在過去的幾十年里，無線通信技術(shù)主要解決向使用智能手機(jī)設(shè)備的消費(fèi)者提供高速數(shù)據(jù)的問題。5G在3GPP范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化始于解決比智能手機(jī)更多的垂直領(lǐng)域的愿景。因此，5G的設(shè)計(jì)從頭開始，考慮了超可靠性、低延遲和廣泛的頻譜選擇，以滿足許多關(guān)鍵任務(wù)垂直行業(yè)的苛刻要求。這些新功能使5G非常適合工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。通過專網(wǎng)，5G可以為標(biāo)準(zhǔn)和安全控制應(yīng)用中的眾多工業(yè)傳感器、執(zhí)行器和控制器提供超高容量和低延遲，無論是在毫米波還是傳統(tǒng)的6ghz以下頻譜。5G有望成為一種增強(qiáng)甚至取代傳統(tǒng)有線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接的可行技術(shù)，在成本、靈活性、可重構(gòu)性、可持續(xù)性和全球工業(yè)運(yùn)營上市時(shí)間方面改變了游戲規(guī)則。

制造業(yè)需要靈活應(yīng)對(duì)不斷變化的市場需求。例如，他們需要重組他們的工業(yè)運(yùn)營，以滿足大流行期間不斷變化的需求:從蘇打水到消毒劑，服裝到醫(yī)用口罩，或汽車零部件到呼吸機(jī)。經(jīng)驗(yàn)是，敏捷性、效率、彈性和可持續(xù)性是智能制造的重要方面。

工業(yè)私有5G是智能制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推動(dòng)者，通過支持關(guān)鍵應(yīng)用用例，幫助交付業(yè)務(wù)成果，如可持續(xù)性和靈活性:

• 互聯(lián)工作應(yīng)用通過移動(dòng)數(shù)字工具，如分析、數(shù)字雙胞胎和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)，提高可視性和智能。
• 移動(dòng)資產(chǎn)應(yīng)用增加了自動(dòng)駕駛車輛的靈活性和效率，如自動(dòng)引導(dǎo)車輛(agv)和自動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人(AMR)。
• 無栓固定工業(yè)資產(chǎn)應(yīng)用減少了連接靜態(tài)設(shè)備、靜態(tài)設(shè)備與旋轉(zhuǎn)部件(滑環(huán)更換)和移動(dòng)設(shè)備(靜態(tài)時(shí)可操作，移動(dòng)時(shí)不可操作)的有線基礎(chǔ)設(shè)施的需求，從而提高了可持續(xù)性。不受束縛的固定工業(yè)資產(chǎn)還可以減少調(diào)整工業(yè)操作以應(yīng)對(duì)不斷變化的市場條件的時(shí)間，從而提高靈活性。

工業(yè)專用5G能否幫助在制造和工藝操作中實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用用例?為了解決這個(gè)問題，羅克韋爾自動(dòng)化公司(工業(yè)自動(dòng)化的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者)與愛立信公司(蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者)、高通技術(shù)公司(5G技術(shù)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者)和威瑞森公司(領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商)合作。該研究合作評(píng)估了工業(yè)私有5G技術(shù)與以太網(wǎng)/IP?連接，這是羅克韋爾自動(dòng)化的核心工業(yè)通信技術(shù)。關(guān)鍵的學(xué)習(xí)目標(biāo)是確保EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)專用5G做好了準(zhǔn)備，并確認(rèn)工業(yè)專用5G為要求苛刻的EtherNet/IP應(yīng)用做好了準(zhǔn)備。

此插圖是所開發(fā)的測試平臺(tái)的簡化表示，說明了一個(gè)不受約束的固定工業(yè)資產(chǎn)應(yīng)用程序用例，包括:

