2023年5G+5G-A+超可靠低时延通信工业场景需求白皮书.docx

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1、5G/5G-A 超可靠低时延通信工业场景需求白皮书2023 年 6 月目录一、 5G 技术对新一轮工业变革的重要性11.1 5G 为工业无线带来可行性方案11.2 5G 技术推动工业现场网络升级11.3 5G 可承载工业控制的实时连接2二、 5G URLLC 工业应用场景概览32.1 5G URLLC 特性的工厂应用场景32.2 5G URLLC 应用场景落地行业62.3 5G URLLC 行业场景需求参数说明7三、 汽车制造业 5G URLLC 应用场景83.1. 行业数字化升级概述83.2. 焊装车间场景描述93.2.1 车间总体情况93.2.2 传统工业通信组网113.2.3 工业现场

2、5G 应用场景及需求133.3. 总装车间场景描述183.3.1 车间总体情况183.3.2 传统工业通信组网203.3.3 工业现场 5G 应用场景及需求25四、 电子/机械制造 5G URLLC 应用场景304.1 行业数字化升级概述304.2 电子总装场景描述 1314.2.1 车间总体情况314.2.2 传统工业通信组网324.2.3 工业现场 5G 应用场景及需求354.3 电子总装场景描述 2374.3.1 车间总体情况374.3.2 传统工业通信组网394.3.3 工业现场 5G 应用场景及需求414.4 重型机械焊接场景描述434.4.1 车间总体情况434.4.2 传统工业通

3、信组网454.4.3 工业现场 5G 应用场景及需求47五、 精密铸造业 5G URLLC 应用场景495.1 行业数字化升级概述495.2 精铸车间场景描述545.2.1 车间总体情况545.2.2 传统工业通信组网555.2.3 工业现场 5G 应用场景及需求59六、工业现场 5G 网络需求分析汇总646.1 工业现场 5G URLLC 应用场景需求646.2 工业现场 5G 网络部署需求666.2.1 工业现场 5G 组网需求666.2.2 工业协议与 5G 对接696.2.3 URLLC 终端需求746.3 5G URLLC 网络性能指标766.3.1 URLLC 指标及参数概述766

4、.3.2 确定性通信786.3.3 通信时延796.3.4 单包可靠性826.3.5 用户容量876.4 5G URLLC 网络需求汇总88七、3GPP 标准及网络能力演进89八、总结92附录A：行业化 5G URLLC 应用场景说明附录B：工业以太网协议介绍一、 5G 技术对新一轮工业变革的重要性目前全球工业体系正处于第四次工业革命时期，产业数字化、网络 化、智能化逐步成为发展主流，以 5G、工业互联网为代表的新一代信息通信技术已然成为工业发展的技术底座与创新动力。工业体系变革带 动了工业网络的优化升级，工业通信网络正由现场总线向工业以太网、 工业无线网演进。5G 技术作为支撑工业无线化升级

5、的重要技术，其技术特性充分匹配工业实时、可靠、安全的通信要求，5G 技术与工业应用的有机融合将进一步激发工业界的创新活力。1.1 5G 为工业无线带来可行性方案5G 技术以其低时延、超可靠、大连接的特性，解决了工业领域传统无线技术（如 Wi-Fi、蓝牙、基于 IEEE 802.15.4 的短距离工业无线等） 厂区覆盖范围有限、网络稳定性不佳、终端连接率不足等方面的问题， 使得无线技术有能力承载工业现场的各类通信业务。HMS（Hardware Meets Software）发布的 2021 工业网络市场份额预测报告指出无线业务继续以 24%的速度快速增长，无线网络现已拥有 7%的市场份额。未来，

6、 5G 无线业务将在工厂全面落地，从智能物流、园区监测等生产辅助环节到进入工业自动化核心生产环节，预计工厂内设备无线连接占比将会大幅增加。1.2 5G 技术推动工业现场网络升级传统工业现场存在大量移动设备（如随行夹具、机器人抓手、输送 设备等），现有有线组网复杂、易于磨损。同时，现场存在大量 OT 设备的多层级组网，无法有效兼容数据采集、AR、机器视觉等非实时 IT 157 业务，工业现场亟待引入 5G 技术解决当前难题，进而带动工业领域的创新变革。5G 带来的改变体现在三个方面：一是去掉有线束缚，解决不便于有线连接的移动类场景，减少移动造成的通讯物理故障。二是智能融合组网，5G 提供 IT

