2023年5G+PLC深度融合解决方案白皮书-施耐德电气-中国信通院

5G+PLC 深度融合解决方案白皮书施耐德电气 5G+ 边缘计算系列白皮书之一www.se.com/cn声明 本白皮书所载的材料和信息，包括但不限于文本、 图 片、数 据 、观 点，仅 作 为 业 务 参 考，不 构 成 法 律 建议。本报告所有材料或内容的知识 产权归施耐德电气 （中国）有限公司、中国信息通信研 究院、中国联合网络通信集团有限公司共有（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需将白皮书的全部或部分内容以转载、汇编、传播、引用等方式使用，需注明出处。施耐德电气（中国）有限公司中国信息通信研究院中国联合网络通信集团有限公司3编写说明工业互联网作为新一代信息技术与工业经济深度融合形成的新兴业态和应用模式，是工业企业实现数字化转型的关键基础设施。5G 作为工业互联网网络的重要组成部分，在各个行业得到蓬勃发展。特别是过去三年，在国家 5G+工业互联网政策的鼓励下，十个工业行业和领域在制造业用户、基础电信运营商和通信企业的生态合作下，5G+工业互联网取得了很多成功案例并开始规模复制。目前 5G 网络开始向与工厂控制层面的 OT 网络深度融合方向拓展，并希望借此改变传统控制系统导致的网络拓扑结构固化及封闭的现状，以提高生产过程的柔性和透明性；通过 5G 在工厂全覆盖，实现要素资源全连接，结合工业互联网平台、边缘计算、大数据和工业模型技术，从而大幅度地提高工程和运维效率，降低生产和建设成本。在此形势下，施耐德电气（中国）有限公司联合中国信息通信研究院、中国联合网络通信集团有限公司，结合在自身企业的 5G 应用实践，共同组织编写了《5G+PLC 深度融合解决方案白皮书》,希望能与业内同仁共享成果，共谋 5G+工业互联网的新发展。本白皮书从分析离散制造业的特点及实际需求出发，描述了 5G+PLC 的典型系统架构、应用场景分类；系统提出 5G 网络规划、网络标准化部署及网络性能要求；同时结合两个案例详细阐述了从产线分析到网络性能测试、项目实施、项目验收的完整过程；白皮书的最后对 5G+PLC 的未来发展进行了展望。白皮书编写过程中得到了参编单位领导和专家的大力支持，也要感谢中国信息通信研究院余晓晖院长的精心指导并为白皮书作序。编写组主要成员施耐德电气（中国）有限公司： 王海，刘啸天，张奇，王强军，王勇，陈小淙，阎新华，李金江，马军，李泽辉，姚辉，洪岩博，赵起超中国信息通信研究院： 王哲，黄颖，沈彬，于青民，段世惠中国联合网络通信集团有限公司： 徐楚翌，豆思淼，赵宇，梁佳龙，胡赟，沈洲，黄璿，史全水 编写说明4序言工业控制是工业生产的核心环节，是实现大规模自动化生产的关键基础，没有先进稳定和高可靠的工业控制系统，就没有现代化的工业体系。与摩尔定律作用下快速迭代的 IT设备不同，工业控制系统的功能、形态都保持了长期的稳定，其改进是稳健和渐进式的，这也反映了工业体系长期以来的内在要求。当前，全球数字化浪潮蓬勃兴起，深刻变革着生产生活方式。数字技术与制造体系的深度融合和集成创新，推动了以工业4.0和工业互联网为代表的新工业革命，生产制造方式正向高效、精准、智能、柔性、协同转变，与此相适应，工业控制领域也正经历着一场创新性的重塑，工业控制系统从传统的封闭系统走向网络化、开放化、智能化，这场变革既是新工业革命的内在要求，也成为其重要的驱动力。5G 是具有广泛变革性 赋 能作用的新 一 代信息技术，5G 的高速、低 延 迟和大容量 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。