http://m.casecurityhq.com 2024-04-26 10:46 來(lái)源:工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
導(dǎo)讀
作為我國(guó)首個(gè)邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)促進(jìn)項(xiàng)目,“邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)件計(jì)劃”由中國(guó)信息通信研究院、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)融合創(chuàng)新工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合產(chǎn)業(yè)各方共同發(fā)起,旨在形成“技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)研制、產(chǎn)品檢測(cè)、應(yīng)用示范、規(guī)模商用”的產(chǎn)業(yè)閉環(huán),有效協(xié)助設(shè)備廠商優(yōu)化迭代產(chǎn)品能力,并為用戶提供可靠精準(zhǔn)的選型參考,為推動(dòng)邊緣計(jì)算規(guī)模化部署奠定關(guān)鍵基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)近4年的發(fā)展,“邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)件計(jì)劃”已累計(jì)完成四批產(chǎn)品的集中測(cè)試,累計(jì)為60余款產(chǎn)品提供測(cè)試服務(wù)。
中國(guó)移動(dòng)研究院自主研發(fā)的5G虛擬化工業(yè)控制網(wǎng)關(guān)順利通過(guò)本次“邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)件計(jì)劃”產(chǎn)品測(cè)試,并且在多個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用部署和持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,助力各行業(yè)企業(yè)應(yīng)用升級(jí),推動(dòng)數(shù)字化建設(shè)落地。
傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)廣泛采用有線技術(shù),存在層級(jí)復(fù)雜、部署難度大、柔性化不足等問(wèn)題?,F(xiàn)有工業(yè)無(wú)線技術(shù)由于在通信時(shí)延、抗干擾、穩(wěn)定性等方面存在短板,難以滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)通信確定性、高可靠性等嚴(yán)苛的性能要求,主要服務(wù)數(shù)據(jù)采集、視頻回傳、移動(dòng)巡檢等業(yè)務(wù),難以深入工業(yè)控制核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)。另一方面,以傳統(tǒng)PLC(可編程邏輯控制器)為代表的工業(yè)控制架構(gòu)封閉,垂直煙囪結(jié)構(gòu)導(dǎo)致擴(kuò)展性差、集成難度大、成本高,這種“算力下不去,數(shù)據(jù)上不來(lái)”的控制架構(gòu),難以滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要。
5G虛擬化工業(yè)控制網(wǎng)關(guān)
5G虛擬化工業(yè)控制網(wǎng)關(guān)
針對(duì)工業(yè)無(wú)線和開(kāi)放自動(dòng)化面臨的挑戰(zhàn),中國(guó)移動(dòng)打造5G虛擬化工業(yè)控制網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品,以打造技術(shù)創(chuàng)新、性能優(yōu)異、自主可控的5G+工業(yè)端到端高質(zhì)量控制保障技術(shù)為目標(biāo),以5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)為錨點(diǎn),創(chuàng)新確定性、新型短距、虛擬化PLC三大關(guān)鍵技術(shù),解決干擾環(huán)境下通信質(zhì)量保障難、異構(gòu)協(xié)議接入難、工控業(yè)務(wù)拓展難等問(wèn)題。
現(xiàn)場(chǎng)部署架構(gòu)圖
5G+TAN確定性實(shí)現(xiàn)控制器北向確定性傳輸
面向行業(yè)高確定性需求,5G+TAN(時(shí)間明晰網(wǎng)絡(luò))技術(shù)通過(guò)內(nèi)生雙發(fā)選收、多鏈路冗余傳輸、時(shí)延門(mén)限控制、跨時(shí)鐘域協(xié)同等技術(shù),提供有界時(shí)延抖動(dòng)、高可靠性、高精度時(shí)鐘同步等能力,實(shí)現(xiàn)端到端確定性傳輸。在5G(R16)環(huán)境下南向1588v2授時(shí)精度誤差小于500ns,軟件定義時(shí)延誤差小于10微秒,干擾環(huán)境下丟包率降低40%以上,時(shí)延降低20%以上,實(shí)現(xiàn)端側(cè)設(shè)備融合精簡(jiǎn),大幅降低成本。目前已研發(fā)5G確定性工業(yè)網(wǎng)關(guān)和配套的確定性控制器,實(shí)現(xiàn)雙5G傳輸,基站無(wú)感知切換,保障各類業(yè)務(wù)穩(wěn)定流暢運(yùn)行。
5G+新型短距實(shí)現(xiàn)控制器南向剪辮子
