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太阳电缆5G智慧工厂

· 赛特斯信息科技股份有限公司

 1　目标和概述 

随着5G在工业互联网领域的应用不断成熟，太阳电缆携手赛特斯信息科技股份有限公司、中国移动南平 市分公司围绕“5G+工业互联网”关键技术与行业融合创新应用开展深入合作，致力于帮助太阳电缆实现全面 信息化升级，打造福建省第一个跨区域5G虚拟专网， 持续提高设备数据感知与管理效率、提升设备安全管理 能力、大幅度降低人力成本和管理成本。

本项目旨在打造具备线缆行业和福建区域影响力、 可复制的5G智慧工厂，为福建省乃至全国线缆企业数 字化转型树立新标杆。

 2　方案介绍 

本项目重点打造“5G MEC边缘云”、“5G智联 车间”、“AI透明工厂”、“天车安全监控系统”、“视频质量监控系统”五大类应用场景。基于5G+MEC 融合技术构建一张5G跨区域虚拟专网，通过MEC边缘 云技术把服务能力和应用推进到网络边缘侧，提供强大 的本地化计算和数据处理能力，是企业数字化升级的工 业大脑，是实现智能制造的核心动力。基于5G边缘计 算网关实现核心车间171套拉丝机、挤铝机、阻水绕包 机等核心设备的全智联接入、高效数据采集与可视化数 据呈现，面向后端与管理平台进行数据交互，对产线工 艺流程进行统计分析，实现工艺优化升级。基于5G网 络实现工厂核心区域350余套高清摄像头的快速接入， 进而实现全景画面的实时采集与同步可视化呈现。通过 AI视频分析系统实现对异常行为、安防隐患的智能化监 管，保障企业安全生产，同时通过视频质量监控系统对 摄像机运行进行监控。通过对天车的实时监控和视频分 析，及时发现设备存在的安全隐患并发送现场和远程报 警，实现设备运行本质安全的提升。

 项目采用“一张网络+一个平台+N个应用”的整体设计理念进行设计和项目落地。

图1 太阳电缆5G智慧工厂体系架构 

 （1）一张网络： 一张网络指5G企业专网。5G企 业专网是为企业构建的安全可靠、性能稳定、服务可视 的定制化专属网络，为太阳电缆提供网络设备轻量化、 网络高可靠、低时延、易部署、综合成本低、维护简 单的企业专网。5G企业专网可同时承载工业数据、视 频、物联网等业务，专网专用保障工业互联的安全性， 为实现生产线智能化、柔性制造、智能制造等目标提供 可靠基础。 

（２）一个平台：一个平台指5G MEC平台。随着 5G+智慧工厂的建设，5G场景下的高速交互能力得以大 幅提升，从而促使大量应用需在网络边缘，即靠近用户 的本地位置上进行计算与存储，以满足超高带宽、极低 时延、万物互联的极致用户体验。因此，5G移动边缘计 算（Multi-Access Edge Computing，MEC）应运而 生。5G MEC平台通过将传统运营商5G核心网（5GC） 的用户面功能（UPF）下沉到网络边缘，根据太阳电缆 的实际情况，将平台部署至太阳电缆企业机房，将应用 数据本地分流至边缘MEC处理，同时为第三方应用提供 开放的平台与管理能力，从而可以为运营商或垂直行业 用户提供高效、实时、安全的边缘计算网络服务。 

（3）N个应用：N个应用指各类不同领域的企业应 用。应用内容涵盖车间设备智联、AI视觉应用、设备智 能控制、视频监控系统实时监测等多方面。通过不同应 用的部署和利用，提升企业智能制造、高效管理能力。 项目共涵盖以下五个方面： 

2.1　5G MEC边缘云 

 图2 

 （1）硬件与网络部署

 5G MEC边缘云服务器与万兆交换机一同部署于太 阳电缆总厂机房；UPF由运营商提供，部署于南平移动 接入机房；MEC服务器通过网线直连与企业内网交换 机连接，为企业内网提供MEC中的应用访问和使用。 MEC服务器通过连接万兆交换机，通过万兆交换机与 UPF光纤（2根）连接。 