一方面，在 5G、确定性网络 等 技术支持下，工 业 现 场可实现 组网融 通和工 业确定性 通信，并通 过工业算力网络协同调度算力、网络等资源，强化工控系统等核心软件能力，提升应用效率。另一方面，5G融合边缘计算、大数据、人工智能等技术，通过云边协同实现“云端训练、边端推理”模式，将工业大模型、专家系统等更加广泛应用于工业控制领域，并通过对海量广泛历史数据进行智能分析预测，优化控制参数，实现智能化升级。同时，5G、实时操作系统等驱动传统ISA-95架构向云-边-端三层扁平化架构演进，编译平台、OS 运行时和控制器硬件间也在逐步解耦，为控制系统的集中化/云化部署提供了可行的技术方案，加速分布式开放自动化控制体系的发展，赋能柔性化生产制造。PLC（可编程逻辑控制器）是现代工业控制系统的典型代表，5G+PLC 已经成为工业控制系统智能化变革的先导和探索热点。PLC 作为工业自动化的核心控制器，与 5G 技术的融合，带来了功能、形态和结构的变革，可实现更智能、更可靠和更安全的工业控制，受到了产学研用各方的高度关注，其实践正逐步从物流控制等生产外围辅助环节应用向生产控制等核心环节应用深化拓展。施耐德电气联合产业各方，积极开展 5G+PLC 方面的探索实践，在20家工厂进行了 5G 网络部署及产线改造，提质、降本、增效效果显著。《5G+PLC 深度融合解决方案白皮书》基于工厂数字化改造的实践经验，由施耐德电气、中国联通和中国信息通信研究院的专家共同撰写，白皮书给出了5G+PLC 赋能行业数字化转型的应用路径，提出了不同控制模型下对 5G 网络的性能要求及网络部署方案，并通过实际案例进行了深度剖析，为产业界开展相关实践提供了重要范例，相信值得从事相关领域的科技工作者、工程技术人员以及高校师生参阅。余晓晖 中国信息通信研究院院长 5G+PLC 深度融合解决方案白皮书5 序言序言数字化洪流激荡，经济与社会全面数字化的时代已经开启。数字技术正以新理念、新业态、新模式全面融入人类经济、社会各领域和全过程，改变着人们的生产和生活方式，新的商业模式层出不穷。作为国民经济命脉的工业领域，在数字化加速发展的助力下，正迸发出无限潜能。在驱动工业数字化转型多股交织的力量中，不断演进的5G新一代信息通信技术以其大带宽、低时延、高可靠、广覆盖等“天然”特性，为工业领域的数字化、网络化、智能化转型提供了强大的基础设施，正成为推动工业企业数字化转型的新引擎。然而，现阶段，5G 在工业领域的应用仍落后于消费领域。细分门类多、行业门槛高、定制需求强、投入成本大等因素都在阻碍着新技术在工业领域的快速应用。要真正发挥 5G 技术的价值，使其成为实体产业高质量发展的推动力，就迫切需要与实体经济融合应用创新，需要与工业领域的运营技术（OT）深度融合，与工业自动化体系相 融合。 施耐德电气自2019年开始在位于无锡和广州的工厂部署 5G 网络，并进行了大量的性能和安全测试，提出了5GC（5G 核心网）全下沉，分散部署，集团统一管理的架构和运维模式。2022年开始落地 5G 多园区专网方案，遍布全国二十几家智慧工厂和物流中心，实现网络统一标准，应用快速复制和管理统一集中。例如，在生产制造环节，PLC 南向 5G 连接的突破打破了工业控制最底层的固有框架，PLC 可以远程控制尽可能多的底层机构和设备，打破了线体原来固定的的框架，实现柔性化生产；在仓储物流环节，基于一张 5G 专用网络完成数据传输和定位，能够实现对 AGV小车等可移动工装设备的管控与路线优化，提升整体效率；在运营维护环节，5G+AR/MR 让工程师即使远在天边