7、非实时与 OT 实时多业务共用一张网的能力，网络的扁平化架构可以解决业务兼容问题。三是工业控制应用创新，5G 与工业的融合将加速云化机器人、云化PLC 的应用落地，降低网络部署成本， 而云化算力和实时网络也为工厂的智能化柔性生产夯实基础。图 1-1 智能化柔性工厂 工业网络演进1.3 5G 可承载工业控制的实时连接工业现场实时控制对 5G 网络提出低时延与高可靠性的要求，在网络扁平化的同时，要求工业 5G 具备 eMBB 和 URLLC 等特性的多业务能力。当前，“5G+工业互联网”应用主要着眼于增强移动宽带（eMBB） 特性，以大带宽数据传输类应用为主。3GPP 于 2020 年 7 月、2

8、022 年 6 月分别冻结了 5G 第二版本R16 和第三版本R17，进一步增强了 5G 服务行业应用的能力。其中 5G 超可靠低延迟通信（URLLC）特性不断成熟， 相关应用从单链路的人机远程操控，逐步开始进入工业自动化控制的人机界面控制与现场实时控制。随着 3GPP 标准后续版本的持续演进及 5G 工控领域相关技术的逐步落地，5G/5G-A（5G-Advanced） URLLC 的能力将不断增强，通信时延降低、网络可靠性提高、设备连接数增多，可满足大多数工业自动化的实时控制应用需求。5G 及 5G-A 是 5G 技术持续演进过程中的不同技术阶段，同属于 5G网络技术，为简化表达，本白皮书后

9、续描述如无特别区分，将 5G、5G-A 统称为 5G。二、 5G URLLC 工业应用场景概览2.1 5G URLLC 特性的工厂应用场景传统工厂网络可以划分为三种类型：工厂级网络、车间级网络和 现场级网络。其中工厂级网络以 IT 网络为主，车间级网络和现场级网络以 OT 网络为主。目前，车间网络的常见方式为多种网络混合部署： 传统工业 OT 网络主要用于现场实时控制，若车间现场需连接宽带实现数据采集或AGV 等移动设备的控制，则需要在车间OT 网络之外，再部署 IP 以太网或 WIFI。图 2-1 制造工厂 传统网络 5 层金字塔架构工业现场的 5G 网络为企业提供统一、扁平化的车间内网，5

10、G URLLC 下沉到 OT 域的主要应用场景可分为面向现场网络实时 RT（Real Time）场景和运动控制同步实时IRT（Isochronous Real Time）场景。5G 提供大带宽的数据传输用于各类数据采集或数据下载，而 5G 定位用于跟踪各类物料、工具、人员等。同时，5G 网络的星型架构可以实现车间级和现场级网络的融合，确保现场的每个终端设备扁平化接入， 避免了传统有线多级交换机分层分级的不便。图 2-2 工业 5G 现场网络架构工业自动化正走向网络化、智能化，如图 2-3 所示，转型过程中主要包括四方面业务的连接升级：1） C2IO（Control to IO），指 PLC 到

11、 IO 的实时逻辑控制，包含主PLC-IO/从站、从 PLC-IO 两种情况。2） MC（Motion Control）指的是 PLC 到伺服的运动控制。3） HMI（Human Machine Interface）包括各个装备及产线的人机界面控制。4） NRT（Non-RealTime）涵盖数字采集/机器视觉/定位等 IT 类非实时业务。图 2-3 工业自动化控制 典型业务分类其中，工业现场网络中的生产线由一系列执行生产任务的机器和一 系列控制单元组成，现场网络支撑生产线的实时控制。在生产中，对于 生产线的主控制器与多个现场设备进行数据交换的情况，一台机器通常 有一个控制单元(从 PLC 或

12、运动控制器)和几个现场设备(I/O 盒)，普遍存在 1:n 双向通信关系。控制器之间的实时逻辑控制 C2C（Control to Control），即主 PLC 之间的通信，现网中比例不高，所以在本白皮书中不作为主要分类。对 于同一台设备，如果既有 C2IO 或 MC 的控制业务，又有 NRT 的非实时业务，则场景归类为前者，即在 C2IO/MC 的场景中会预留一定的 NRT 带宽支持多业务流并发。对于只有 NRT 业务的设备，则归类为 NRT 业务，如 AR 等。2.2 5G URLLC 应用场景落地行业工业领域行业种类众多，各个行业在自动化领域的特点各有差异， 经过前期调研和分析，汽车制造

