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私有5G提供可持续和敏捷的工业运营

工业专用5G是智能制造的数字化转型推动者,有助于实现可持续性和敏捷性等业务成果

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工程技术与工业4.0智能工厂概念,图标展示通过互联网网络控制的机器人和自动化机械所组成的自动化系统。

EtherNet/IP™ 已为工业私有 5G 准备就绪

5G 从一开始就以超高可靠性、低延迟和广泛的频谱选项为设计理念,旨在满足工业物联网 (IIoT) 和工业自动化的苛刻要求。通过毫米波 (mmWave) 频谱和专用网络,5G 为标准和安全控制应用中众多工业传感器、执行器和控制器带来了这些优势。5G 有望成为一种可行的技术,增强甚至取代传统的有线工业网络连接——这将成为全球工业运营在成本、灵活性、可持续性和上市时间方面的变革者!

可持续性政策在所有工业部门垂直领域的重要性日益提升。采用更可持续的政策有利于企业。固定式工业资产(成套设备、机器或设备)在新建时需要昂贵的有线基础设施;这种材料的使用会对可持续性举措产生负面影响。固定式工业资产还会影响工业运营的敏捷性,阻碍快速重新调整以应对动态市场状况。

然而,整个制造业不得不重新调整其工业运营,以满足全球疫情期间不断变化的需求:从苏打水转向消毒剂,从服装转向医用口罩,或从汽车零部件转向呼吸机。教训是,智能制造中的敏捷性、效率、弹性和可持续性是国家的关键任务!

工业私有 5G 的出现,为智能制造中的数字化转型提供了支持,助力实现可持续性和敏捷性等业务成果,支持的关键应用场景包括:

  • 互联工人应用通过分析、数字孪生和增强现实 (AR) 等移动数字工具提升可见性和智能化水平。

  • 移动资产应用通过自动导引车 (AGV) 和自主移动机器人 (AMR) 等自动驾驶车辆提升敏捷性和效率。

  • 无线固定工业资产应用通过减少连接静态设备、带旋转部件的静态设备(滑环替换)和游动设备(静止时可操作,移动时为非操作性)所需的有线基础设施,提高可持续性。无线固定工业资产还通过缩短工业运营的重新配置时间来提升敏捷性,以应对不断变化的市场状况。

工业私有 5G 能否助力制造和过程运营实现这些应用场景?

为解答这一问题,Rockwell Automation(工业自动化领域的领导者)与 Ericsson(蜂窝网络基础设施领域的领导者)、Qualcomm(嵌入式设备领域的领导者)以及 Verizon(领先的网络服务提供商)开展了合作研究。该研究合作评估了工业私有 5G 技术与 ODVA 的 EtherNet/IP™(Rockwell Automation 所采用的核心工业通信技术)的适配性。主要学习目标是确保 EtherNet/IP™ 工业网络为工业私有 5G 做好准备,并确认工业私有 5G 已为苛刻的 EtherNet/IP™ 应用做好准备。

下图为所开发测试平台的简化示意,代表了一个无线固定工业资产应用场景,包括:

  • Rockwell Automation 标准和安全控制。一个区域控制器,配备 GuardLogix® 安全控制器。十二个分布式区域,配备 FLEX 5000® 标准和安全输入/输出,代表成套设备、机器或设备。请注意,每个分布式区域中的安全控制器仅用于收集测试平台遥测数据。

  • Ericsson 无线接入网络 (RAN) 基础设施。由使用 28GHz (n261) 的毫米波基站和 LTE 2 频段(Release 15),以及专用 5G 核心网(3GPP Release-15,非独立组网 (NSA),本地部署)组成。

  • Qualcomm MTP。用于数据采集和流量分析的移动测试平台,作为工业 5G 到以太网适配器使用,称为用户设备 (UE)。

  • Verizon 在工业网络创新领域的 5G 思想领导力为定义测试平台要求、目标功能集和范围作出了重要贡献,并包括未来验证要求的路线图。
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正在操作工业网络电缆的男士
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信息图显示使用 GuardLogix 控制器、Stratix 交换机和 FLEX 5000® 输入/输出模块的私有 5G 生态系统。

测试根据 Rockwell Automation 提供的成熟测试计划进行,严格的成功标准为零故障。该计划概述了一系列测试用例,以建立从左侧 GuardLogix 区域控制器,通过 5G RAN,以一系列请求的包间隔(RPI)设置,可靠地连接到右侧 1~12 区域的 FLEX 5000® 标准和安全 I/O,实现 EtherNet/IP™ 标准和安全(CIP Safety™)输入/输出连接。RPI 是控制器与输入/输出交换数据的速率。

成功的测试结果表明,工业专用 5G(3GPP Release-15,NSA,内部部署,毫米波频谱)的当前状态具有足够低的延迟和抖动,能够支持比 Rockwell Automation EtherNet/IP™ 标准和安全输入/输出连接默认设置更优的 RPI 设置。这些 RPI 设置将支持许多采用 EtherNet/IP™ 标准和安全输入/输出通信的无线固定工业资产应用(成套设备、机器或设备)。

强调学习目标的成果:

  • EtherNet/IP™ 已为工业专用 5G 准备就绪。

  • 工业专用 5G 的当前状态已为 EtherNet/IP™ 标准和安全输入/输出应用做好准备。

  • 工业专用 5G 有助于实现业务成果,例如提升工业运营的可持续性和敏捷性。

研究合作将持续推进。计划评估基于 3GPP Release 16 独立(SA)工业专用 5G 的 EtherNet/IP™ 时间同步(CIP Sync™)和分布式运动(CIP Motion™)应用。初步概念证明在原型测试平台上的结果令人鼓舞。

总之,感谢 Rockwell Automation、爱立信、高通技术公司和 Verizon,我们能够验证真正的 5G 赋能工业自动化测试用例如承诺般运行。工业运营因此能够利用 5G 标准今天来满足其高性能无线连接和业务保障需求,助力迈向智能制造。

展示工厂车间在其IIoT架构中使用专用5G的信息图
 

欢迎在今年的Automation Fair®活动中参观我们的创新展位!

 

Connected Enterprise、FLEX 5000®、GuardLogix、Stratix 和 Rockwell Automation 是 Rockwell Automation 公司的商标。

CIP、CIP Safety™、CIP Sync™、CIP Motion™ 和 EtherNet/IP™ 是 ODVA 公司的商标。

 

发布时间 2022年11月2日

主题: Industrial Automation & Control Integrated Architecture Digital Transformation Industrial Network Products

Gregory Wilcox
Gregory Wilcox
Principal Application Engineer, Innovation & Technology, Rockwell Automation
Gregory Wilcox is a thought leader with emerging communication technologies, IIoT, IT/OT convergence and cybersecurity.
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