文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2024）05-068-07中圖分類(lèi)號：TP393

★姚維兵，吳錫杰，賀毅，楊猛（廣州明珞裝備股份有限公司，廣東廣州510535）

關(guān)鍵詞：5G通信網(wǎng)絡(luò )；控制系統；高實(shí)時(shí)性

1　引言

在國際上，5G技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用正處于全球范圍內的探索和推廣階段。國外運營(yíng)商、設備廠(chǎng)商與工業(yè)用戶(hù)聯(lián)合開(kāi)展評估和測試，共同探索5G技術(shù)在自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)控制、設備協(xié)同作業(yè)和機器遠程控制等多個(gè)場(chǎng)景的應用價(jià)值。然而，在這一探索過(guò)程中，出現了一些痛點(diǎn)，如設備多層組網(wǎng)、數據傳輸難以兼容、采集效率低以及移動(dòng)會(huì )造成物理通訊故障等問(wèn)題。此外，協(xié)議接口多、硬接線(xiàn)施工周期長(cháng)、網(wǎng)絡(luò )改造困難、靈活性差也是當前面臨的挑戰。

在國內，5G與PLC的結合已經(jīng)成為工業(yè)控制系統智能化變革的先導和探索熱點(diǎn)。PLC作為工業(yè)自動(dòng)化的核心控制器，與5G技術(shù)的融合，帶來(lái)了功能、形態(tài)和結構的變革，可實(shí)現更智能、更可靠和更安全的工業(yè)控制。目前，5G在工業(yè)控制領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入規模推廣階段，國家及地方不斷發(fā)布智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數字化轉型等相關(guān)政策，推動(dòng)5G在重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域的應用。中國移動(dòng)、華為、海爾等已經(jīng)利用5G技術(shù)實(shí)現了工廠(chǎng)內的設備實(shí)時(shí)監控和自動(dòng)化控制；浙江移動(dòng)聯(lián)手華為助力寧波愛(ài)柯迪建成了全省首個(gè)5GLAN工廠(chǎng)；上海移動(dòng)聯(lián)合寶山鋼鐵應用5G賦能寶鋼工廠(chǎng)協(xié)同智造。國內標準化組織也在積極發(fā)布一系列工業(yè)5G應用的技術(shù)標準，指導5G在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用^[3]。

綜上所述，5G與工業(yè)融合創(chuàng )新已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，將為工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)前所未有的技術(shù)變革和發(fā)展機遇。在高端裝備領(lǐng)域，實(shí)時(shí)控制系統的高性能和高效率對提高裝備的精密度、穩定性和智能化水平至關(guān)重要。5G通信網(wǎng)絡(luò )作為新一代通信技術(shù)^[1]，具備更高的傳輸速率和更低的時(shí)延，為高端裝備中的實(shí)時(shí)控制系統的發(fā)展提供了嶄新的機遇和挑戰。

本文基于高端裝備制造領(lǐng)域中實(shí)時(shí)控制的需求和5G網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)在高端裝備制造中的應用，并對5G通信網(wǎng)絡(luò )拓撲結構進(jìn)行了深入研究。通過(guò)利用5G通信技術(shù)，本研究成功實(shí)現了高端裝備中毫秒級的實(shí)時(shí)控制^[10]。同時(shí)，本研究對高端裝備中毫秒級的實(shí)時(shí)控制的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構進(jìn)行了分析和優(yōu)化，為高端裝備中的毫秒級高實(shí)時(shí)控制提供了新的解決方案，為實(shí)現工業(yè)制造數字化、柔性化、智能化提供了新的思路。

2　高端裝備的高實(shí)時(shí)控制系統需求分析

2.1　高端裝備的工作環(huán)境和任務(wù)需求

隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，高端裝備的工作環(huán)境變得越來(lái)越復雜和惡劣，高端裝備的工作環(huán)境和任務(wù)需求是影響高實(shí)時(shí)控制系統性能的重要因素。而在工業(yè)領(lǐng)域，高端裝備常常需要在高溫、高壓、高速等特殊工作環(huán)境下運行，它們在工作過(guò)程中，往往需要在極短的時(shí)間內做出反應和調整，以保證裝備的正常運行和安全性。例如，在工業(yè)裝備中，需要在毫秒級時(shí)間內對設備進(jìn)行監控和調整，以保證生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

