13、工业通信与控制：5G、OT/IT融合及工业物联网的机遇

工业通信与控制：5G、OT/IT融合及工业物联网的机遇

1. 工业5G的崛起

1.1 5G的特性与优势

第五代移动网络（5G）为需要更高可靠性、更高能源效率、大规模连接密度和更低延迟的应用和服务提供了支持。与4G网络相比，5G通过增强移动宽带（eMBB）提供了快10 - 25倍的速度。凭借超可靠低延迟通信（URLLC）模式，5G网络保证了最高的可靠性和低于10毫秒的最低延迟。大规模机器类型通信（mMTC）则允许在1平方公里的区域内支持多达100万的并发用户。此外，5G还为工业设计了专门的硬件和网络拓扑结构，支持主要的工业协议，使其成为下一代工厂应用的支柱。

1.2 工业5G的开端

2020年初的科学合作在5G网络上运行PROFINET和PROFIsafe时，实现了3毫秒的周期时间和1毫秒的延迟。这些极端的实时结果使得自动导引车（AGV）和自动移动机器人（AMR）等应用成为可能。而且，PROFIsafe设备在采用5G时无需进行独特配置。德国联邦网络局还为本地工业场所预留了从3.7 GHz到3.8 GHz的100 MHz总带宽。

2. 构建集成策略

2.1 理想的集成架构

工业通信网络的理想集成架构中，传感器、机器、设备和执行器通过实时现场总线（如PROFINET）连接到可编程逻辑控制器（PLC），实现最低延迟的数据传输。从PLC到SCADA、MES、物联网边缘、ERP和云的通信则统一采用OPC UA标准。PROFINET和OPC UA共享APL以太网或单对以太网（SPE）作为物理层，在车间提供无缝且直接的连接选项。时间敏感网络（TSN）使通信更加可靠，确保消息传递和收件人正确性。而这一切