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文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2024）05-068-07中圖分類號：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(tǒng)；高實時性

1　引言

在國際上，5G技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用正處于全球范圍內(nèi)的探索和推廣階段。國外運營商、設(shè)備廠商與工業(yè)用戶聯(lián)合開展評估和測試，共同探索5G技術(shù)在自動化產(chǎn)線控制、設(shè)備協(xié)同作業(yè)和機器遠程控制等多個場景的應(yīng)用價值。然而，在這一探索過程中，出現(xiàn)了一些痛點，如設(shè)備多層組網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸難以兼容、采集效率低以及移動會造成物理通訊故障等問題。此外，協(xié)議接口多、硬接線施工周期長、網(wǎng)絡(luò)改造困難、靈活性差也是當前面臨的挑戰(zhàn)。

在國內(nèi)，5G與PLC的結(jié)合已經(jīng)成為工業(yè)控制系統(tǒng)智能化變革的先導(dǎo)和探索熱點。PLC作為工業(yè)自動化的核心控制器，與5G技術(shù)的融合，帶來了功能、形態(tài)和結(jié)構(gòu)的變革，可實現(xiàn)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)進入規(guī)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(shù)字化轉(zhuǎn)型等相關(guān)政策，推動5G在重點行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。中國移動、華為、海爾等已經(jīng)利用5G技術(shù)實現(xiàn)了工廠內(nèi)的設(shè)備實時監(jiān)控和自動化控制；浙江移動聯(lián)手華為助力寧波愛柯迪建成了全省首個5GLAN工廠；上海移動聯(lián)合寶山鋼鐵應(yīng)用5G賦能寶鋼工廠協(xié)同智造。國內(nèi)標準化組織也在積極發(fā)布一系列工業(yè)5G應(yīng)用的技術(shù)標準，指導(dǎo)5G在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)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，實時控制系統(tǒng)的高性能和高效率對提高裝備的精密度、穩(wěn)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延，為高端裝備中的實時控制系統(tǒng)的發(fā)展提供了嶄新的機遇和挑戰(zhàn)。

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

2　高端裝備的高實時控制系統(tǒng)需求分析

2.1　高端裝備的工作環(huán)境和任務(wù)需求

隨著科技的不斷發(fā)展和進步，高端裝備的工作環(huán)境變得越來越復(fù)雜和惡劣，高端裝備的工作環(huán)境和任務(wù)需求是影響高實時控制系統(tǒng)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，它們在工作過程中，往往需要在極短的時間內(nèi)做出反應(yīng)和調(diào)整，以保證裝備的正常運行和安全性。例如，在工業(yè)裝備中，需要在毫秒級時間內(nèi)對設(shè)備進行監(jiān)控和調(diào)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時控制系統(tǒng)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時操作系統(tǒng)，以保證控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)和穩(wěn)定運行。同時，還需要采用高精度的傳感器和執(zhí)行器，以獲取和執(zhí)行控制系統(tǒng)的精確指令。此外，為了保證系統(tǒng)的可靠性和安全性，還需要采用冗余設(shè)計和故障檢測與容錯技術(shù)^[11]。

為了實現(xiàn)毫秒級高實時控制，5G通信網(wǎng)絡(luò)拓撲在高端裝備中得到了廣泛的應(yīng)用^[8]。5G通信網(wǎng)絡(luò)拓撲具有高速、低延遲、大容量等特點，可以滿足高端裝備對于實時性和可靠性的需求。通過使用5G通信網(wǎng)絡(luò)拓撲，高端裝備可以實現(xiàn)與其他設(shè)備和系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)交換和傳輸，可以實時獲取和處理各種傳感器和監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對裝備狀態(tài)和工作環(huán)境的實時監(jiān)控和調(diào)整，保證了高端裝備的正常運行和安全性。在未來的研究中，我們還需要進一步探索和優(yōu)化高實時控制系統(tǒng)的性能和可靠性，以滿足不斷發(fā)展的高端裝備需求。