13、、电子设备制造/机械制造、精密铸造 等行业正积极推动产业数字化转型，5G URLLC 应用场景落地有较大可能性， 本白皮书将重点研究上述先行行业， 分章节对各行业的 5G URLLC 应用场景进行分析，具体如表 2-1 所示。表 2-1 5G URLLC 典型行业/场景场景 汽车 电子/机械 精密铸造 NRT：非实时类业务HMI：人机控制C2IO：实时逻辑控制MC:运动控制O注释O代表Optional，无线化可选。2.3 5G URLLC 行业场景需求参数说明为方便分析各行业的场景特征以及对于 5G URLLC 的需求，本白皮书各章节将按照表 2-2 的形式说明行业场景需求参数，对行业场景展开

14、分析。表 2-2 5G URLLC 行业应用场景需求参数说明序号应用场景CT/msST/CT倍数0 宕机时长移动性*NRT 带宽/连接/Mbps组态节点数/面积车间节点/面积1C2IO-智能从站4/821-3 年3D-2-31100 节点/500 平400/3.3 万平2C2IO-固定工艺设备4/821-3 年-10-1200/3.3 万平CT（Circle Time）：指 PLC 与设备侧 IO/伺服的更新周期，例如4ms 是指 PLC 与设备侧 IO 的更新周期是 4ms 。该指标用来测算 5G 通信时延。ST/CT 倍数：ST（Survival Time）等于看门狗最大次数减 1，例如对

15、于某个 IO，看门狗设置 3 次 CT，则对应的 ST=2 次 CT。该指标用来测算 5G 单包可靠性。0 宕机时长：考察 0 次宕机可接受的系统连续工作的观察时长，比如 1 年表示两次宕机事件之间的连续工作时长 （不包括网络设备类故障）。该指标用来测算 5G 单包可靠性。移动性：包含三个指标：运动轨迹类型-移动速度/米/秒-移动范围/米，例如 3D-2-3 表示 3 维运动，移动速度 2m/s，移动范围 3 米。该指标供 5G URLLC 终端的移动速度能力做参考。NRT 带宽/连接: 对于该场景的每个连接，需要预留多少非实时带宽，如 1Mbps，表示需要为这个场景中的每个连接预留 1Mbp

16、s。该指标用来测算 5G 终端的 NRT 带宽及 5G 基站的 NRT 带宽。组态节点/面积：是指主/从 PLC 的组态节点数和对应的分布地理面积。例如某 PLC 组态节点密度是 20 节点/70 平米，是指该 PLC 下共组态了 20 个节点，总共占用了 70 平的面积。该指标主要针对从站PLC 和主站 PLC 的场景给出即可，分支 IO 节点的场景可被合并。该指标用来测算 5G 单包可靠性时的宕机相关性，并用来测算 5G 小区的容量密度。车间节点/面积：是指在典型的车间面积下，该类场景或节点的密度。例如 C2IO 智能从站 1200 个/6 万平，表示典型的车间面积是 6 万平， 车间内这

17、类连接共有 1200 个。该指标用来识别哪类终端的比例高，对应的终端能力会供 5G 终端典型能力做参考，并识别主力的行业终端类型，比如汽车行业占比高的行业终端可能是阀岛、智能从站和变频器。三、 汽车制造业 5G URLLC 应用场景3.1. 行业数字化升级概述汽车制造行业是国民经济重要的支柱产业, 正处在数字化转型、新能源产线创新发展的关键时期，5G 与边缘计算、人工智能等新技术融合，将有效激发产业创新活力，随着 5G 超高可靠低时延通信（5G/5G- A URLLC）能力的不断成熟，将有效支撑汽车制造行业构建柔性化智能产线，助力转型发展。汽车的制造工艺主要有冲压、焊装、涂装、总装，也就是俗称