高端裝備中的毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統需要具備一些關(guān)鍵技術(shù)。例如，需要采用高性能的處理器和實(shí)時(shí)操作系統，以保證控制系統的快速響應和穩定運行。同時(shí)，還需要采用高精度的傳感器和執行器，以獲取和執行控制系統的精確指令。此外，為了保證系統的可靠性和安全性，還需要采用冗余設計和故障檢測與容錯技術(shù)^[11]。

為了實(shí)現毫秒級高實(shí)時(shí)控制，5G通信網(wǎng)絡(luò )拓撲在高端裝備中得到了廣泛的應用^[8]。5G通信網(wǎng)絡(luò )拓撲具有高速、低延遲、大容量等特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足高端裝備對于實(shí)時(shí)性和可靠性的需求。通過(guò)使用5G通信網(wǎng)絡(luò )拓撲，高端裝備可以實(shí)現與其他設備和系統的高速數據交換和傳輸，可以實(shí)時(shí)獲取和處理各種傳感器和監測設備的數據，從而實(shí)現對裝備狀態(tài)和工作環(huán)境的實(shí)時(shí)監控和調整，保證了高端裝備的正常運行和安全性。在未來(lái)的研究中，我們還需要進(jìn)一步探索和優(yōu)化高實(shí)時(shí)控制系統的性能和可靠性，以滿(mǎn)足不斷發(fā)展的高端裝備需求。

2.2　高實(shí)時(shí)控制系統的技術(shù)要求

高實(shí)時(shí)控制系統在高端裝備中具有重要的應用價(jià)值。為了確保系統的高實(shí)時(shí)性，系統需要滿(mǎn)足高性能的計算和處理能力、高速的數據傳輸能力、高精度的數據采集和控制能力，以及高可靠性和安全性的要求。只有具備強大的處理器、高速的內存和存儲設備，使用高速的通信設備如5G網(wǎng)絡(luò )，結合高精度的傳感器和執行器，以及精確的控制算法，才能確保系統在毫秒級的時(shí)間范圍內實(shí)時(shí)響應控制指令并完成相應操作，并在各種復雜環(huán)境下穩定運行，抵御各種安全威脅。

2.3　5G通信網(wǎng)絡(luò )在高實(shí)時(shí)控制系統中的作用

高實(shí)時(shí)控制系統在高端裝備中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，能夠實(shí)現毫秒級的響應時(shí)間，對于提高裝備的效率和性能具有重要意義。而通信網(wǎng)絡(luò )作為高實(shí)時(shí)控制系統的基礎設施之一，對系統的穩定性和可靠性起著(zhù)關(guān)鍵作用。本節將重點(diǎn)探討5G通信網(wǎng)絡(luò )在高實(shí)時(shí)控制系統中的作用。

5GURLLC通信網(wǎng)絡(luò )具有較高的傳輸速率和較低的時(shí)延^[8]，能夠滿(mǎn)足高實(shí)時(shí)控制系統對數據傳輸的要求。在高實(shí)時(shí)控制系統中，控制指令的傳輸速度和時(shí)延是至關(guān)重要的，因為任何延遲都可能導致系統的不穩定甚至故障。而5G通信網(wǎng)絡(luò )能夠提供穩定的傳輸速率和低時(shí)延，確?？刂浦噶钅軌蚣皶r(shí)準確地傳輸到設備端，從而保證了系統的高實(shí)時(shí)性。

在高實(shí)時(shí)控制系統中，數據傳輸的可靠性是非常重要的，任何數據丟包或錯誤都可能導致停機。5G通信網(wǎng)絡(luò )具有較強的抗干擾能力和穩定性，能夠保證數據的可靠傳輸。

