2024年电池制造工厂工业PON网络建设规范研究报告

业务场景分析

电池制造企业数字化转型关键痛点

光伏太阳能、新能源等电池制造企业当前遇到的痛点难点主要集中在三个方面： （1）产品质量和可追溯性要求极高，传统的质量检测控制方案难以满足 。（2）制造产线生产装备的维护难度不断增加，需要数字化的运维管理系统 。（3）MES流程控制、机器视觉、数字孪生等智能化技术应用普及，业务数据传输可靠性仍需提升。

电池制造企业数字化转型关键趋势

建立智能化的质量检测系统。 能源电池制造企业建立智能化的质量检测系统，已经成为企业数字化转型的关键趋势。智能化的质量检测 系统利用人工智能、大数据分析、物联网等先进技术，实现了对电池生产过程中各个环节的实时监测和数 据分析。通过对生产过程中的关键参数进行监测和分析，可以及时发现生产异常和质量问题，并采取相应 的措施进行调整和改进，从而保障产品质量和生产效率。与传统的质量检测方法相比，智能化的质量检测 系统具有以下优势： 实时监测：智能化系统能够实时监测生产过程中的各项参数和指标，及时发现问题并进行处理，避免质量 问题的扩大和影响。 数据分析：通过对海量数据的分析，智能化系统可以发现隐藏在数据背后的规律和趋势，帮助企业优化生 产流程和提升产品质量。 自动化控制：智能化系统能够实现自动化控制，减少人为因素对质量的影响，提高检测的准确性和一致性。 智能预警：基于数据分析和预测模型，智能化系统可以提前预警潜在的质量问题，帮助企业采取预防性措 施，降低质量风险。 因此，新能源电池制造企业建立智能化的质量检测系统已经成为企业数字化转型的关键趋势，将有助于提 升产品质量、提高生产效率，实现可持续发展。

电池制造企业数字化转型对网络的关键诉求

具备充足稳定的传输带宽、低传输时延能力。 在新能源电池的制造过程中，采用智能化质量检测系统已成为提升产品质量的关键手段。这一系统通过图 像识别技术精准检测电池的外观及内部结构，并利用智能传感技术测定电池的容量、电压、电流等关键参 数是否达到标准要求。

线阵、高清面阵、3D工业相机和传感器被部署以采集待检测产品的质量相关参数。这些包括高清 图像数据、传感数据以及产线运行数据，它们通过工业PON网络传输至视觉与传感数据分析处理系 统、MES（制造执行系统）和生产数据存储数据库。在这一过程中，视觉和传感数据分析处理系统承担着 对产品质量数据进行深入分析的任务，其分析结果将实时指导产线上的执行设备采取相应的策略。同 时，MES系统负责对产线运行数据进行分析，并据此通知产线设备执行合适的生产策略。此外，生产数据 存储数据库则负责将生产和质量数据进行归档，为未来的质量追溯提供支持。这一整套流程确保了生产过 程中质量控制的高效和精准。 上述各类工业相机、传感器、PLC控制器、数据分析系统、MES服务器产生的数据，均需要网络提供充足 的、稳定的传输带宽以及足够低的传输时延，以确保数据传输的稳定性和实时性。

关键技术

工业PON网络和传统网络方案差异

网络架构差异

传统以太网交换机网络，核心交换机部署于核心机房，汇聚交换机部署于生产车间弱电间、办公楼宇弱电 间或者楼层弱电间，接入交换机一般部署于生产车间机柜、办公楼层弱电间。核心交换机、汇聚交换机和 接入交换机之间通常采用光纤互连。生产车间机柜、办公楼层弱电间的接入交换机提供标准的以太网端 口，提供各种用户终端的接入能力。从接入交换机到各种用户终端采用网线，线缆长度通常不大于90米。 工业PON网络的核心交换机和OLT部署于核心机房，无源分光器通常放置于生产车间弱电间、办公楼层 弱电间，ONU放置于尽可能靠近最终接入终端的位置。核心交换机及OLT和ONU之间采用单模光纤互 连。ONU提供标准的以太网端口，提供各种接入终端的接入能力。从ONU到各种接入终端采用网线，电 缆长度通常小于10米。

综合布线差异

工业PON网络和传统以太网交换机网络在综合布线上也有差异，主要是在接入层水平布线上有差异。 传统以太网交换机网络的综合布线中，核心交换机部署于园区的核心机房，汇聚交换机通常部署于弱电 间，接入交换机通常部署于生产车间机柜或办公楼层的弱电间。核心交换机和汇聚交换机之间，汇聚交换 机和接入交换机之间都是采用光纤进行连接，但是从生产车间机柜或办公楼层弱电间到接入设备的水平布 线采用的是水平电缆，通常采用的水平电缆包括Cat5（5类线）、Cat6（6类线）、Cat6A （超6类 线）、Cat7（7类线）、Cat7A（超7类线）等。 工业PON网络的综合布线主要是采用光纤。核心交换机和OLT部署于园区的核心机房，弱电间只部署无 源分光器，从核心机房到楼宇/楼层弱电间采用光纤进行连接。ONU设备部署于车间机台或办公桌面等工 作区域，从弱电间到这些工作区域之间采用单模光纤进行水平布线。