18、的 “四大工艺”。焊装和总装车间的各种设备连接和操作具有典型性，包 括机器人、转台、滑台、柔性滑轨系统(EMS)、车型识别系统(ID)、皮 带辊床等设备，能够覆盖 80%的典型场景，可以代表汽车行业产线的典型特征。本部分主要以某自主品牌焊装车间和总装车间为例，总结典型 产线自动化场景。面向多车型快速上线的柔性生产，现有工业网络存在以下四个问题：1) 信息采集采用标准以太网， 总线网络有 Profibus-DP、Profinet、DeviceNet、EtherCAT 等，协议接口众多。2) 网络采用硬线铜缆，数据采集、工业控制需要独立布线，投资成本 高，施工周期长。3) 新车型导入涉及网络改造、

19、网络重建，工程复杂，灵活性差。4) 生产过程中由于设备长时间运行、磨损导致的网络硬线故障，处理 困难、解决时间长。5G 商用三年来，产业数字化成效已经初步显现，目前多家车企制造企业正在开展 5G 工厂创新，“5G+工业互联网”将是汽车制造领域新的发力点，行业期望 5G URLLC 特性能够打破传统工业网络结构，解决现存网络痛点。3.2. 焊装车间场景描述3.2.1 车间总体情况图 3-1 某汽车焊装车间平面图某汽车制造焊装车间的平面布局图如图 3-1，车间面积 44544 ， 其中自动线体面积约 33000 。该车间每年总产能 20 万台，每 64 秒输出一辆焊装车身。整个车间包含机器人 37

20、0 余台，主要完成焊接、搬运、涂胶、弧焊、铆接、螺柱焊等工艺。车间内存在多种物料运送方式，车身下部线、主线、补焊线内部采用辊床滑撬输送，工位节距 6 米；其余各线体区域内通过机器人搬运的形式完成工件的输送；机舱前地板总成、 后地板总成、侧围总成及顶盖总成通过 EMS 小车输送至主线进行合拼。该焊装车间生产线的控制系统采用主站+远程站的形式，主站采用 安全型 PLC，远程站采用柜内远程 IO、阀岛、现场级总线 I/O 模块，人机界面采用 12 英寸精智面板。整个焊装车间共包含 21 套 PLC，各线体主要设备统计明细如表 3-1 所示：表 3-1 焊装车间各线体设备数量统计辊床工位PLC电表柜内

21、I/O交换机触摸屏驱动柜机器人切换盘转台/毂EMS下部线171721340165042400主焊线1010182293125810补焊线191921343164036200侧围线024216581884521240顶盖线0312113105210地板线02531653178253331机舱线019417722085551950前门线026212361460401202后门线026212381460401402机盖线08151852414230后背门011151953314130汇总46188211194101375419376792053.2.2 传统工业通信组网(一)传统工业通信组网架构该焊

22、装车间的网络系统结构采用“集中管理、分散控制”的模式。 依据这一原则，将整个焊装车间内生产设备的控制系统分为两层网络（标准以太网、Profinet 总线），标准以太网实现了MES 到PLC 的数据采集与监控，Profinet 总线实现了 PLC 到现场IO 的控制，在每个层次中使用不同的网络结构和软硬件配置，以实现各自不同的功能。顶盖线体为整个焊装车间工艺最简单的线体，采用现有工业有线的组 网，如图 3-2 所示。图 3-2 顶盖线体工业有线组网图(二)传统工业通信及业务功能描述受限于现有网络能力，主 PLC 与 MES 之间，主 PLC 与现场设备， 主 PLC 之间采用不同类型的网络进行业

23、务交互。主 PLC 通过工业以太网将设备信息上传至 MES 进行非实时数据交互。现场网管型交换机组成环网之后接于主 PLC 上，用于连接现场设备。线体间的主 PLC 之间的信号交互通过 PN/PN 耦合器实现，耦合器安装在主控柜内。主 PLC 和现场设备层设备之间通过 Profinet 总线，采用星型+总线型网络拓扑结构进行连接，但需要保证相邻设备间距离不能超过 90 米。Profinet 总线使用专用线缆，接头使用专用快速连接接头，以保证网络通讯的稳定性和实时性。(三)传统工业通信网络投资以顶盖焊接线体为例，产线 135 平米的面积内包含 1 个主PLC， 25个下挂设备（从 PLC 5 个