在工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境下，往往存在大量的設備和傳感器，這些設備分布在不同的位置，面臨不同的環(huán)境條件。而5GURLLC通信網(wǎng)絡(luò )具有較大的覆蓋范圍和較強的穿透能力，能夠實(shí)現設備之間的遠程通信，確保了系統的高實(shí)時(shí)性。

5G通信網(wǎng)絡(luò )在高實(shí)時(shí)控制系統中具有重要的作用。它能夠提供穩定的傳輸速率和低時(shí)延，能夠確?？刂浦噶畹募皶r(shí)傳輸；它具有較強的抗干擾能力和穩定性，能夠保證數據的可靠傳輸；同時(shí)它具有較大的覆蓋范圍和較強的穿透能力，能夠滿(mǎn)足復雜環(huán)境下的通信需求。因此，在高端裝備中的毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統中，5G通信網(wǎng)絡(luò )的應用具有重要意義。

3　毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統5G網(wǎng)絡(luò )拓撲的理論研究

3.1　5G通信網(wǎng)絡(luò )在控制領(lǐng)域的應用挑戰

隨著(zhù)5G通信技術(shù)被廣泛應用，工控領(lǐng)域也迎來(lái)了新的機遇和挑戰^[4]。在高實(shí)時(shí)控制系統中，5G通信網(wǎng)絡(luò )可以部署實(shí)現數字化、智能化和柔性化產(chǎn)線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )結構，但是，面對工作環(huán)境嚴峻、技術(shù)要求高的工業(yè)控制領(lǐng)域，5G通信網(wǎng)絡(luò )也同樣面臨著(zhù)一些挑戰：

（1）工業(yè)控制系統的高可靠性和低時(shí)延性對5G通信網(wǎng)絡(luò )提出了更高的要求。在實(shí)時(shí)控制和遠程操作中，任何網(wǎng)絡(luò )延遲或信號丟失都可能導致生產(chǎn)事故或質(zhì)量問(wèn)題，因此需要確保5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的穩定性和可靠性。

（2）在生產(chǎn)過(guò)程中，隨著(zhù)工控設備的增加，設備間互聯(lián)和數據傳輸量也大大增加，對5G網(wǎng)絡(luò )帶寬和服務(wù)器數據處理能力提出了挑戰。如何有效管理和優(yōu)化工控系統的數據流量，確保實(shí)時(shí)性和準確性，也是5G通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)需要解決的問(wèn)題之一。

（3）5G網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)放性同時(shí)增加了安全方面的風(fēng)險，工控領(lǐng)域對網(wǎng)絡(luò )安全和隱私保護有著(zhù)高要求，需要采取高安全級別的措施，來(lái)防止網(wǎng)絡(luò )被惡意攻擊或數據泄露。

綜上所述，5G通信在工控領(lǐng)域的應用雖然帶來(lái)了許多機遇，但也面臨著(zhù)諸多挑戰，需要在技術(shù)、管理和安全等方面持續進(jìn)行創(chuàng )新和優(yōu)化，以實(shí)現工業(yè)生產(chǎn)的數字化和智能化落地。

3.2　5G網(wǎng)絡(luò )拓撲在毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統中的應用場(chǎng)景分析

5G作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，具有大帶寬、高可靠、低時(shí)延、廣連接的特點(diǎn)，不僅可以應用到簡(jiǎn)單的數據采集，還能在實(shí)時(shí)控制等多個(gè)層面發(fā)揮作用。在工業(yè)應用實(shí)時(shí)等級與應用領(lǐng)域的劃分中，5G的空口時(shí)延可以達到1ms，能夠支撐端到端時(shí)延要求在毫秒級的應用場(chǎng)景。5G在工業(yè)領(lǐng)域的通用場(chǎng)景分析如下：

（1）5G+實(shí)時(shí)控制：利用5G實(shí)現實(shí)時(shí)控制，可以讓設備之間（如機器人與機器人）實(shí)現協(xié)同操作，提升了生產(chǎn)效率和靈活性。

