【施耐德电气】2023年5G+PLC_深度融合解决方案白皮书_52页_4mb

报告摘要

5G+PLC深度融合解决方案白皮书总结

核心内容

本白皮书由施耐德电气、中国信息通信研究院、中国联通联合编写，旨在探讨5G与PLC在离散制造业中的深度融合，推动工业互联网的发展。白皮书从5G+PLC的系统架构、应用场景、网络性能要求、网络部署及实际案例等方面，全面分析了5G技术如何赋能工业控制，提升生产效率、降低运维成本，并为未来的工业自动化和智能化提供技术路径和实践指导。

主要观点

5G与工业互联网融合：5G凭借其高速率、低时延和大连接等特性，成为工业互联网的关键使能技术。5G网络的部署正在从外围辅助环节向核心控制环节深入。
PLC南向控制：5G的引入为PLC南向通信提供了新的可能性，支持远程控制和设备连接，有助于实现柔性化、智能化生产。
网络性能与可靠性：5G网络需要满足工业控制对时延、可靠性、覆盖和容量的严格要求，特别是在逻辑控制、过程控制、运动控制等场景中。
网络架构与部署：5G+PLC系统架构分为现场接入设备、边缘集中部署、上层承载应用三个层级，支持多种工业协议，并通过5G LAN、网络切片、UPF下沉等方式实现灵活部署。
工业安全与可靠性：在5G网络环境下，工业控制系统的安全与可靠性至关重要，需通过本地安全电路、网络冗余和故障恢复机制确保控制的稳定性。
5G+PLC应用效果：实际案例表明，5G+PLC可有效提升产线效率，降低设备数量依赖，提高运维效率，并支持快速换型和柔性生产。

关键信息

5G+PLC应用场景分类

场景类型	通信方式	时延要求	通信协议
逻辑控制	5G通信	20~50ms	Modbus TCP, Ethernet/IP
过程控制	5G通信	20~100ms	Modbus TCP, Ethernet/IP
运动控制	5G通信	20~100ms	Modbus TCP, Ethernet/IP, EtherCAT
外部设备	5G通信	20~100ms	Ethernet/IP, Modbus TCP

5G网络性能分级

网络性能	平均时延	时延可靠性	覆盖要求	核心网要求	承载网要求
第一档	≤50ms	100ms@99.9%	SS-RSRP≥-95dBm@95%	无特殊要求	无特殊要求
第二档	≤30ms	50ms@99.99%	SS-RSRP≥-95dBm@95%	下沉UPF	无特殊要求
第三档	≤15ms	20ms@99.99%	SS-RSRP≥-85dBm@95%	下沉UPF+网络切片	承载网下沉园区+网络切片

5G网络部署方案

部署类型	基础网络	增值业务	适用场景
基础覆盖网室外	64TR/32TR AAU	无	数据采集、视频监控
基础覆盖网室内	4TR数字化室分	无	数据采集、视频监控
增强室内	D-MIMO组网	大上行、低时延、高可用	数据采集、视频监控、机器视觉
工控可靠网	D-MIMO组网	低时延、高可用、网络切片	PLC控制、位置定位

网络性能测试结果

测试内容	有线响应时间	5G响应时间	响应时间增加
Modbus TCP（10ms轮询）	26.67ms	40.6ms	13.93ms
Modbus TCP（20ms轮询）	39.99ms	49.55ms	9.56ms
Modbus TCP（30ms轮询）	60ms	60.063ms	0.063ms
EIO（10ms轮询）	20.01ms	38.48ms	18.47ms
EIO（20ms轮询）	20.99ms	40.04ms	19.05ms
EIO（30ms轮询）	29.99ms	41.18ms	11.19ms

实施效果

效率损失：改造后，效率损失控制在3%以内，符合预期。
经济效益：单条产线改造成本可节约6万元，年经济效益可达300万元。
柔性生产：通过5G+PLC，实现设备快速更换和产线柔性化，提升生产灵活性。
投资回报：项目投资回报期为1.7年，具有良好的经济性。

未来展望

5G与PLC的深度融合将成为工业自动化发展的关键方向，推动工业控制系统向网络化、智能化、开放化演进。随着5G技术的持续演进，如R16版本的引入，5G在工业控制领域的应用将更加广泛。未来，5G将与边缘计算、工业互联网平台、工业模型等技术协同，进一步提升工业控制的效率与可靠性。同时，5G在工业内网中的深入应用将加速智能制造的发展，推动工业生产向更高效、更灵活、更安全的方向演进。