24、、下挂 OT 设备 20 个），具体如表 3-2 所示。表 3-2 顶盖焊接线体现场设备数量产线面积主PLC数量主PLC下挂OT设备/从PLC从PLC数量从PLC下挂OT设备13511758顶盖线为整个焊装车间工艺最简单的线体，其站点数量约为正常线 体的 1/3，如表 3-3 所示，顶盖线有线网络投资约为 8 万元，预估正常线体的网络投资约为 24 万元。表 3-3 顶盖焊接线体有线网络投资统计顶盖线体序号减少项目数量单位单价未税合计未税备注1网管型交换机 11.00个8563.728563.7216 口2网管型交换机 22.00个4668.149336.288 口3PN 耦合器1.00个31

25、20.353120.35 4PN 通讯接头 164.00个115.047362.83柜内使用5PN 通讯接头 240.00个238.949557.52现场使用6PN 通讯模块10.00个2076.8520768.50机器人一轴三轴各一个7PN 铜缆 1500.00米11.265630.00固定应用8PN 铜缆 2100.00米23.922392.00高柔9网络柜均摊1.00项10000.0010000.00 10施工费1.00项2000.002000.00 11未税总计78731.21整个车间，一般有 20-100 个主 PLC，有线网络的投资大约 500 万-2000 万。3.2.3 工业现

26、场 5G 应用场景及需求(一)工业现场 5G 化改造后组网图 0-3 顶盖线体 5G 化改造后的组网拓扑如图 3-3，顶盖线体在 5G 化改造后，主 PLC 与现场设备之间，以及机器人 PLC 与下挂 IO 之间的实时数据交互，采用 5G URLLC 进行连接。主 PLC、HMI、现场设备与 MES 之间的非实时数据交互，采用 5G 大带宽来支持。5G 一张网支持实时/非实时业务，主 PLC 通过 5G UPF 接入, 现场设备通过 5G 终端星型扁平化接入。其中 5G 基站部署在车间， 5G UPF 下沉车间，提供实时网络交互。(二)工业现场 5G 应用场景及价值传统工业网络存在不柔性，不智

27、能等问题， 5G URLLC 应用于焊装车间，将为汽车制造会带来三大类价值场景：1. 去掉有线束缚的柔性化应用：汽车多车型生产，存在很多柔性装 备，如机器人工具切换，立体库随行夹具等，通过 5G 无线化改造传统有线连接，可有效减少现场移动造成的通讯物理故障。目前全年累计因 线缆拖拽/磨损导致的停机时间约 60 小时/工厂，5G 化可有效减少停机时间及相关电缆/插针/repeater 等传统有线设备，预估每年可带来经济价值7 亿元/工厂。2. IT/OT 融合智能化应用：面向大量现场设备接入，有线网络分层， 投资成本高（8 万平车间，1.7 万个节点，投资2 千万元），且传统工 业以太难以满足

28、IT 业务与 OT 共一张网。5G 网络具有扁平化架构，其组网方式相较有线更为简单，并能够提供IT 非实时与OT 实时多业务共用一张网的能力，从而降本增效。3. 创新应用：云化机器人(如 AGV)将有效降低机器人的成本，并借助云化算力和实时网络支持更柔性的一机多工艺能力(如协作搬运/线边 协作)。云化 PLC，将进一步降低 PLC 以及网络部署成本，同时借助云化算力和实时网络支持更柔性的工艺编排能力，应对新车型快速上线， 跨厂商跨协议的设备实现组态。如表 3-4 所示，汽车焊接车间现场网络按照上述模式进行 5G 化改造后，将会匹配一批工业场景的应用需求，其中每个场景的详细描述请 参考附录 A.

29、1-A.1.17。表 3-4 现场网络 5G 化改造后 5G URLLC 应用场景及价值描述参考附录应用场景典型设备主要价值A.1.1C2IO-工具切换从PLC到IO，如机器人6轴和停靠站间总线设备插拔对接，远程IO/阀岛/焊枪等去掉有线束缚的柔性化应用A.1.2C2IO-智能从站机器人1、3 、6 轴移动总线设备，远程IO、阀岛、工艺设备控制器等组网简化降本A.1.3C2IO-回转传输、随行夹具随夹具台一起回转传输移动的总线设备/远程IO/ 阀岛等去掉有线束缚的柔性化应用A.1.4C2IO-转台、转鼓随转台、转鼓180度往复运动的总线设备d，交换机、远程IO、阀岛、变频器等去掉有线束缚的柔性