• 羅克韋爾自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)和安全控制。一個(gè)區(qū)域控制器與GuardLogix?安全控制器。12個(gè)具有FLEX5000?標(biāo)準(zhǔn)和安全I(xiàn)/O的分布式區(qū)域，代表滑塊、機(jī)器或設(shè)備。注意，每個(gè)分布區(qū)域的安全控制器的目的只是收集試驗(yàn)臺(tái)遙測數(shù)據(jù)。
• 愛立信無線接入網(wǎng)(RAN)基礎(chǔ)設(shè)施。由使用28GHz(n261)的毫米波基站和使用Release15的LTE頻段2和私有5G核心(3GPPRelease-15，非獨(dú)立(NSA)，預(yù)置)組成。
• 高通移動(dòng)測試平臺(tái)(MTP)。用于數(shù)據(jù)收集和交通流分析的移動(dòng)測試平臺(tái)，用作工業(yè)5G到以太網(wǎng)適配器，稱為用戶設(shè)備(UE)。
• verizon在5G工業(yè)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新方面的思想領(lǐng)導(dǎo)地位對(duì)定義需求、目標(biāo)功能集和測試平臺(tái)的范圍(包括未來驗(yàn)證需求的路線圖)做出了重要貢獻(xiàn)。

測試是根據(jù)由羅克韋爾自動(dòng)化公司提供的完善的測試計(jì)劃進(jìn)行的，該計(jì)劃具有嚴(yán)格的零故障成功標(biāo)準(zhǔn)。它概述了一系列測試用例，從左邊的GuardLogix區(qū)域控制器建立可靠的EtherNet/IP標(biāo)準(zhǔn)和安全(CIP安全?)I/O連接，具有一系列請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包間隔(RPI)設(shè)置，從5GRAN到FLEX5000標(biāo)準(zhǔn)，并在右側(cè)的區(qū)域1到12建立安全I(xiàn)/O連接。RPI是控制器和I/O交換數(shù)據(jù)的速率。

成功的測試結(jié)果表明，工業(yè)專用5G(3GPPRelease-15,NSA,on-premise,mmWave頻譜)的當(dāng)前狀態(tài)具有足夠低的延遲和抖動(dòng)，可以支持RPI設(shè)置，這些設(shè)置優(yōu)于羅克韋爾自動(dòng)化對(duì)EtherNet/IP標(biāo)準(zhǔn)和安全I(xiàn)/O連接的默認(rèn)設(shè)置。這些RPI設(shè)置將支持許多使用EtherNet/IP標(biāo)準(zhǔn)和安全I(xiàn)/O通信的無栓固定工業(yè)資產(chǎn)應(yīng)用程序(滑板、機(jī)器或設(shè)備)。

其目標(biāo)的成果強(qiáng)調(diào):

ethernet/IP已為工業(yè)專用5G做好準(zhǔn)備。

• 工業(yè)專用5G的當(dāng)前狀態(tài)為EtherNet/IP標(biāo)準(zhǔn)和安全I(xiàn)/O應(yīng)用做好了準(zhǔn)備。
• 工業(yè)專用5G可以幫助實(shí)現(xiàn)商業(yè)成果，如在工業(yè)運(yùn)營中增加可持續(xù)性和提高敏捷性。

研究合作將繼續(xù)，計(jì)劃評(píng)估以太網(wǎng)/IP時(shí)間同步(CIPSync?)和分布式運(yùn)動(dòng)(CIPmotion?)在3GPPRelease16獨(dú)立(SA)工業(yè)專用5G上的應(yīng)用。初步的概念驗(yàn)證測試結(jié)果是有希望的。

總之，由于羅克韋爾自動(dòng)化、愛立信、高通技術(shù)和Verizon之間的合作，我們能夠驗(yàn)證真正的5G支持的工業(yè)自動(dòng)化測試用例如承諾的那樣工作。因此，在向智能制造發(fā)展的過程中，工業(yè)運(yùn)營可以利用5G標(biāo)準(zhǔn)來滿足高性能無線連接和業(yè)務(wù)保障需求。