2.2　高實時控制系統(tǒng)的技術(shù)要求

高實時控制系統(tǒng)在高端裝備中具有重要的應(yīng)用價值。為了確保系統(tǒng)的高實時性，系統(tǒng)需要滿足高性能的計算和處理能力、高速的數(shù)據(jù)傳輸能力、高精度的數(shù)據(jù)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(nèi)存和存儲設(shè)備，使用高速的通信設(shè)備如5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合高精度的傳感器和執(zhí)行器，以及精確的控制算法，才能確保系統(tǒng)在毫秒級的時間范圍內(nèi)實時響應(yīng)控制指令并完成相應(yīng)操作，并在各種復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運行，抵御各種安全威脅。

2.3　5G通信網(wǎng)絡(luò)在高實時控制系統(tǒng)中的作用

高實時控制系統(tǒng)在高端裝備中起著至關(guān)重要的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)毫秒級的響應(yīng)時間，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)作為高實時控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性起著關(guān)鍵作用。本節(jié)將重點探討5G通信網(wǎng)絡(luò)在高實時控制系統(tǒng)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延^[8]，能夠滿足高實時控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆Ｔ诟邔崟r控制系統(tǒng)中，控制指令的傳輸速度和時延是至關(guān)重要的，因為任何延遲都可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至故障。而5G通信網(wǎng)絡(luò)能夠提供穩(wěn)定的傳輸速率和低時延，確保控制指令能夠及時準確地傳輸?shù)皆O(shè)備端，從而保證了系統(tǒng)的高實時性。

在高實時控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允欠浅Ｖ匾模魏螖?shù)據(jù)丟包或錯誤都可能導(dǎo)致停機。5G通信網(wǎng)絡(luò)具有較強的抗干擾能力和穩(wěn)定性，能夠保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下，往往存在大量的設(shè)備和傳感器，這些設(shè)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?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的遠程通信，確保了系統(tǒng)的高實時性。

5G通信網(wǎng)絡(luò)在高實時控制系統(tǒng)中具有重要的作用。它能夠提供穩(wěn)定的傳輸速率和低時延，能夠確保控制指令的及時傳輸；它具有較強的抗干擾能力和穩(wěn)定性，能夠保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸；同時它具有較大的覆蓋范圍和較強的穿透能力，能夠滿足復(fù)雜環(huán)境下的通信需求。因此，在高端裝備中的毫秒級高實時控制系統(tǒng)中，5G通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用具有重要意義。

3　毫秒級高實時控制系統(tǒng)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(yīng)用挑戰(zhàn)

隨著5G通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用，工控領(lǐng)域也迎來了新的機遇和挑戰(zhàn)^[4]。在高實時控制系統(tǒng)中，5G通信網(wǎng)絡(luò)可以部署實現(xiàn)數(shù)字化、智能化和柔性化產(chǎn)線控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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)也同樣面臨著一些挑戰(zhàn)：

（1）工業(yè)控制系統(tǒng)的高可靠性和低時延性對5G通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。在實時控制和遠程操作中，任何網(wǎng)絡(luò)延遲或信號丟失都可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故或質(zhì)量問題，因此需要確保5G無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）在生產(chǎn)過程中，隨著工控設(shè)備的增加，設(shè)備間互聯(lián)和數(shù)據(jù)傳輸量也大大增加，對5G網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)器數(shù)據(jù)處理能力提出了挑戰(zhàn)。如何有效管理和優(yōu)化工控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量，確保實時性和準確性，也是5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要解決的問題之一。

（3）5G網(wǎng)絡(luò)的開放性同時增加了安全方面的風險，工控領(lǐng)域?qū)W(wǎng)絡(luò)安全和隱私保護有著高要求，需要采取高安全級別的措施，來防止網(wǎng)絡(luò)被惡意攻擊或數(shù)據(jù)泄露。

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

3.2　5G網(wǎng)絡(luò)拓撲在毫秒級高實時控制系統(tǒng)中的應(yīng)用場景分析

5G作為新一代移動通信技術(shù)，具有大帶寬、高可靠、低時延、廣連接的特點，不僅可以應(yīng)用到簡單的數(shù)據(jù)采集，還能在實時控制等多個層面發(fā)揮作用。在工業(yè)應(yīng)用實時等級與應(yīng)用領(lǐng)域的劃分中，5G的空口時延可以達到1ms，能夠支撐端到端時延要求在毫秒級的應(yīng)用場景。5G在工業(yè)領(lǐng)域的通用場景分析如下：