工业PON网络关键技术

可靠性保障技术

可靠性保障技术是确保数据传输稳定性和连续性的关键，在工业PON网络的构建中，光纤链路保护采用 Type B和Type C两种保护方案来提高网络的可靠性。 Type B保护方案专注于OLT与分光器之间的主干光纤链路保护，适用于电池制造工厂的办公网络和安防 网络。 Type C保护方案提供全链路的双冗余保护，覆盖从OLT到分光器之间的主干光纤链路，以及分光器和 ONU之间的分支光纤链路。这种方案因其全方位的保护而具有最高的可靠性。为了进一步增强网络的自愈 能力，降低光纤链路故障导致的系统切换自愈时间，Type C方案还结合了快速倒换和双发选收技术，确 保光纤链路出现故障时，生产业务不会中断。因此，Type C保护方案适用于电池制造工厂的车间生产网 络，确保生产业务全时在线。

确定性低时延技术

电池制造企业在远程工业控制、机器人协同作业等应用场景不但对工业PON有低时延有明确要求，更要求 工业PON能够保障时延抖动不能过大，即工业PON具备确定性时延技术，实现远程控制、远程协作类业 务“准时、准确、快速”的数据传输。 通用的PON传输技术采用动态带宽时隙分配机制、传统交换机传输技术采用统计复用分配机制，以最大限 度提升线路带宽资源的利用率。动态带宽时隙和统计复用分配技术，不同终端的业务数据共享链路和网络 设备的转发资源，传输时延会受到业务数据流量和包长的影响，时延时大时小不确定。 工业PON采用固定带宽分配技术降低动态带宽调整引入的时延和抖动，同时采用单帧多突发技术提升数据调度频率，从而降低传输时延。相比普通PON技术工业PON技术的最大传输时延由2ms~10ms降低至 100us。

工业PON建设原则和关键因素

建设原则

客户需求优先原则：规划设计一定要基于客户标书或者应用场景等正式需求文件进行设计，满足客户的使 用要求。 可靠性原则：组网和设备可靠性需满足客户要求，充分考虑设备及物理线路的冗余备份。 可扩展性原则：网络设备以及ODN基础设施需具备可扩展性，如OLT有可用于扩展的槽位，ONU具有多 余的空闲接口，光缆有一定的光纤资源预留，光路连接设备有多余的连接接口，以及安装空间有预留等， 方便后续满足其他业务接入、带宽及信息节点扩容、网络整体升级等要求。 经济性原则：需考虑网络系统综合成本最优，要统筹考虑设备成本、工程成本、维护成本，以及后期管理 的便利性，充分利用既有可用资源。 易实施性原则：项目建设要尽量做到线缆少、节点少，布线路由合理，布线空间充足，设备安装位置及空 间适当，以便于工程实施与维护。 易维护性原则：选择通用型的基础设施结构件及光路器件等，以便备件替换等。

组网架构设计

电池制造工厂网络根据服务对象及功能属性，一般配备生产网、办公网、安防网等，生产网服务于企业生 产系统主要包括企业资源规划系统ERP、产品生命周期管理系统PLM系统、制造执行系统MES等；安防 网服务于安防系统包括厂务监控系统FMCS等。办公网服务于办公系统满足企业员工日常办公需要。上述 应用网络根据安全性要求、系统规模和生产组织管理的使用需求，可组合式选择物理隔离网络或逻辑隔离 网络架构。 电池制造工厂企业为了最大限度的确保生产数据传输的可靠性和安全性，生产网通常建立物理隔离的独立 网络。工业PON专网切片技术为安防网、办公网提供了全新的组网方案。网络组网架构推荐二种方式： 方式1：生产网独立建网，安防网和办公网融合建网。 方式2：生产网、安防网、办公网独立建网。

工业PON建设规范

生产网络建设规范

网络架构要求

网络核心层由生产核心交换机和光汇聚OLT设备构成，部署在工厂的中心 机房。汇聚层由无源分光器构成，通常部署在工厂车间的弱电间或车间机柜。接入层由工业级ONU构 成，ONU部署在机器机柜内或机器附近的信息箱。

生产网络采用Type C双归属保护组网。在核心层，需要配置2台OLT设备互为保护备份、分担业务流量， 确保了核心层网络的可靠性。在汇聚层，无源分光器两台一组互为备份，确保了汇聚层设备的可靠性。光 纤链路方面，从核心层OLT至接入层ONU的光纤链路均采用双冗余保护，确保物理传输介质的可靠性。

办公网络建设规范

企业园区办公网络是企业员工日常处理工作的重要载体，公司领导层、研发部门、财务部门、生产部门、 供应部门、行政部门等均需要办公网络来承载日常的工作内容，办公网络的性能好坏对企业正常运营起到 了至关重要的作用。

网络架构要求

网络核心层由核心交换机和OLT设备构成，部署在园区中心机房。汇聚层 由无源分光器构成，通常部署在办公楼层弱电间。接入层由园区ONU构成，ONU部署在办公间的信息箱 或桌面。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）