30、化应用A.1.5C2IO-升降机、滑台随升降机、滑台直线往复运动的总线设备，交换机、远程IO、阀岛、变频器等去掉有线束缚的柔性化应用A.1.6C2IO- 有 轨 、 闭环、滑触线/漏波电缆通讯随EMS/滑板/吊具等输送线设备有轨循环运动的总线设备，远程IO、变频器等去掉有线束缚的柔性化应用A.1.7C2IO-点对点，红外通讯、激光通讯随立体库堆垛机移动的总线设备，远程IO/阀岛/ 变频器等去掉有线束缚的柔性化应用参考附录应用场景典型设备主要价值A.1.8C2IO-上、下料台/夹具定位台远程IO、阀岛等去掉有线束缚的柔性化应用A.1.9C2IO-安全操作安全IO、总线安全扫描仪等组网简化降本A.

31、1.10C2IO-识别系统总线相机、总线RFID等组网简化降本A.1.11C2IO-固定输送远程IO/变频器/伺服驱动控制器等组网简化降本A.1.12C2IO-固定工艺设备从PLC到IO，如螺柱焊控制器、点焊控制器、涂胶控制器/激光控制器/远程IO等组网简化降本A.1.13C2IO- 集中/ 云化PLCPLC进集中化处理，实现跨区域控制，直接进核心网创新应用A.1.14C2IO-AGV远程IO化AGV远程IO化，从属于线体主控PLC创新应用A.1.15NRT-数据采集数据采集，如能源监控，总线电表/水表/气表等组网简化降本实时/ 非实时一张网A.1.16C2C- 控制器数据耦合交互总线IO复制

32、器等组网简化降本线体间信号交互不再需要PN 耦合器， 降低成本A.1.17HMI-人机示教/急停有限移动的有线操作屏，触摸屏，远程IO等去掉有线束缚的柔性化应用(三)工业现场 5G 应用场景需求针对汽车焊接车间的不同应用场景，基于行业典型部署，梳理各个 场景的业务需求如表 3-5，其中业务需求主要包含：业务周期 CT、业务稳定性(ST, 0 宕机时长)、业务场景(移动性，NRT 并发)，以及业务密度(组态节点密度和车间节点密度)，其具体参数的含义，请参考章节 0。车间典型业务周期CT 为 4ms，C2IO 典型PLC 组态密度约为 100 节点/500 平方米, 车间节点密度约 5780/3.

33、3 万平方米。表 3-5 汽车焊接车间 5G URLLC 应用场景需求序号应用场景CT/m sST/CT倍数0宕机时长移动性*NRT带宽/连接/Mbps组态节点数/面积车间节点/面积1C2IO-工具切换423年3D-2-31140/3.3万平2C2IO-智能从站423年3D-2-310100节点/500平400/3.3万平3C2IO-回转传输、随行夹具423年3D-2- (10200)1500/3.3万平4C2IO-转台、转鼓423年旋转-1-(310)160/3.3万平5C2IO-升降机、滑台423年2D-1-(320)1180/3.3万平6C2IO-有轨 、 闭 环、滑触线/漏波电缆423

34、年2D-2- (10200)190/3.3万平7C2IO-点对点，红外通讯、激光通讯423年3D-2- (10200)130/3.3万平8C2IO-上、下料台/夹具定位台423年1180/3.3万平9C2IO-安全操作423年1700/3.3万平10C2IO-识别系统423年1100/3.3万平11C2IO-固定输送423年1800/3.3万平12C2IO-固定工艺设备423年-101200/3.3万平13C2IO- 集中 / 云 化PLC423年100700/3.3万平14C2IO-AGV远程IO化423年1200/3.3万平15NRT-能源监控100-20023年1200/3.3万平16C

35、2C-控制器数据耦合交互423年10100/3.3万平17HMI-人机示教/急停/监测100-100023年步行-1- (10200)10200/3.3万平3.3. 总装车间场景描述3.3.1 车间总体情况图 3-4汽车制造总装车间布局图如图 3-4 所示，汽车制造总装车间共占地面积 64512 ，具体车间运行流程为：PBS（白车身储运线）内饰 1 线内饰 2 线底盘 1 线底盘 2 线最终 1 线最终 2 线完成线检测线淋雨线报交线。图 0-5 某汽车制造总装车间实景 1图 3-6某汽车制造总装车间实景 2总装车间自动化系统在非标输送线、AGV、单机设备中均有应用。 非标输送线的线体类型有柔