（1）5G+實時控制：利用5G實現(xiàn)實時控制，可以讓設(shè)備之間（如機器人與機器人）實現(xiàn)協(xié)同操作，提升了生產(chǎn)效率和靈活性。

（2）5G+視覺檢測：使用工業(yè)相機對工件或產(chǎn)品進行質(zhì)量檢測，并通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸拍攝的視頻或圖片以及質(zhì)量分析結(jié)果，可以實現(xiàn)實時監(jiān)測和質(zhì)量把控。

（3）5G+數(shù)字孿生：通過對生產(chǎn)線進行信息建模，可以實現(xiàn)生產(chǎn)線數(shù)字孿生，利用5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬可以實現(xiàn)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(shù)據(jù)交互特性，傳輸制造裝備的健康狀態(tài)和故障診斷數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)跨工廠跨地域的遠程運維與預(yù)測性維護，提高了設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率。

（5）5G+遠程控制：借助5G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實現(xiàn)遠距離作業(yè)下對現(xiàn)場設(shè)備的遠程操控，提高了工作效率和安全性，實現(xiàn)了“無人工廠”。

這些應(yīng)用場景充分展示了5G在工業(yè)控制領(lǐng)域的潛力和廣泛應(yīng)用前景^[2]，也說明了5G網(wǎng)絡(luò)拓撲可以在毫秒級高實時控制系統(tǒng)中成為重要的角色。通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，結(jié)合數(shù)字化應(yīng)用，可以提高系統(tǒng)的實時性、可靠性和安全性^[9]，從而為用戶制定生產(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(tǒng)的應(yīng)用場景范圍、提高產(chǎn)線性能和保證生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的傳輸可靠性，為工業(yè)生產(chǎn)帶來了數(shù)字化、智能化、柔性化的工業(yè)數(shù)字化智能制造解決方案，推動了工業(yè)制造向數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

3.3　毫秒級高實時控制系統(tǒng)中5G網(wǎng)絡(luò)拓撲的方案構(gòu)想

5G通信技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為高端裝備中的毫秒級高實時控制系統(tǒng)提供了更為可靠和高效的通信手段。在毫秒級高實時控制系統(tǒng)中，5G網(wǎng)絡(luò)拓撲的構(gòu)建和優(yōu)化成為了一個重要的研究方向。本章將重點探討在高實時控制系統(tǒng)方案中構(gòu)建5G網(wǎng)絡(luò)拓撲的相關(guān)內(nèi)容。

構(gòu)建5G網(wǎng)絡(luò)拓撲需要考慮到系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。在高實時控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)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(tǒng)的穩(wěn)定性，需要設(shè)計多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將控制節(jié)點和數(shù)據(jù)節(jié)點分開，并采用冗余設(shè)計，以保證系統(tǒng)的可靠性和容錯性。

傳統(tǒng)的焊裝車間工業(yè)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，采用雙絞線的有線工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線，結(jié)合多層交換機進行匯聚和疊加，實現(xiàn)了IT網(wǎng)絡(luò)與OT網(wǎng)絡(luò)的軟隔離。它通過L3交換機路由互通，實現(xiàn)了系統(tǒng)間的高效通信與數(shù)據(jù)交換。此外，PMC、AVI和Andon系統(tǒng)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(xiàn)^[12]。

圖1 焊裝車間傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)

這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在焊裝車間中發(fā)揮著重要作用，確保了生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運行和數(shù)據(jù)的可靠傳輸。同時，軟隔離的設(shè)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(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。通過多層交換機的匯聚和疊加，網(wǎng)絡(luò)能夠支持大規(guī)模設(shè)備的連接，實現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)傳輸和處理。總的來說，這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為焊裝車間提供了可靠、高效的通信和數(shù)據(jù)交換基礎(chǔ)，為生產(chǎn)運營提供了有力的支持。