（2）软件功能 

MEC边缘云服务器部署MEC平台1套。用于对当 前MEC服务器进行节点管理（节点新增、修改、删 除、IP管理等）、资源监控与管理（CPU数量、内存大 小、存储空间以及CPU、内存、存储利用率情况）、应 用全生命周期管理（应用容器化部署、升级、卸载、镜 像管理、应用列表查询等）。

 2.2　5G智联车间 

5G全智联工厂通过5G智能网关，实现现场设备PLC 的协议对接，进行实时数据采集、清洗，导出至MEC边 缘DC。根据用户业务需求，对生产设备运行状态、生产 设备告警、生产设备稼动时间、设备利用率等进行全方 位分析，并将各类统计分析数据予以可视化展现。

 图3 5G全智联工厂数据中心界面图 

（1）系统架构 

图4 5G全智联工厂系统架构图 

（2）硬件部署 

针对工厂现场待采集的PLC，部署PLC以太网通讯 模组，通讯模组与千兆交换机网线连接。每台千兆交换 机网线连接一台5G边缘网关。每台5G边缘网关负责其各 自连接的千兆以太网所覆盖连接的PLC进行数据采集。 

（3）软件功能

 · 网关软件：5G边缘网关部署协议适配和数据采集 软件，以及数据清洗、数据导出微服务。将采集现场 PLC实时开关量、模拟量数据，并进行初步清洗转换，导出至MEC边缘DC。

 · 边缘DC：边缘DC（边缘数据中心）包括关系数 据库、MQTT消息中心、数据接口开放API三部分。关系数据库用来存储采集数据、系统业务数据、用户数 据。MQTT消息中心用来通过消息的订阅、发布完成现 场数据采集并导出至消息中心缓存，以及入库至关系数 据库。数据接口开放API，通过发布方式和标准REST 接口方式进行数据接口能力开放。

 · 数据分析可视化：基于生产设备采集数据进行分 析，通过可视化应用进行生产数据、生产设备状态监 控、设备告警等核心指标的查询、统计分析等功能。

 2.3 　AI透明工厂 

实现太阳电缆一厂、二厂两个厂区核心区域AR 360 度全景监控。实现业务标签数据在AR全景园区的可视化 界面的叠加。实现核心区域的画面监控与多画面播放。 实现AI视觉分析算法解决生产安全隐患（安全帽识别、 工装识别、设备开关门识别、危险区域入侵识别）。 

（1）系统架构 

图5 AI透明工厂系统架构图 

（2）硬件部署 

本项目新增AR全景相机两台，分别部署在一厂和 二厂内部。 

（3）软件功能

 · 核心区域可视化：软件部署于MEC边缘云服务 器。实现一厂、二厂360度AR全景监控和视图展现，并结合数据采集分析数据的能力开放API实现生产数据图 层标签叠加实时展现。

 · 多画面播放软件：软件部署于MEC边缘云服务 器。支持1分屏、4分屏、9分屏、16分屏多画面播放。 用于播放核心区域安全帽、工装、危险区域电子围栏等 场景下的多画面监控直播。视频流来自企业总部机房部 署的NVR。视频流网络通过MEC与企业内部局域网交 换机连接打通。

 · AI算法应用：软件部署于MEC边缘云服务器。算 法应用包括三套视觉AI分析算法。算法分别为安全帽识 别、工装识别、设备开关门识别、危险区域入侵识别。

 · 报警联动模块：模块部署于MEC边缘云服务器。基 于AI识别算法产生的告警，在AR全景工厂页面进行实时 展现，并将告警信息推送至相关人员的短信、邮箱。 

2.4　天车安全监控系统

 通过部署于5G MEC内的视频分析算法，对天车吊 装钢缆和下方吊装区域进行识别，确保钢缆脱轨及时发 现和吊装区域无人员闯入。相关异常情况通过现场声光 报警和PC查看两种方式进行告警通知，确保异常及时 发现、及时通知和及时处理。 

（1）系统架构 

图6 天车安全监控系统架构图 

（2）硬件部署 

部署在钢缆扶手旁的线扫相机实时抓拍钢缆卷轴处 的照片，并通过现场部署的分析主机进行图像分析，对 钢缆脱轨的情形进行实时监测。若发现异常行为，一方 面通过现场信号发送至现场声光报警器，另一方面将分 析结果通过5G边缘计算网关发送至天车安全监控系统 的监控平台。吊装区域监控相机通过网线接入5G边缘 计算网关，将视频流传送至5G MEC服务器。5G MEC 服务器内部署相应的算法，对工作区域进行入侵检测， 防止工作区域内非相关人员进入，造成人身伤害。 