控制器通常采用現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議以有線方式與I/O連接,近年來(lái)出現(xiàn)越來(lái)越多的無(wú)線化訴求和趨勢(shì),現(xiàn)有的無(wú)線技術(shù)在時(shí)延、可靠性、同步精度、安全性等方面,已無(wú)法滿足部分新業(yè)務(wù)、新場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的苛刻要求,如何實(shí)現(xiàn)控制器南向剪辮子一直是業(yè)界難題。星閃短距技術(shù)基于全新空口設(shè)計(jì),是具有低時(shí)延(低于100us)、多接入(超過(guò)256個(gè))、高可靠(超過(guò)99.999%)、安全自主可控等特點(diǎn)的新一代無(wú)線短距通信技術(shù)?;?G+新型短距進(jìn)行控制器南向剪辮子,實(shí)現(xiàn)廣域通信的蜂窩網(wǎng)絡(luò)與短距網(wǎng)絡(luò)的融合,既可進(jìn)一步拓展蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍,打通現(xiàn)場(chǎng)連接的最后100米,也可與蜂窩網(wǎng)絡(luò)協(xié)同實(shí)現(xiàn)具備雙路冗余特性的確定性傳輸,增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?形成獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
5G+vPLC實(shí)現(xiàn)虛擬化PLC統(tǒng)一編排部署
5G+vPLC(虛擬化控制器)依托實(shí)時(shí)虛擬化技術(shù),在x86/ARM通用硬件構(gòu)建實(shí)時(shí)計(jì)算環(huán)境,通過(guò)軟硬解耦將傳統(tǒng)PLC變成虛擬化PLC控制服務(wù)。虛擬化PLC采用國(guó)產(chǎn)PLC軟件技術(shù),滿足IEC-61131-3標(biāo)準(zhǔn),支持ST、LD、IL、SFC和CFC五種編程語(yǔ)言,支持Modbus、CAN、EtherCAT、Profinet等常用工業(yè)總線協(xié)議虛擬化接入,支持工業(yè)總線協(xié)議與MQTT(消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸)自動(dòng)轉(zhuǎn)換,PLC任務(wù)最大時(shí)延抖動(dòng)<150us,滿足中高速工控場(chǎng)景需求。目前已在EA1000、DC2000等多個(gè)型號(hào)的5G確定性網(wǎng)關(guān)上完成虛擬化PLC集成和部署。
“邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)件計(jì)劃”證書(shū)
典型案例
案例1:流程行業(yè)-鋼企天車(chē)無(wú)線遠(yuǎn)程控制場(chǎng)景
中國(guó)移動(dòng)與某鋼鐵企業(yè)合作,在其熱軋場(chǎng)開(kāi)展了廠區(qū)14臺(tái)天車(chē)行車(chē)自動(dòng)化改造。5G確定性工業(yè)網(wǎng)關(guān)作為行車(chē)側(cè)PLC從站北向通信節(jié)點(diǎn),通過(guò)多路冗余確定性傳輸,實(shí)現(xiàn)中國(guó)移動(dòng)5G專網(wǎng)2.6GHz和4.9GHz雙頻網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫冗余切換,顯著改善現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線傳輸質(zhì)量,丟包率可降低50%以上、抖動(dòng)小于10ms,控制業(yè)務(wù)無(wú)小區(qū)切換抖動(dòng)。
無(wú)線遠(yuǎn)控架構(gòu)圖
案例2:離散行業(yè)-電池組裝線“控制+數(shù)采”
二合一替換場(chǎng)景
中國(guó)移動(dòng)與國(guó)內(nèi)某新能源廠商合作,在電池組裝產(chǎn)線完成5G+虛擬化PLC技術(shù)驗(yàn)證應(yīng)用。核心方案是采用一臺(tái)安裝虛擬化PLC的5G工業(yè)控制網(wǎng)關(guān),實(shí)現(xiàn)對(duì)“傳統(tǒng)PLC+數(shù)采網(wǎng)關(guān)”的二合一替換。5G工業(yè)控制網(wǎng)關(guān)首先通過(guò)掃描槍、測(cè)距儀完成位置標(biāo)定,控制機(jī)械臂移動(dòng)到電池模組位置。隨后控制機(jī)械臂上的擰緊槍完成電池模組的安裝擰緊。在此案例中,5G工業(yè)控制網(wǎng)關(guān)不僅提供PLC實(shí)時(shí)控制服務(wù),也提供5G數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)。從而將傳統(tǒng)的“現(xiàn)場(chǎng)I/O-PLC-數(shù)采網(wǎng)關(guān)”三層架構(gòu)壓縮成“現(xiàn)場(chǎng)I/O-5G工業(yè)控制網(wǎng)關(guān)”扁平架構(gòu),解決了傳統(tǒng)方案控制層級(jí)多、專用設(shè)備多,成本居高不下,難以實(shí)現(xiàn)無(wú)人化/少人化運(yùn)維等痛點(diǎn)問(wèn)題,設(shè)備硬件成本和運(yùn)維成本均下降50%。
離散行業(yè)智能制造架構(gòu)圖及現(xiàn)場(chǎng)圖
隨著個(gè)性化商品逐漸成為主流消費(fèi)方式,流水線大規(guī)模制造標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)方式已無(wú)法滿足現(xiàn)有需求,以快速和多樣為特點(diǎn)的柔性生產(chǎn)在生產(chǎn)制造中扮演越來(lái)越重要的角色,工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和開(kāi)放自動(dòng)化需求強(qiáng)烈。5G確定性工業(yè)網(wǎng)關(guān)首次集成確定性傳輸、新型短距連接、虛擬化控制等能力,實(shí)現(xiàn)了全無(wú)線、全流程、自主可控的高可靠工業(yè)控制應(yīng)用,促進(jìn)5G深度融入核心生產(chǎn)環(huán)節(jié),支撐構(gòu)建新型工業(yè)化,助推DOICT融合。