5G工业互联阶段二：5G产线工控网

5G深入核心生产环节的第二阶段,主要致力于实现产线内部通信的5G化转型.其中工控5G化作为主攻方向,在规划时综合考虑了数采、安全通信等技术指标的具体应用.

工艺部件工控通信5G化：

如图所示，在某自动化生产线上采用了一种新型数据传输方案。该方案以产线主控站PLC为核心，在系统中主要实现了以下几类数据传输关系：一是主控站与产线上机器人控制器之间的C2C级数据传输；二是主控站与各工况设备接口之间的C2IO级数据传输；三是各机器人控制器与工况设备接口之间的本地化C2IO级数据传输。值得注意的是，在不同生产线之间还存在跨生产线间的少量C2C级数据传输（文中未具体标注）。基于5G技术对工业以太网的改造工作重点作用于工业以太网的端口单元。在受控设备侧端点主要包括独立的IO模块以及内置IO模块的设备（主要为阀岛）。

考虑到独立IO模块等外部因素的影响以及阀岛周边空间受限的问题，并受设备震动等外部干扰的影响，在机柜内无法安置相关设备的情况下，则通常建议采用内置5G模组的方式进行更换（除已放置于机柜内的设备外）。对于SCADA控制器这一部分，则是数量有限的PLC、SCADA系统中的机器人控制器等设备。这些类型的一般配置均需放置于控制机柜内，并无需额外要求内置5G模组。因此，在这种情况下，则可以直接选择外置型5G通信设备即可满足需求。在产线上对工业以太网进行5G化改造的具体范围，则需根据前述柔性化生产策略来确定。大致可分为两类情况：

全方位升级生产模式, 高效生产线的快速重构: 设备间的工控通信系统全部实现了5G化改造,以满足生产线高效重组的需求为目标.

无线改造， 降低线损。产线内部，仅将具备移动的设备连接5G化。

对于第二类场景，在实际部署过程中可能会由于组网相关性而导致最终结果出现全部节点连接无线化的现象，并带来简化网络管理的好处。例如，在分析某生产线现有有线组网关系后发现部分关键设备已具备向上传输需求，则建议对该生产线进行全面升级至5G网络架构，并去除原有的有线组网设备以优化网络布局。

数采通信5G化：

当前，在数采领域各条生产线的发展水平存在差异。其中一些生产线仅依赖于产线PLC和机器人来进行向上级的数据采集，并且其覆盖的数据内容较为有限。随着技术的进步和发展，在许多工厂中已开始重视从设备端采集更多元的数据，并以此为基础实现预测性维护甚至实时工艺优化的目标。这时就需要探讨如何在产线内部众多设备之间建立起数据采集网络以便获取更多的数据源。目前已有部分企业开始尝试利用5G技术来降低组网施工的复杂性，并结合本阶段工业控制5G化，在同一台生产设备上未来有望整合一个统一的5G终端来同时满足工控通信和扩展数据采集的需求。

安全通信5G化：

首先需要从安全性的影响出发评估安全通信部件的连接是否适合采用5G技术。功能安全部件是否实现5G化需综合考虑以下两个关键因素：第一，在设计时就可避免由于通信层不稳定性所带来的"安全保护漏洞"可能导致的安全事故；第二，在设备间互操作性不足的情况下降低"误报风险"从而有效减少因"假保护动作"带来的生产效率损失。当网络确定性不足时可能会因为安全协议中的自我防护机制而导致误报从而引发生产停机等问题。此外还需在功能安全部件组网与普通工业生产设备（驱动器、传感器）之间建立合理的组网关系以进一步决定其是否以及如何实现5G化

优化匹配产线的需求与5G网络能力的建议：

工艺工控通信实现5G化、安全通信实现5G化以及实现了统一；均需满足对... 该段落涉及多个技术领域对统一通讯标准的要求，在具体实施过程中应当避免片面追求最高水平的端到端实时可靠传输能力；其生产线的需求与当前阶段的网络需求之间的最佳契合点应在以下几个方面得到充分考虑：

在工业自动化系统中的网络设备中

科学配置确定性并行传输能力。基于5G网络技术发展的整体节奏，在评估工艺通信链路、数据采集以及安全传输过程是否具备5G特性及其实现路径的基础上,科学制定5G化方案的具体范围

终端设备5G化产业具备竞争力，在成本控制方面表现突出。主要的改造重点在于受控设备端拥有大量独立模块以及内置IO模块中的阀岛，并且需要配备能够适配5G确定性能力所需的5G网络模组。

基于整个车间产线网实现全5G化的需求为基础，在遵循典型行业对于稳定传输延迟与处理能力方面的需求的前提下（见AII《5G/5G-A超可靠低时延通信工业场景需求白皮书（征求意见稿）》），根据当前技术发展与产业演进趋势的预测结果进行详细规划。具体实施步骤中，则需通过深入分析上述产线5G化相关因素来进行周密规划。

源自：《5G工业互联赋能5G全连接工厂技术白皮书》

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