2023年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 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 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 。5 G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5 G+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5 G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5 G应 用 实 践，共 同 组 织 编 写 了《5 G+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5 G +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5 G+PLC的典 型 系 统 架 构、应 用 场 景 分类；系 统 提出5 G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 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。 5 G是 具 有广 泛 变 革 性 赋 能 作 用 的 新 一 代 信 息 技 术，5 G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5 G、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，5 G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IS A - 9 5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5 G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5 G+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 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，也能以第一视角看到、听到甚至“摸到”现场的真实场景并远程“会诊”指导现场人员操作……在这些实际场景中，5G的技术自身的特性与施耐德电气在制造领域的深厚积淀融为一体，带来灵活性、韧性和效率的极大提升。 作为5G工业应用的积极践行者，施耐德电气也希望将自身的成功经验分享给更多工业企业，与业界共同推动产业数字化进程，共享数字技术带来的红利。当前，5G在工厂网络中更为广泛的应用还聚焦在管理层级，更加深入的自动化控制领域，如逻辑控制、运动控制和过程控制等仍鲜有涉及。5G+PLC深度融合白皮书选择工业自动化的核心控制器PLC作为“主角”，阐述5G+PLC在离散制造业的应用，涉及产线设计到运维全生命周期中的5G网络规划、部署、运维及性能要求，同时辅以应用详解，“以线带面”地展示了5G为制造业生产模式带来的深刻改变，推动未来工业领域变革。 随着5G和生产核心环节的融合成为支撑产业高速发展的全新动能，施耐德电气愿与所有合作伙伴聚力共赢，更好地利用5G技术优势，加速企业数字化转型，迈向更加开放、高效与韧性、可持续、以人为本的未来工业。 庞邢健施 耐 德电气高级副总 裁工 业自动 化 业务中国区负 责人 CONTENTS 目录 15G+工业互联网产业发展现状7 25G+PLC在离散制造业的应用背景10 2.1离散制造业特点112.25G应用于离散制造的优势122.35G深入工业内网，赋能PLC南向控制领域13 35G+PLC应用典型系统架构14 3.1系统架构153.25G+PLC应用场景分类及对5G网络的需求17 45G 网络规划、部署、运维及性能要求20 4.15G网络规划214.25G标准化网络部署264.35G+PLC应用的网络性能要求274.4 精细化5G网络运营27 5案例详解5G+PLC自动化线体改造29 5.1产线改造前状态及痛点305.2 网络性能测试325.3 产线初期分析375.4 项目实施注意事项395.5 验收标准405.6 实施效果41 6进阶应用——5G+PLC 半手工柔性装配42 6.1项目概述及背景436.25G+PLC控制网络架构446.3 案例5G适配性分析456.4 实施效果46 7未来展望47 附件：专有名词解释及缩略语49 1.施耐德电气专有名词解释492.通信专有名词解释503.缩略语51 5G+工业互联网产业发展现状 工业互联网是第四次工业革命的重要基石，5G的高速率、低时延和大连接三大新特性与工业互联网无线网络需求十分契合，是工业互联网的关键使能技术。5G作为新一代信息通信