導讀

作為我國首個邊緣計算產業(yè)促進項目，“邊緣計算標準件計劃”由中國信息通信研究院、工業(yè)互聯網產業(yè)聯盟、互聯網與工業(yè)融合創(chuàng)新工業(yè)和信息化部重點實驗室聯合產業(yè)各方共同發(fā)起，旨在形成“技術研發(fā)、標準研制、產品檢測、應用示范、規(guī)模商用”的產業(yè)閉環(huán)，有效協(xié)助設備廠商優(yōu)化迭代產品能力，并為用戶提供可靠精準的選型參考，為推動邊緣計算規(guī)?；渴鸬於P鍵基礎。經過近4年的發(fā)展，“邊緣計算標準件計劃”已累計完成四批產品的集中測試，累計為60余款產品提供測試服務。

中國移動研究院自主研發(fā)的5G虛擬化工業(yè)控制網關順利通過本次“邊緣計算標準件計劃”產品測試，并且在多個領域實際應用部署和持續(xù)穩(wěn)定運行，助力各行業(yè)企業(yè)應用升級，推動數字化建設落地。

傳統(tǒng)工業(yè)網絡廣泛采用有線技術，存在層級復雜、部署難度大、柔性化不足等問題?，F有工業(yè)無線技術由于在通信時延、抗干擾、穩(wěn)定性等方面存在短板，難以滿足工業(yè)網絡對通信確定性、高可靠性等嚴苛的性能要求，主要服務數據采集、視頻回傳、移動巡檢等業(yè)務，難以深入工業(yè)控制核心生產環(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)控制架構封閉，垂直煙囪結構導致擴展性差、集成難度大、成本高，這種“算力下不去，數據上不來”的控制架構，難以滿足工業(yè)互聯網發(fā)展需要。

5G虛擬化工業(yè)控制網關

5G虛擬化工業(yè)控制網關

針對工業(yè)無線和開放自動化面臨的挑戰(zhàn)，中國移動打造5G虛擬化工業(yè)控制網關產品，以打造技術創(chuàng)新、性能優(yōu)異、自主可控的5G+工業(yè)端到端高質量控制保障技術為目標，以5G工業(yè)網關為錨點，創(chuàng)新確定性、新型短距、虛擬化PLC三大關鍵技術，解決干擾環(huán)境下通信質量保障難、異構協(xié)議接入難、工控業(yè)務拓展難等問題。

現場部署架構圖

5G+TAN確定性實現控制器北向確定性傳輸

面向行業(yè)高確定性需求，5G+TAN（時間明晰網絡）技術通過內生雙發(fā)選收、多鏈路冗余傳輸、時延門限控制、跨時鐘域協(xié)同等技術，提供有界時延抖動、高可靠性、高精度時鐘同步等能力，實現端到端確定性傳輸。在5G（R16）環(huán)境下南向1588v2授時精度誤差小于500ns，軟件定義時延誤差小于10微秒，干擾環(huán)境下丟包率降低40%以上，時延降低20%以上，實現端側設備融合精簡，大幅降低成本。目前已研發(fā)5G確定性工業(yè)網關和配套的確定性控制器，實現雙5G傳輸，基站無感知切換，保障各類業(yè)務穩(wěn)定流暢運行。

5G+新型短距實現控制器南向剪辮子

控制器通常采用現場總線協(xié)議以有線方式與I/O連接，近年來出現越來越多的無線化訴求和趨勢，現有的無線技術在時延、可靠性、同步精度、安全性等方面，已無法滿足部分新業(yè)務、新場景對網絡的苛刻要求，如何實現控制器南向剪辮子一直是業(yè)界難題。星閃短距技術基于全新空口設計，是具有低時延（低于100us）、多接入（超過256個）、高可靠（超過99.999%）、安全自主可控等特點的新一代無線短距通信技術?；?G+新型短距進行控制器南向剪辮子，實現廣域通信的蜂窩網絡與短距網絡的融合，既可進一步拓展蜂窩網絡的覆蓋范圍，打通現場連接的最后100米，也可與蜂窩網絡協(xié)同實現具備雙路冗余特性的確定性傳輸，增強數據傳輸的可靠性,形成獨特優(yōu)勢。

5G+vPLC實現虛擬化PLC統(tǒng)一編排部署

5G+vPLC（虛擬化控制器）依托實時虛擬化技術，在x86/ARM通用硬件構建實時計算環(huán)境，通過軟硬解耦將傳統(tǒng)PLC變成虛擬化PLC控制服務。虛擬化PLC采用國產PLC軟件技術，滿足IEC-61131-3標準，支持ST、LD、IL、SFC和CFC五種編程語言，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（消息隊列遙測傳輸）自動轉換，PLC任務最大時延抖動<150us，滿足中高速工控場景需求。目前已在EA1000、DC2000等多個型號的5G確定性網關上完成虛擬化PLC集成和部署。

“邊緣計算標準件計劃”證書

典型案例

案例1：流程行業(yè)-鋼企天車無線遠程控制場景

中國移動與某鋼鐵企業(yè)合作，在其熱軋場開展了廠區(qū)14臺天車行車自動化改造。5G確定性工業(yè)網關作為行車側PLC從站北向通信節(jié)點，通過多路冗余確定性傳輸，實現中國移動5G專網2.6GHz和4.9GHz雙頻網絡的無縫冗余切換，顯著改善現場無線傳輸質量，丟包率可降低50%以上、抖動小于10ms，控制業(yè)務無小區(qū)切換抖動。

無線遠控架構圖

案例2：離散行業(yè)-電池組裝線“控制+數采”

二合一替換場景

中國移動與國內某新能源廠商合作，在電池組裝產線完成5G+虛擬化PLC技術驗證應用。核心方案是采用一臺安裝虛擬化PLC的5G工業(yè)控制網關，實現對“傳統(tǒng)PLC+數采網關”的二合一替換。5G工業(yè)控制網關首先通過掃描槍、測距儀完成位置標定，控制機械臂移動到電池模組位置。隨后控制機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)控制網關不僅提供PLC實時控制服務，也提供5G數據采集、遠程運維服務。從而將傳統(tǒng)的“現場I/O-PLC-數采網關”三層架構壓縮成“現場I/O-5G工業(yè)控制網關”扁平架構，解決了傳統(tǒng)方案控制層級多、專用設備多，成本居高不下，難以實現無人化/少人化運維等痛點問題，設備硬件成本和運維成本均下降50%。

離散行業(yè)智能制造架構圖及現場圖

隨著個性化商品逐漸成為主流消費方式，流水線大規(guī)模制造標準件的生產方式已無法滿足現有需求，以快速和多樣為特點的柔性生產在生產制造中扮演越來越重要的角色，工業(yè)無線網絡和開放自動化需求強烈。5G確定性工業(yè)網關首次集成確定性傳輸、新型短距連接、虛擬化控制等能力，實現了全無線、全流程、自主可控的高可靠工業(yè)控制應用，促進5G深度融入核心生產環(huán)節(jié)，支撐構建新型工業(yè)化，助推DOICT融合。