（2）5G+視覺(jué)檢測：使用工業(yè)相機對工件或產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測，并通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò )傳輸拍攝的視頻或圖片以及質(zhì)量分析結果，可以實(shí)現實(shí)時(shí)監測和質(zhì)量把控。

（3）5G+數字孿生：通過(guò)對生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行信息建模，可以實(shí)現生產(chǎn)線(xiàn)數字孿生，利用5G網(wǎng)絡(luò )的大帶寬可以實(shí)現物理世界與信息空間的雙向流通，提升了生產(chǎn)效率和質(zhì)量管理水平。

（4）5G+智能運維：依靠5G通信的高速數據交互特性，傳輸制造裝備的健康狀態(tài)和故障診斷數據，可以實(shí)現跨工廠(chǎng)跨地域的遠程運維與預測性維護，提高了設備利用率和生產(chǎn)效率。

（5）5G+遠程控制：借助5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)可以實(shí)現遠距離作業(yè)下對現場(chǎng)設備的遠程操控，提高了工作效率和安全性，實(shí)現了“無(wú)人工廠(chǎng)”。

這些應用場(chǎng)景充分展示了5G在工業(yè)控制領(lǐng)域的潛力和廣泛應用前景^[2]，也說(shuō)明了5G網(wǎng)絡(luò )拓撲可以在毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統中成為重要的角色。通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，結合數字化應用，可以提高系統的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性^[9]，從而為用戶(hù)制定生產(chǎn)計劃和故障處理策略。因此，5G網(wǎng)絡(luò )拓撲的加入，有助于擴大工業(yè)控制系統的應用場(chǎng)景范圍、提高產(chǎn)線(xiàn)性能和保證生產(chǎn)過(guò)程中數據的傳輸可靠性，為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了數字化、智能化、柔性化的工業(yè)數字化智能制造解決方案，推動(dòng)了工業(yè)制造向數字化轉型。

3.3　毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統中5G網(wǎng)絡(luò )拓撲的方案構想

5G通信技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應用，為高端裝備中的毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統提供了更為可靠和高效的通信手段。在毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統中，5G網(wǎng)絡(luò )拓撲的構建和優(yōu)化成為了一個(gè)重要的研究方向。本章將重點(diǎn)探討在高實(shí)時(shí)控制系統方案中構建5G網(wǎng)絡(luò )拓撲的相關(guān)內容。

構建5G網(wǎng)絡(luò )拓撲需要考慮到系統的實(shí)時(shí)性和穩定性。在高實(shí)時(shí)控制系統中，數據的傳輸延遲要求非常高，因此需要采用低延遲的5G通信技術(shù)^[6]。為了提高系統的穩定性，需要設計多層次的網(wǎng)絡(luò )結構，將控制節點(diǎn)和數據節點(diǎn)分開(kāi)，并采用冗余設計，以保證系統的可靠性和容錯性。

傳統的焊裝車(chē)間工業(yè)網(wǎng)絡(luò )如圖1所示，采用雙絞線(xiàn)的有線(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)和現場(chǎng)總線(xiàn)，結合多層交換機進(jìn)行匯聚和疊加，實(shí)現了IT網(wǎng)絡(luò )與OT網(wǎng)絡(luò )的軟隔離。它通過(guò)L3交換機路由互通，實(shí)現了系統間的高效通信與數據交換。此外，PMC、AVI和Andon系統單獨服務(wù)器部署，雖然成本較高，但提供了更高的可靠性和性能表現^[12]。

