接，实现5G基站与公用UPF、大区5G核心网以及联通网管系统的通信；向下对接基站与园区UPF，实现园区业务数据通信；同时实现了公网、专网业务隔离，保证园区数据传输网络专网专用，满足了数据安全性和时延要求。

联通核心网采用5G SA技术架构，结合5G标准特有的边缘计算和网络切片技术满足焦炉厂高可靠、低时延、大带宽、数据安全等业务保障需求。基于中国联通5G网络架构，实现了公网、专网业务隔离，为焦炉厂用户提供5G专网UPF独享模式服务。

3.项目方案

本项目采用联通5G混合专网组网模式，为山西亚鑫新能科技有限公司新建一套5G混合专网，实现焦炉厂工作面区域内四大车远程操控及视频监控数据通信的需求，同时将原有的WiFi无线传输方式保留作为备份，提升四大车远程操控系统的容灾和应急能力。

山西亚鑫新能科技有限公司5G混合专网建设方案：

基于远控业务与通信主备容灾需求，山西亚鑫新能科技有限公司5G专网建设项目按照网络侧主备方案建设，5G专网覆盖焦炉生产区域作为四大车运行的主要无线通信方式，同时基于端侧交换机和集控交换机的双发选收能力，原WiFi通信网络形成热备网络，通信组网方案如下图所示：

四大车远程操控5G专网与WiFi通信主备组网拓扑图

4.1  5G无线建设方案

（1）5G基站无线覆盖方案

5G基站覆盖图（绿色为现有，红色为新增）

此前已经通过园区共5台AAU的覆盖，实现了焦炉四大车通信使用的5G信号覆盖及数据传输无盲区。

5G网络单用户下行峰值速率1Gbsp以上，上行峰值速率100Mbsp以上，能满足四大车远程操控的应用需求。后续如有业务增加可通过上行增强、载波聚合方式等方式增强上下吞吐速率。

4.2 传输建设方案

综合考虑数据安全性和时延要求，在亚鑫园区单独、新建传输承载设备，即在亚鑫核心机房新装1台BBU和1台传输承载设备980C，实现相关设备间的互联通信；向上与联通智能城域网环网对接，实现5G基站与公用UPF、大区5G核心网以及联通网管系统的通信；向下对接基站与园区UPF，实现园区业务数据通信；同时实现公网、专网业务隔离，保证园区数据传输网络专网专用。

980C下沉到厂区最终实现双路由成环，且接入城域网和亚鑫厂区的光缆均已经接入地下管线，可有效避免传输光缆中断的风险；且最大限度保障数据安全隔离，大大降低业务无线空口时延，满足四大车无线远程控制和无线监控的实时性要求。

4.3 核心网园区UPF建设方案

联通核心网采用5G SA技术架构，结合5G标准特有的边缘计算和网络切片技术满足焦炉厂高可靠、低时延、大带宽、数据安全等业务保障需求。基于中国联通5G网络架构，实现公网、专网业务隔离，为焦炉厂用户提供5G专网UPF独享模式服务。

核心网用户面UPF下沉到厂区，实现业务数据不出园区，尤其针对视频类存在大量数据传输需求的应用，能够实现数据在园区内的本地存储和运算，节省边缘到核心网和 Internet 的传输资源开销和商业成本。

（一）核心网签约：CPE网关使用固定IP地址；

（二）本次配置部署仅针对于PLC业务，未包含视频等其它业务；

（三）CPE网关预置5G模组，终端支持配置桥模式；

（四）核心网及承载网通过N6接口打通与中控侧AR的路由，用于作为VxLAN隧道的underlay网络；

（五）CPE网关需支持VxLAN隧道配置、工业WIFI网关；支持备份路径选取；

核心网园区UPF组网图

基于业务需求，本期在大间台机房处建设一套UPF（规格2*2U）主备配置，最大支持10GE吞吐率，配置业务交换机2台，管理交换机1台，防火墙2台，满足调度及业务管理需求的情况下同时实现设备主备配置。

4.4 端侧建设方案

本方案新增的端侧设备为5G 工业CPE和汇聚交换机AR。

5G 工业CPE通过空口与5G基站对接，将5G无线信号转换为有线信号，使得四大车自控系统间接接入5G网络。通过对5G工业CPE进行vlan划分，保障视频流和控制流传输通道各自独立。

