2023-10-06-施耐德电气-2023年5G+PLC_深度融合解决方案白皮书_52页_4mb

5G+PLC 深度融合解决方案白皮书总结

核心内容

本白皮书由施耐德电气（中国）有限公司、中国信息通信研究院和中国联合网络通信集团有限公司联合编写，旨在探讨5G与PLC的深度融合在离散制造业中的应用，提供系统架构、网络性能要求、部署方案和实际案例分析。5G作为新一代信息技术，具备高速率、低时延和大连接特性，为工业控制系统提供了可靠、高效和灵活的通信支持，推动其向网络化、智能化、开放化演进。

主要观点

• 5G与工业互联网融合：5G作为工业互联网的关键使能技术，推动工业生产向高效、精准、智能、柔性、协同方向转变。
• PLC南向控制：5G技术在PLC南向控制场景中，能够实现远程控制，提高产线的灵活性和可扩展性。
• 5G网络性能要求：5G网络需要满足低时延、高可靠性、大上行等性能指标，以适应工业控制的严格需求。
• 5G网络部署与优化：5G网络通过D-MIMO、网络切片、5GLAN等技术实现高效部署，支持工业设备的灵活连接。
• 5G+PLC应用场景：包括逻辑控制、过程控制、运动控制和外部设备通信，每种场景对5G网络有不同的时延和可靠性需求。
• 实际案例验证：通过两个实际案例，展示了5G+PLC在产线改造中的应用效果，验证了其在提升效率、降低损耗和提高灵活性方面的优势。

关键信息

5G+PLC系统架构

• 系统架构：施耐德电气提出5G+PLC典型系统架构，支持集中化部署，降低实施难度，提高便捷性和可复制性。
• 现场接入设备：包括逻辑控制、过程控制、运动控制和外部设备场景，支持不同的通信方式和设备连接。
• 边缘集中部署：5G网络支持二层组网，减少工业OT网络与IT网络的复杂性，提升通信效率。
• 上层承载应用：包括MES系统服务端、质量管控追溯平台、生产信息数据库等，支持工业控制与管理的协同。

5G网络性能要求

• 低时延：平均时延需控制在15ms以下，时延可靠性需达到20ms@99.99%。
• 大上行：上行容量分为四档，从90Mbps到1080Mbps，满足不同业务需求。
• 高可用：网络可用度需达到99.9%~99.99%，通过核心网、承载网和无线网的可用度保障。
• 网络切片：支持差异化定制网络，通过QoS优先级配置、RB资源预留和载波隔离实现不同业务需求的保障。
• 5G LAN：支持L2层通信，实现即插即用，支持广播和组播功能，提高工业控制网络的灵活性和可扩展性。

5G+PLC应用场景分类及需求

• 逻辑控制场景：涉及开关量信号，时延需控制在20ms~50ms，采用Modbus TCP和Ethernet/IP协议。
• 过程控制场景：涉及模拟量信号，时延需控制在20ms~100ms，采用Modbus TCP和Ethernet/IP协议。
• 运动控制场景：涉及电机控制，时延需控制在20ms~100ms，采用总线控制和I/O控制方式。
• 外部设备场景：包括机器人、仪器仪表等，采用总线协议或通过智能网关实现5G连接。

案例详解

• 产线改造前状态及痛点：原产线采用有线PLC南向组网，存在设备利用率低、成本高、灵活性差等问题。
• 网络性能测试：测试了不同协议和轮询周期下的响应时间，结果显示5G网络在优化后能够满足大部分控制需求。
• 产线初期分析：基于LADM方法，分析了产线工艺设计和5G适配性，确保改造后的产线满足生产需求。
• 项目实施注意事项：包括机械和电气安全防护、5G连接参数设置等，确保改造过程中的安全性和可靠性。
• 验收标准：功能性验收和网络性能验收，确保设备和网络性能符合预期。
• 实施效果：改造后效率损失控制在3%以内，设备利用率提升，投资回报率显著，可快速复制和推广。

未来展望

• 技术演进：随着5G技术的不断演进，如R16和R17版本，5G在工业控制领域的应用将更加深入。
• 应用扩展：5G+PLC将推动更多工业控制场景的智能化和柔性化，如逻辑控制、过程控制和运动控制。
• 产业生态构建：通过产学研用合作，推动5G与工业自动化体系的深度融合，加速工业数字化转型。

附件

• 专有名词解释：包括施耐德电气、通信相关术语和缩略语，便于读者理解白皮书内容。
• 5G网络性能指标：包括平均时延、时延可靠性、上行容量、高可用性等，为工业5G网络部署提供依据。
• 5G网络部署方案：涵盖不同场景下的网络配置和性能优化，支持工业控制的高效运行。

通过本白皮书的详细分析和实际案例，施耐德电气展示了5G+PLC在工业自动化领域的应用潜力，为行业提供了可借鉴的解决方案和实施路径。