圖1 焊裝車(chē)間傳統網(wǎng)絡(luò )拓撲架構

這種網(wǎng)絡(luò )架構在焊裝車(chē)間中發(fā)揮著(zhù)重要作用，確保了生產(chǎn)設備的穩定運行和數據的可靠傳輸。同時(shí)，軟隔離的設計使得IT網(wǎng)絡(luò )和OT網(wǎng)絡(luò )能夠獨立運行，提高了系統的安全性和穩定性。通過(guò)多層交換機的匯聚和疊加，網(wǎng)絡(luò )能夠支持大規模設備的連接，實(shí)現了高效的數據傳輸和處理?？偟膩?lái)說(shuō)，這種網(wǎng)絡(luò )架構為焊裝車(chē)間提供了可靠、高效的通信和數據交換基礎，為生產(chǎn)運營(yíng)提供了有力的支持。

5G通信技術(shù)優(yōu)化后的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構如圖2所示，除伺服/變頻器之外的所有設備通過(guò)5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)/5GCPE/5G模組聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現了IT/OT的深度融合，大大節省了線(xiàn)纜與現場(chǎng)的空間成本。同時(shí)，PMC、AVI和Andon等服務(wù)器也部署在5G網(wǎng)絡(luò )的邊緣平臺上，實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )與業(yè)務(wù)的融合，進(jìn)一步節省了服務(wù)器成本。

圖2 5G改造后的焊裝車(chē)間網(wǎng)絡(luò )拓撲架構

通過(guò)5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò )拓撲優(yōu)化后的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )提升了車(chē)間的智能化水平和生產(chǎn)效率，實(shí)現了設備的無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，提升了網(wǎng)絡(luò )的靈活性和可擴展性^[9]，給生產(chǎn)過(guò)程提供了更高的數據傳輸速率和穩定性，奠定了未來(lái)工業(yè)制造與網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)融合應用的基礎。

4　毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統5G網(wǎng)絡(luò )拓撲的應用和效果分析

4.1　毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統5G網(wǎng)絡(luò )拓撲應用場(chǎng)景

（1）實(shí)驗室應用場(chǎng)景

如圖3所示，I/O（ET 200SP）上安裝了兩個(gè)安全模塊、兩個(gè)普通I/O模塊，IPC427E上運行軟PLC組態(tài)軟件，對IO設備進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

I/O（ET 200SP）網(wǎng)線(xiàn)連接SE6100，通過(guò)雙模組業(yè)務(wù)鏈路配置FRER，業(yè)務(wù)設定CT=8ms，WDT=24ms，IPC427E上運行業(yè)務(wù)監控軟件，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò )檢測PLC與I/O狀態(tài)。

網(wǎng)絡(luò )配置4.9G雙小區，采用DS幀結構，切片+5QI預調度；兩臺綜測儀配置C2IO同樣大小交互報文進(jìn)行ping包測試，記錄報文的RTT時(shí)延。

圖3 實(shí)驗室業(yè)務(wù)組網(wǎng)

（2）展廳焊裝車(chē)間應用場(chǎng)景

如圖4所示，機器人、閥島、遠程I/O等設備通過(guò)網(wǎng)關(guān)SE6100接入5G網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)關(guān)SE6100雙模組業(yè)務(wù)鏈路配置FRER，業(yè)務(wù)設定CT=8ms,WDT=24ms，PLC（1516F）通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò )控制現場(chǎng)機器人、閥島等設備。

網(wǎng)絡(luò )配置4.9G雙小區，采用DS幀結構，切片+5QI預調度；兩臺綜測儀配置C2IO同樣大小交互報文進(jìn)行ping包測試，記錄報文的RTT時(shí)延。

4.2　毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統5G網(wǎng)絡(luò )拓撲應用測試

作為5G-A新技術(shù)時(shí)延第二階段測試目的之一，中國移動(dòng)集團組織廠(chǎng)家在各省分公司聯(lián)合企業(yè)進(jìn)行工業(yè)基站驗證，以推動(dòng)5G賦能工業(yè)場(chǎng)景5G工業(yè)基站在廣州明珞的測試驗證表明5G工業(yè)基站以及當前5G網(wǎng)絡(luò )能力可以滿(mǎn)足在汽車(chē)生產(chǎn)行業(yè)中的應用，進(jìn)一步推動(dòng)了5G與工業(yè)OT網(wǎng)的融合。