汇聚交换机AR实现对5G和WiFi通信数据的双发选收，达到四大车无线通信热备的目的。

端侧5G工业CPE组网

远程操控指令数据流程为：中控室发布操作计划指令→大间台后台系统下发PLC工控指令→CPE转发PLC工控指令→UPF将指令数据分流下发5G基站→5G CPE接收基站AAU发射的5G无线信号，并将5G信号转换为以太网有线信号→端侧交换机对5G和wifi数据做双发选收处理，并将PLC工控指令传输给本车自动控制系统，反向数据传输亦然。

5G工业CPE部署位置与现有推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车上的WiFi通信设备一致，采用室外外挂方式。每辆车配2台CPE，另外配置2台备用，共32台CPE。

5G工业CPE设备性能：工业级终端产品，具备防水、防尘、抗震、抗电磁干扰、抗低、高温特性，满足工业环境较复杂的室内外环境应用需求，实现工业以太网协议与5G网络协议的适配。

终端选型及配置数量：

5G工业 CPE：联通雁飞5G工业网关2号，IP66防护，共32台

AR：华为AR6280系列，大间台靠近UPF侧1台。

4.5 组网调试方案

（一）方案描述

根据客户需求分析，未来组网将实现“PLC控制+视频监控”通过5G专网回传至中控室，实现监控大厅集中调度功能，为未来焦炉底的机器人自动巡检提供通信底座。需求实现方案按照“PLC控制上线-视频监控上线-机器人上线”三个步骤实施。本期方案聚焦于PLC控制改造项目。

本期计划采用“CPE+AR”的组网方案，将传统端侧汇聚ＡＲ设备功能融合在CPE设备中，尽量控制用户投资的前提下，实现减少对现有工业组网的改造，满足现有L2/L3组网要求。

改造实施拓扑图1

改造实施拓扑图2

通过端侧CPE+中控侧华为AR的无线5G组网方式，构建一条高可靠VxLAN L2隧道，将下挂在CPE下的端侧PLC设备流量转发至PLC总控制器和监控大厅，实现监控大厅远程控制PLC总控，PLC总控控制端侧PLC，进而控制车机的功能。同时，5G CPE具备链路备份功能，为保护用户投资，可将现有车机侧WIFI设备（Presoft厂家）直接接入5G CPE，提供基于WIFI信号的备用链路，形成5G(主用)+WIFI(备用)的传输模式，当5G信号出现问题时，控制信号通过备用链路进行传输，从而达到高可靠性要求。方案说明如下：

1.端侧CPE(雁飞工业网关)与中控侧华为AR之间通过5G信号，建立VxLAN隧道，流量默认通过VxLAN隧道至AR设备后，通过中控侧PLC控制器至大中台；

2.当5G信号失效时，CPE链路备份功能激活，流量通过有线转发至WIFI设备(AP)，通过原有方式进行流量传输；

3.CPE侧建立基于VxLAN隧道对端IP地址的BFD路由可达性检测策略，通过关联VxLAN隧道的BFD会话进行主备用链路快速切换，实现L2高可靠组网互通。

四、实施成效

1、山西亚鑫新能科技有限公司四大车远程控制场景5G专网建设项目，属于山西省第一批5G+全连接工厂项目，其项目的优秀完成使得太原联通在本地形成了标杆效应，在太原煤化工企业得等到了很好的宣传。对于该行业平台的标准以及价格，都有一定的参考作用，对于以后本地区化工安全监管平台的发展有一定的指导作用。

2、通过园区共5台AAU的覆盖，实现了焦炉四大车通信使用的5G信号覆盖及数据传输无盲区。5G网络单用户下行峰值速率1Gbsp以上，上行峰值速率100Mbsp以上，满足了四大车远程操控的应用需求。

3、在亚鑫园区单独、新建传输承载设备，实现了相关设备间的互联通信；向上与联通智能城域网环网对接，实现5G基站与公用UPF、大区5G核心网以及联通网管系统的通信；向下对接基站与园区UPF，实现园区业务数据通信；同时实现了公网、专网业务隔离，保证园区数据传输网络专网专用，满足了数据安全性和时延要求。

4、联通核心网采用5G SA技术架构，结合5G标准特有的边缘计算和网络切片技术满足了焦炉厂高可靠、低时延、大带宽、数据安全等业务保障需求。

五、创新亮点

亚鑫集团通过全面加快建成智能制造工厂的部署，大力加强科技创新，充分利用5G在无线化、广连接、大带宽、低时延方面的优势，推进“四大车”智能化升级改造，实现装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车的无人值守、实时远程操作和远程监控，提升焦炭生产作业的效率和安全，打造“5G+智能化制造”示范企业。

六、案例图片