5G通信技術(shù)優(yōu)化后的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示，除伺服/變頻器之外的所有設(shè)備通過5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)/5GCPE/5G模組聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了IT/OT的深度融合，大大節(jié)省了線纜與現(xiàn)場的空間成本。同時，PMC、AVI和Andon等服務(wù)器也部署在5G網(wǎng)絡(luò)的邊緣平臺上，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)的融合，進一步節(jié)省了服務(wù)器成本。

圖2 5G改造后的焊裝車間網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)

通過5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)拓撲優(yōu)化后的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)提升了車間的智能化水平和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)，提升了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴展性^[9]，給生產(chǎn)過程提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和穩(wěn)定性，奠定了未來工業(yè)制造與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)融合應(yīng)用的基礎(chǔ)。

4　毫秒級高實時控制系統(tǒng)5G網(wǎng)絡(luò)拓撲的應(yīng)用和效果分析

4.1　毫秒級高實時控制系統(tǒng)5G網(wǎng)絡(luò)拓撲應(yīng)用場景

（1）實驗室應(yīng)用場景

如圖3所示，I/O（ET 200SP）上安裝了兩個安全模塊、兩個普通I/O模塊，IPC427E上運行軟PLC組態(tài)軟件，對IO設(shè)備進行讀寫操作。

I/O（ET 200SP）網(wǎng)線連接SE6100，通過雙模組業(yè)務(wù)鏈路配置FRER，業(yè)務(wù)設(shè)定CT=8ms，WDT=24ms，IPC427E上運行業(yè)務(wù)監(jiān)控軟件，通過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(qū)，采用DS幀結(jié)構(gòu)，切片+5QI預(yù)調(diào)度；兩臺綜測儀配置C2IO同樣大小交互報文進行ping包測試，記錄報文的RTT時延。

圖3 實驗室業(yè)務(wù)組網(wǎng)

（2）展廳焊裝車間應(yīng)用場景

如圖4所示，機器人、閥島、遠程I/O等設(shè)備通過網(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(shè)定CT=8ms,WDT=24ms，PLC（1516F）通過5G網(wǎng)絡(luò)控制現(xiàn)場機器人、閥島等設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)配置4.9G雙小區(qū)，采用DS幀結(jié)構(gòu)，切片+5QI預(yù)調(diào)度；兩臺綜測儀配置C2IO同樣大小交互報文進行ping包測試，記錄報文的RTT時延。

4.2　毫秒級高實時控制系統(tǒng)5G網(wǎng)絡(luò)拓撲應(yīng)用測試

作為5G-A新技術(shù)時延第二階段測試目的之一，中國移動集團組織廠家在各省分公司聯(lián)合企業(yè)進行工業(yè)基站驗證，以推動5G賦能工業(yè)場景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)能力可以滿足在汽車生產(chǎn)行業(yè)中的應(yīng)用，進一步推動了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)場景，即PLC到IO的實時邏輯控制，PLC控制安全I/O的場景，即通過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驗室測試和展廳產(chǎn)線測試兩個場景；

（3）明珞實驗室環(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間的場景，驗證在PLC通過5G網(wǎng)絡(luò)，并由5G工業(yè)基站連接到現(xiàn)場I/O進行控制，即PLC-5G工業(yè)基站-I/O-執(zhí)行機構(gòu)的穩(wěn)定運行，PLC-安全I/O控制下無斷鏈告警，業(yè)務(wù)可不間斷運行7×24h；

（5）測量網(wǎng)絡(luò)時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30萬包的Ping包測試量，Ping包間隔及大小同PLC-I/O實際業(yè)務(wù)場景。

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

實驗室組網(wǎng)測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實驗室組網(wǎng)測試數(shù)據(jù)表