測試目標如下：

（1）驗證工業(yè)基站可以用于C2IO業(yè)務(wù)場(chǎng)景，即PLC到IO的實(shí)時(shí)邏輯控制，PLC控制安全I/O的場(chǎng)景，即通過(guò)PLC可以控制安全DI/DO；

（2）考慮業(yè)務(wù)測試的可靠性，因此本次測試分為實(shí)驗室測試和展廳產(chǎn)線(xiàn)測試兩個(gè)場(chǎng)景；

（3）明珞實(shí)驗室環(huán)境里，PLC-安全I/O運行7×24h不斷連；

（4）基于明珞展廳焊裝車(chē)間的場(chǎng)景，驗證在PLC通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò )，并由5G工業(yè)基站連接到現場(chǎng)I/O進(jìn)行控制，即PLC-5G工業(yè)基站-I/O-執行機構的穩定運行，PLC-安全I/O控制下無(wú)斷鏈告警，業(yè)務(wù)可不間斷運行7×24h；

（5）測量網(wǎng)絡(luò )時(shí)延可靠性要求達到業(yè)務(wù)單向8ms@99.99%，也即網(wǎng)絡(luò )雙向16ms@99.99%，要求至少達到30萬(wàn)包的Ping包測試量，Ping包間隔及大小同PLC-I/O實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

4.3　毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統5G網(wǎng)絡(luò )拓撲的效果分析

實(shí)驗室組網(wǎng)測試數據如表1所示。

表1 實(shí)驗室組網(wǎng)測試數據表

實(shí)驗室Ping包測試如圖5所示。

（a） 實(shí)驗室業(yè)務(wù)ping包時(shí)延區間統計表

（b） 實(shí)驗室ping包時(shí)延散點(diǎn)分布圖

圖5 實(shí)驗室Ping包測試圖

經(jīng)過(guò)連續10天的ping包業(yè)務(wù)拷機測試：

（1）業(yè)務(wù)丟包率為0%；

（2）RTT平均時(shí)延為8.092ms；

（3）網(wǎng)絡(luò )RTT雙向時(shí)延可靠性16ms@99.99999%；

（4）網(wǎng)絡(luò )RTT雙向時(shí)延可靠性10ms@99.999%。測試結果：網(wǎng)絡(luò )性能達到預期效果。

表2 展廳焊裝車(chē)間組網(wǎng)測試數據表

展廳產(chǎn)線(xiàn)Ping包測試如圖6所示。

（a） 展廳網(wǎng)絡(luò )ping包時(shí)延區間統計

（b） 展廳網(wǎng)絡(luò )ping包時(shí)延散點(diǎn)分布圖

圖6 展廳產(chǎn)線(xiàn)Ping包測試圖

經(jīng)過(guò)連續7天的ping包業(yè)務(wù)拷機測試：

（1）業(yè)務(wù)丟包率為0%；

（2）RTT平均時(shí)延為8.055ms；

（3）網(wǎng)絡(luò )RTT雙向時(shí)延可靠性16ms@99.9999%；

（4）網(wǎng)絡(luò )RTT雙向時(shí)延可靠性10ms@99.999%。

測試結果：網(wǎng)絡(luò )性能達到預期效果。

測試結論：本次通過(guò)實(shí)驗室與產(chǎn)線(xiàn)真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境相結合，對網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)做了充分的測試驗證，結論如下：

（1）在開(kāi)啟DS幀結構、FRER雙發(fā)選收的情況下，端到端時(shí)延16ms的可靠性可以達到99.999%以上，從而滿(mǎn)足WDT=24ms的業(yè)務(wù)要求；

（2）從業(yè)務(wù)測試來(lái)看，在C2IO業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，CT=8ms、WDT=24ms的業(yè)務(wù)配置，能夠滿(mǎn)足7×24h業(yè)務(wù)不間斷連續運行；

