5G+PLC应用场景分类及对5G网络的需求如何？

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1.5G +PLC 应用场景的单个 5G 终端的话务模型

在 5G+PLC应用场景，考虑工业现场设备种类和数量众多且 5G 芯片模组价格仍较高，目前 通常在单个工作站部署一个或若干个 5G 终端，单个工 站内的多个工 业 现 场设 备 通 过 短 距离有 线的方式统一连接到某个 5G 终端并与控制类设备进行通信。

2.5G+PLC 应用场景分类及网络时延需求

逻辑控制场景

逻辑控制针对的是工业场景适用的开关量信号，包括输入信号和输出信号,在 PLC 数据类型 定义为布尔型变量 (BOOL).开关量信号主要来源：按钮，开关，传感器，指示灯，蜂鸣器，气 缸，阀，接触器，继电器等。 在5G应用场景下，5G支持通过总线方式连接主PLC与远程背板、远程 IO。总线方式包括： Ethernet/IP, Modbus TCP, Profinet 等. 基于PLC轮询运行机制，所有逻辑控制通过 5G连接将 带来额外时延，该时延需控制在 20ms~50ms 之间，具体数据需根据产线/设备整体时延影响 造成的效率损失来决定。逻辑控制场景往往在所有设备控制种类中占比最多，所以在设计阶 段要考虑尽量减少设备串行动作，增加并行动作的可能性，以最小化引入 5G 带来的生产效率 损失。

特定情况下，某些 I/O 信号需通过高速扫描（<10ms）来控制特定器件，例如运动过程中某 些事件的触发。此类场景需在设备端通过硬件回路加以控制，例如通过光耦或固态继电器在硬件 层面断开，同时将PLC获取的信号作为辅助控制，从而实现基于 5G 的控制方案。 注：逻辑控制信号时延为5G双向时延（RTT 时延）的二分之一。

过程控制场景

过程控制指的是工业场景适用的模拟量信号，包括模拟量输入和模拟量输出，在 PLC 数据类 型定义为整数。模拟量信号主要包括：电压信号，电流信号等。 在5G应用场景下，同样需要通过总线连接远程模拟量模块或远程背板。总线方式包括： Ethernet/IP Modbus TCP , Profinet 等. 模拟量信号输入输出对实时性要求不同，针对实时性要求不高的场景可采用 5G 方案，例如 阶梯式输入输出，IIOT数据采集，电压、电流、温度、噪音测量等；如果测量系统对模拟信号实 时性要求较高，需采用NI数据采集卡来获取实时数据，将最终分析结果通过 5G上传至主PLC。 注：模拟量输入输出造成时延为5G双向时延的二分之一。正常时延需控制在 20ms~100ms 以内。

运动控制场景

运动控制是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨 迹和规定的运动参数进行运动，施耐德电气工厂主要涉及电机控制。 电机控制主要分为三大类：PTO 脉冲串控制，总线控制，I/O 控制。 PTO脉冲串控制：因其控制机制不适用 5G 通讯控制，需采用现场 subPLC 加驱动模块来 驱动。效率损失=远程主 PLC 与现场 sub PLC 通讯次数*时延/总运动时间。5G 双向时延需在 20~100ms之间。

总线控制：主要通过 Ethernet/IP , Modbus TCP , Profinet , EtherCAT 来实现运动控制。 总线型运动控制包括高速总线控制与普通总线控制。高速总线控制如 EtherCAT、CANopen， 通常涉及到高精度的多轴同动，要求4~64及以上电机的动作同步，时差精度要求在 1ms以内， 且 5G 目前无法支持 EtherCAT 这种非 MAC 寻址的协议，故此类运动控制建议采用现场辅助 运动控制器来进行驱动，效率损失=主 PLC 与辅助 PLC通讯次数*时延/总运动时间。普通总线型 运动控制时延需控制在 20ms~50ms 之间。总线控制分为开环和闭环两种：

开环控制是指无反馈信息的控制方式。一般应用与变频器，软起动类无需反馈数据的控制 器。其单次运动效率损失为5G双向时延的的二分之一。 闭环控制是指有反馈信息的控制方式。当前工业场景大部分都是闭环控制，例如：伺服电 机，电缸，伺服拧紧枪等，其单次运动效率损失为 5G 双向时延。 I/O 控制：部分无需精确位置，速度控制电机会采用 I/O 方式来控制。例如：滚道电机，变 频器等。上述总线控制电机也可采用 I/O 方式来控制。效率损失按实际控制方式下的开环，闭环 属性来决定。开环乘数为1/2，闭环乘数为1，双向时延需在20~100ms之间。

外部设备场景

当前工业场景下会使用很多外部设备，例如：机器人，仪器仪表，扫描枪，打印机， 激光刻印与焊接，程控电源，人机界面等。基于 5 G 连接，所有外部设备默认推荐总线协 议：Ethernet/IP , Modbus TCP , Profinet。如外部设备只有 RS232, RS485 串口通信，可借助智 能网关或远程背板加串口通讯模块来实现与5G 的连接。此类通信控制应注意实际通信次数对效 率损失带来的影响，如机器人控制，因其往往执行步数较多，单次移动时间较短，需要考虑优 化机器人路径，减少与PLC通信次数。5G 双向时延需控制在20~100ms以内。外部设备单次通 信效率损失为：5G 双向时延/运动时间。