實驗室Ping包測試如圖5所示。

（a） 實驗室業(yè)務(wù)ping包時延區(qū)間統(tǒng)計表

（b） 實驗室ping包時延散點分布圖

圖5 實驗室Ping包測試圖

經(jīng)過連續(xù)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平均時延為8.092ms；

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

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

表2 展廳焊裝車間組網(wǎng)測試數(shù)據(jù)表

展廳產(chǎn)線Ping包測試如圖6所示。

（a） 展廳網(wǎng)絡(luò)ping包時延區(qū)間統(tǒng)計

（b） 展廳網(wǎng)絡(luò)ping包時延散點分布圖

圖6 展廳產(chǎn)線Ping包測試圖

經(jīng)過連續(xù)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平均時延為8.055ms；

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

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

測試結(jié)果：網(wǎng)絡(luò)性能達到預(yù)期效果。

測試結(jié)論：本次通過實驗室與產(chǎn)線真實生產(chǎn)環(huán)境相結(jié)合，對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)做了充分的測試驗證，結(jié)論如下：

（1）在開啟DS幀結(jié)構(gòu)、FRER雙發(fā)選收的情況下，端到端時延16ms的可靠性可以達到99.999%以上，從而滿足WDT=24ms的業(yè)務(wù)要求；

（2）從業(yè)務(wù)測試來看，在C2IO業(yè)務(wù)場景下，CT=8ms、WDT=24ms的業(yè)務(wù)配置，能夠滿足7×24h業(yè)務(wù)不間斷連續(xù)運行；

（3）測試開始發(fā)現(xiàn)PLC回包中有超過1500字節(jié)的大包，導(dǎo)致業(yè)務(wù)不通，經(jīng)過定位發(fā)現(xiàn)模組不支持大包，移遠通過版本解決，建議針對工業(yè)場景，模組對MTU不要做限制。

4.4　毫秒級高實時控制系統(tǒng)5G網(wǎng)絡(luò)拓撲應(yīng)用的價值影響

本文研究了5G通信網(wǎng)絡(luò)在高端裝備中毫秒級高實時控制系統(tǒng)中的拓撲結(jié)構(gòu)，分析了其效果及在不同應(yīng)用場景下的適用性。5G通信網(wǎng)絡(luò)采用分布式拓撲結(jié)構(gòu)和多小區(qū)部署，能實現(xiàn)低時延、高可靠性和大容量，提高了控制系統(tǒng)性能。在未來研究中我們可進一步優(yōu)化拓撲結(jié)構(gòu)以滿足不同需求。明珞、移動、中興在控制產(chǎn)線的各個方面發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，他們通過測試應(yīng)用，將融合5G技術(shù)和工業(yè)解決方案落地，在技術(shù)創(chuàng)新上帶來了巨大的價值影響。毫秒級高實時控制系統(tǒng)的5G網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)為離散制造行業(yè)帶來了創(chuàng)新的解決方案，幫助了企業(yè)應(yīng)對痛點和業(yè)務(wù)需求，推動了行業(yè)向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)了產(chǎn)線現(xiàn)場的實時控制，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了降本增效，優(yōu)化了資源利用，為制造行業(yè)帶來了更好的質(zhì)量和更強的競爭力，引領(lǐng)了行業(yè)革命性變革。

5　總結(jié)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時控制系統(tǒng)與5G通信網(wǎng)絡(luò)拓撲的研究與應(yīng)用進行了深入探討，并通過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(xiàn)5G技術(shù)在優(yōu)化高端裝備制造產(chǎn)線架構(gòu)和提高產(chǎn)能方面具有巨大的潛力。在毫秒級高實時控制系統(tǒng)的研究中，我們應(yīng)用了5G網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)對車間工作站方案進行了優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了更高效、更穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，提高了產(chǎn)線的生產(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。如實驗數(shù)據(jù)和案例研究少，不具有說服力，需要進一步驗證方法和結(jié)論的可行性和有效性。我們計劃進行充分的測試和驗證以證明5G網(wǎng)絡(luò)可以滿足關(guān)鍵業(yè)務(wù)需求，通過此來消除項目部門對5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能力的顧慮。同時，我們將繼續(xù)現(xiàn)場的組網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計研究，確保5G網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有系統(tǒng)無縫對接，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的高效流動和共享，進一步優(yōu)化工業(yè)數(shù)字化智能制造解決方案，為未來的研究和實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）。

作者簡介：

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

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摘自《自動化博覽》2024年5月刊