（3）測試開(kāi)始發(fā)現PLC回包中有超過(guò)1500字節的大包，導致業(yè)務(wù)不通，經(jīng)過(guò)定位發(fā)現模組不支持大包，移遠通過(guò)版本解決，建議針對工業(yè)場(chǎng)景，模組對MTU不要做限制。

4.4　毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統5G網(wǎng)絡(luò )拓撲應用的價(jià)值影響

本文研究了5G通信網(wǎng)絡(luò )在高端裝備中毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統中的拓撲結構，分析了其效果及在不同應用場(chǎng)景下的適用性。5G通信網(wǎng)絡(luò )采用分布式拓撲結構和多小區部署，能實(shí)現低時(shí)延、高可靠性和大容量，提高了控制系統性能。在未來(lái)研究中我們可進(jìn)一步優(yōu)化拓撲結構以滿(mǎn)足不同需求。明珞、移動(dòng)、中興在控制產(chǎn)線(xiàn)的各個(gè)方面發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，他們通過(guò)測試應用，將融合5G技術(shù)和工業(yè)解決方案落地，在技術(shù)創(chuàng )新上帶來(lái)了巨大的價(jià)值影響。毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統的5G網(wǎng)絡(luò )拓撲架構為離散制造行業(yè)帶來(lái)了創(chuàng )新的解決方案，幫助了企業(yè)應對痛點(diǎn)和業(yè)務(wù)需求，推動(dòng)了行業(yè)向智能化、數字化轉型，實(shí)現了產(chǎn)線(xiàn)現場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制，提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現了降本增效，優(yōu)化了資源利用，為制造行業(yè)帶來(lái)了更好的質(zhì)量和更強的競爭力，引領(lǐng)了行業(yè)革命性變革。

5　總結與展望

綜合以上研究成果，我們對高端裝備中的毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統與5G通信網(wǎng)絡(luò )拓撲的研究與應用進(jìn)行了深入探討，并通過(guò)分析高端裝備的工作環(huán)境和任務(wù)需求，引入了5G通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。我們發(fā)現5G技術(shù)在優(yōu)化高端裝備制造產(chǎn)線(xiàn)架構和提高產(chǎn)能方面具有巨大的潛力。在毫秒級高實(shí)時(shí)控制系統的研究中，我們應用了5G網(wǎng)絡(luò )拓撲結構對車(chē)間工作站方案進(jìn)行了優(yōu)化設計，實(shí)現了更高效、更穩定的控制系統，提高了產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)性能和生產(chǎn)可靠性。

盡管我們的研究取得了一定成果，但仍存在一些不足。如實(shí)驗數據和案例研究少，不具有說(shuō)服力，需要進(jìn)一步驗證方法和結論的可行性和有效性。我們計劃進(jìn)行充分的測試和驗證以證明5G網(wǎng)絡(luò )可以滿(mǎn)足關(guān)鍵業(yè)務(wù)需求，通過(guò)此來(lái)消除項目部門(mén)對5G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)能力的顧慮。同時(shí)，我們將繼續現場(chǎng)的組網(wǎng)優(yōu)化設計研究，確保5G網(wǎng)絡(luò )與現有系統無(wú)縫對接，實(shí)現業(yè)務(wù)數據的高效流動(dòng)和共享，進(jìn)一步優(yōu)化工業(yè)數字化智能制造解決方案，為未來(lái)的研究和實(shí)踐提供更多的參考和借鑒。這些工作將為5G與工業(yè)網(wǎng)絡(luò )集成提供寶貴經(jīng)驗，將推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

★廣州市產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才集聚工程項目支持：廣州市創(chuàng )新領(lǐng)軍團隊（合同編號：201909010005）。

作者簡(jiǎn)介：

姚維兵（1979-），男，湖北荊州人，碩士，現任廣州明珞裝備股份有限公司董事長(cháng)兼CEO，主要從事智能裝備關(guān)鍵核心技術(shù)和設備的研究開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應用方面的工作。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2024年5月刊