36、性滑轨系统（以下简称 EMS）、滑橇输送线、摩擦输送线、板链、辊筒输送线，单机设备常见类型有助力机械手、 玻璃涂胶机、加注机、拧紧机。该车间底盘线、车门线采用 EMS 输送线，内饰线采用升降滑板输送线。PBS 线采用滑橇输送线，轮胎线、座椅线采用辊筒输送线，最终线、完成线、淋雨线、报交线采用板链输送线。除 EMS 线外、其他线体与焊装车间顶盖线形式相同，下文不再赘述。EMS 常用的分散控制器配置有单轴（EMS+吊具输送系统）、双轴（EMS+升降吊具输送系统）、双轴+安全（EMS+升降吊具输送系统）、 三轴+安全功能（EMS+升降旋转吊具输送系统），滑板线常用的配置有单轴（升降滑板输送线）、单轴

37、+安全（安全型升降滑板输送线）。3.3.2 传统工业通信组网(一) 传统工业通信组网架构图 3-7某汽车制造总装车间组网架构如图 3-7 所示，总装车间组网架构由 IT 层和 OT 层组成，“黑色线条”为 IT 层网络连接关系，“蓝色线条”为 C2C 数据耦合交互网络连接关系，“绿色线条“为 C2IO 实时逻辑控制网络连接关系。EMS 线和滑板线属于图 3-7 中“Conveyor PLC”所处网络层级， 为 OT 层的现场级网络，常用的现场总线协议为 Profinet。表 3-6 总装车间各线体设备数量统计辊床工位PL C电表柜内I/O交换机触摸屏驱动柜机器人切换盘转台/毂吊具/滑板PBS线

38、250022301610600120内饰线30482230128400450底盘线0362228128400040最终线0481164420020完成线0301142220000淋雨线061132220000报交线061132220000轮胎线0011126531060座椅线0011126530060车门线028221886600060底盘分装线03433146630060汇总28023617171607658371036150底盘 EMS 是最全新一代适用于底盘装配作业的输送线，通过对车身的作业高度，车身的角度进行多方位的调整，合理地解决了装配线上 人机工程的问题。EMS 电控系统由地面主控

39、PLC、吊具分散控制器、通讯系统、供电系统、定位系统组成。分散控制器为“三轴+安全功能” 配置，采用滑触线供电，通过 PXV 二维码读写进行定位，通讯系统采用以微波管道为载体的波导通讯系统。图 3-8EMS 系统架构(西门子分散控制器)(二)传统工业通信及业务功能描述如图 3-9 所示，主站 PLC 对吊具进行调度控制，主站 PLC 经交换机后接入 AP，然后进行波导通讯，在吊具侧通过 CP 接入分散控制器。分散控制器的驱动单元通过现场变频器实现，在分散控制器本体内 部集成有安全 IO 模块，可对安全保护传感器、高度信息、定位信息收集并反馈至 CPU，最终实现吊具各个方向的闭环控制。图 3-9

40、 5G 改造前现有方式(波导通讯)(三)传统工业通信网络投资以简化的 EMS 系统为例，包含两套车载控制系统，其软硬件包含分散控制器、安全 IO、现场驱动单元、遥控器，平均每套系统投入约19 万元。因远端主控制器 PLC 与 EMS 吊具之间的实时控制需要采用无线网络，目前仅有少数厂商提供定制化的解决方案（如波导管），无论 是定制的无线网络，还是吊具上的分散控制器，成本都很高。以总装 EMS 简化系统为例，包含 1 个主 PLC， 24 个下挂设备（从PLC 2 个、下挂 OT 设备 22 个），具体如表 3-7 所示。表 3-7总装EMS 简化系统现场设备数量产线面积主PLC数量主PLC下挂

41、OT设备/从PLC从PLC数量从PLC下挂OT设备300012222表 3-8 为简化 EMS 线体传统网络投资明细，含 1 个主站和 2 个从站（分散控制器）之间的网路通讯部分，波导管道总长为 126 米，总计12 万元。表 3-8总装EMS 简化系统传统工业无线网络投资序号型号中文品名数量单位单价小计1051511-015米带条码区域波导管31根779.3424159.492051511-03#带条码区域波导管1根989.02989.023051512-01#带条码区域波导管5根3335.9716679.874051512-01#带条码区域波导管1根3335.973335.975051551-03端头3个1994.865984.5760