（3）软件功能

 · 天车钢缆脱轨检测：通过安装于天车上方的摄像 机，对钢缆卷轴表面钢缆进行视频拍摄，拍摄的视频实时发送给现场5G AI网关进行分析。天车钢缆脱轨检测 针对钢缆未按顺序排列以及钢缆跨出正常工作区域两种 类型的脱轨进行检测。 

· 吊装区域入侵检测：针对天车下方吊装区域，部 署于天车的视频相机实时拍摄吊装区域情况，视频数据 同步发送至5G AI网关。吊装区域入侵检测算法可识别 出现场发生人员入侵吊装区域的情况，防止无关人员进 入吊装区域。

 · 异常告警：算法发现现场异常情况后，通过现场 声光告警、监控页面告警、短信告警等方式进行异常告 警推送。现场发出报警信息后，现场工作人员需及时检 查钢缆情况或工作区域人员入侵情况，第一时间解除天 车风险。同时将异常照片保存至MEC服务器内，方便 后续查看。

 · 报警及异常查看平台：通过统一的查询页面，对 实时报警和历史报警进行查看，同时支持后期数据汇总和数据分析。

 2.5　视频质量监测系统 

太阳电缆工厂已建设覆盖一厂、二厂两个厂区完 整的视频监控体系，包含生产区域、办公区域及厂区周 边，部署超过一百多个摄像头。但是目前无有效的视频 监测质量监测系统，安防摄像系统处于黑盒运行的状 态，无法时刻检查每个摄像头是否在线、摄像画面是否 正常。当摄像头出现问题时，由于网络架构较为复杂， 故障定位需要花费大量的人力和时间。 通过部署一套视频监测系统，代替人工巡检，实时 检查各路视频摄像头，确保画面回传正常，保障NVR 中录制的录像视频质量良好，实现各摄像头监控视频完整、无缺失、可追溯。 

（1）系统架构 

图7 视频质量监测系统架构图 

（2）系统功能

 · 视频质量评估：建立数据分析指标体系，综合分 析摄像头业务质量，全面评估监控视频质量。 

 · 视频告警：实时故障监测，及时感知摄像头视频 业务质量，按等级触发业务中断/质差告警，提高监控 效率和应急响应能力。

 · 视频故障分析：对视频流故障总体情况进行评 估，及时掌握故障总体态势。对视频流故障成因进行深入分析，帮助维护人员确定故障主因，采取有针对性的 主动维护措施。

 · 故障定位：实现业务端到端故障定位，精准定位 故障/质差发生具体位置，帮助维护人员快速定位问题点。

 3　代表性及推广价值 

通过本项目的全面实施部署，一方面提高了企业的 安全管理能力和生产效率，通过AI视频分析，提升现场 安全作业的管理能力，降低生产违规行为，不断减少生 产事故，促进企业以人为本理念的落实。通过远程数据 采集、智能设备控制、5G+企业应用，提升工作效率、 降低不合格产品比例，从而降低企业原料消耗，增加企 业产值；另一方面为企业提供生产排产等工作的数据支 撑，提升排产合理性和经济型，提高设备利用率，从而 缩短生产交付时间、降低工人工作强度，提升企业管理 的有序性。 

本项目作为5G智慧工厂的应用，部署了大量的 相关企业应用。针对工厂的实际使用情况，不断完善 5G与数据采集、远程控制、数据交互的相互协同。 一方面可以不断夯实5G与企业应用的深度结合能 力，催紧5G在行业内的规模化应用；另一方面也能 够加深企业对5G智慧工厂的理解，不断提高企业对 5G智慧工厂能力的利用，为5G行业应用提供改进契 机和“催化剂”，通过循环优化推动5G应用水平的 持续提升。

 本项目的实施需要采购一定规模网络设备，未来这 些设备还需进一步升级改造，这将刺激国内外设备制造 企业更加深入参与5G产业开发与运营；另一方面，本 项目实施将带动终端的升级换代，促进终端生产企业及 芯片厂商制造更先进、更丰富的产品。

来源 | 《自动化博览》2023年第2期暨《边缘计算2023专辑》