在中國(guó)制造業(yè)的廣闊天地里，一場(chǎng)由5G技術(shù)引領(lǐng)的變革正悄然興起。中國(guó)移動(dòng)，作為通信領(lǐng)域的領(lǐng)航者，正通過(guò)一項(xiàng)名為“2024年5G確定性工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)測(cè)試床”的項(xiàng)目，將5G技術(shù)從生產(chǎn)線的邊緣推向核心控制領(lǐng)域，為智能制造鋪設(shè)堅(jiān)實(shí)的數(shù)字基石。

傳統(tǒng)工廠中，設(shè)備間的通信往往受限于線纜，這不僅增加了維護(hù)成本，也限制了生產(chǎn)的靈活性。旋轉(zhuǎn)設(shè)備依賴滑環(huán)傳輸信號(hào)，老化問(wèn)題頻發(fā)；產(chǎn)線調(diào)整時(shí)，重新布線繁瑣且成本高昂。而在對(duì)精度要求極高的場(chǎng)景中，毫秒級(jí)的時(shí)延誤差都可能影響產(chǎn)品質(zhì)量乃至導(dǎo)致產(chǎn)線停機(jī)。針對(duì)這些痛點(diǎn)，中國(guó)移動(dòng)的5G確定性工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)測(cè)試床應(yīng)運(yùn)而生，旨在通過(guò)無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、高可靠且時(shí)延抖動(dòng)可控的通信，讓無(wú)線信號(hào)如同有線連接般穩(wěn)定可靠。

該測(cè)試床全面覆蓋了工業(yè)生產(chǎn)的各類(lèi)需求，從基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)I/O通信到嚴(yán)苛的運(yùn)動(dòng)控制，再到PLC（可編程邏輯控制器）的虛擬化。通過(guò)5G邊緣算力平臺(tái)，傳統(tǒng)硬件PLC得以轉(zhuǎn)化為軟件形態(tài)，部署更加靈活，適應(yīng)了柔性生產(chǎn)的需求。這些探索直擊工業(yè)生產(chǎn)的核心控制環(huán)節(jié)，用無(wú)線技術(shù)打破了有線網(wǎng)絡(luò)的束縛。

為了讓5G與工業(yè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫對(duì)話”，中國(guó)移動(dòng)在測(cè)試床中構(gòu)建了三條技術(shù)路徑。第一條路徑通過(guò)“工業(yè)以太網(wǎng)over 5G”，使5G網(wǎng)絡(luò)適配主流工業(yè)協(xié)議，滿足低時(shí)延、高可靠通信需求。這意味著工廠內(nèi)的傳感器、控制器可直接通過(guò)5G進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，無(wú)需大規(guī)模改造現(xiàn)有設(shè)備。第二條路徑則通過(guò)“工業(yè)以太網(wǎng)over 5G TSN”技術(shù)，進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)傳輸抖動(dòng)，滿足更精密的控制需求，如多臺(tái)機(jī)器的同步運(yùn)轉(zhuǎn)。第三條路徑則聚焦于PLC的革新，通過(guò)“5G UPF基座虛擬化PLC”方案，將PLC部署在5G邊緣節(jié)點(diǎn)服務(wù)器上，降低了控制指令的傳輸時(shí)延，同時(shí)提高了部署的靈活性。

這些技術(shù)探索的背后，離不開(kāi)一系列“黑科技”的支撐。5G LAN工業(yè)組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間的高效通信，支持多種交互方式；高精度時(shí)間同步技術(shù)確保了多臺(tái)設(shè)備的精準(zhǔn)同步；低時(shí)延與抖動(dòng)控制技術(shù)優(yōu)化了無(wú)線信號(hào)調(diào)度和幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使數(shù)據(jù)傳輸延遲穩(wěn)定在毫秒級(jí)；冗余傳輸機(jī)制則為通信提供了雙重保障，即使單一路徑故障，數(shù)據(jù)也能通過(guò)備用路徑傳輸，確保生產(chǎn)不中斷。

經(jīng)過(guò)兩年多的努力，這個(gè)測(cè)試床已從方案設(shè)計(jì)邁向了實(shí)際應(yīng)用。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)完成了需求調(diào)研與架構(gòu)設(shè)計(jì)，并通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了5G控制工業(yè)設(shè)備的可行性。他們成功構(gòu)建了“旋轉(zhuǎn)臺(tái)電子齒輪系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了5G控制多臺(tái)伺服電機(jī)按精確比例協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，精準(zhǔn)度達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)要求。同時(shí)，智能輸送分揀系統(tǒng)也完成了測(cè)試，5G網(wǎng)絡(luò)順利控制Delta分揀機(jī)器人等設(shè)備完成物料分揀與輸送。

尤為值得一提的是虛擬化PLC的成功部署。在測(cè)試中，部署在5G UPF服務(wù)器上的虛擬化PLC通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對(duì)IO設(shè)備、變頻電機(jī)的實(shí)時(shí)控制，并與觸摸屏、調(diào)試站流暢交互。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，其通信時(shí)延、任務(wù)切換性能等關(guān)鍵指標(biāo)均滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。

這些成果已在多個(gè)行業(yè)展會(huì)上亮相，引發(fā)了廣泛關(guān)注。在北京、上海的工業(yè)展上，旋轉(zhuǎn)臺(tái)電子齒輪系統(tǒng)直觀展示了5G控制多軸電機(jī)高速嚙合的效果。而在世界物聯(lián)網(wǎng)博覽會(huì)上，5G UPF基座虛擬化PLC方案的發(fā)布更是吸引了眾多制造業(yè)企業(yè)的目光。

5G確定性網(wǎng)絡(luò)不僅帶來(lái)了生產(chǎn)的“無(wú)線化”，更推動(dòng)了生產(chǎn)模式的革新。在效率層面，5G的高速率、低時(shí)延特性使設(shè)備數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)上傳、控制指令即時(shí)下達(dá)，為生產(chǎn)流程的優(yōu)化提供了精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。在成本層面，“一網(wǎng)到底”的5G網(wǎng)絡(luò)替代了復(fù)雜的有線布線，降低了線纜采購(gòu)與鋪設(shè)成本，同時(shí)簡(jiǎn)化了產(chǎn)線調(diào)整過(guò)程，大幅降低了柔性生產(chǎn)的門(mén)檻。

隨著5G與人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的結(jié)合，工廠正邁向“智能化”的新階段。通過(guò)5G采集的海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸至云端平臺(tái)進(jìn)行分析，提前預(yù)警設(shè)備故障。虛擬化PLC的靈活部署則使生產(chǎn)線能夠根據(jù)訂單需求快速切換控制邏輯，適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)趨勢(shì)。中國(guó)移動(dòng)計(jì)劃將測(cè)試床的驗(yàn)證能力向更多合作伙伴開(kāi)放，共同孵化可商用的解決方案，推動(dòng)5G成為工業(yè)生產(chǎn)的“標(biāo)配能力”。