工业控制应用场景白皮书：5G和5G演进（41页）

行业报告下载 2021年08月23日 07:47 管理员

当前工业控制系统以传统的五层架构为主，即企业层、管理层、操作层、控制层和现场层。工业控制系统内的各生产线之间相互独立，生产数据由控制器上传到上层的IT 网络后集中处理，这种架构下会导致上层的IT网络难以触及现场层的生产系统，大量生产数据沉淀、消失在工业控制层，不能被进一步利用，此外也导致生产线之间无法进行深度协同。因此使能IT网络与OT网络之间的全域数据流通成为了工业控制网络的发展趋势之一。工业控制网络扁平化框架逐步发力，5 G 使能更便捷灵活的全域扁平化架构。当前业界领先企业已逐步采用OT+IT扁平化的网络架构，相较于传统的五层工控网络架构，扁平化网络架构的优势在于原有五层架构下的工业设备之间都可以通过网关相互连接，实现网络联接与控制逻辑之间的解耦，同时也实现了预测性维护数据流的从下至上的打通。基于有线网络实现扁平化架构受限于组网配置与有线网关端口的物理绑定，难以适应灵活快速的调整，且实现全域的扁平化架构配置较为复杂。5G支持终端基于无线方式接入，天然提供全域一张网的基础架构，摆脱了物理线路和端口的绑定约束，可以灵活快速的进行组网配置等调整。此外，相比于3G/4G，5G支持基于5G LAN特性的二层接入，可方便的进行OT和IT网络的扁平化融合，基于 5G的切片功能还可进一步实现单个设备中的多个业务承载于不同VLAN的能力。

基于这些功能，5G可以更便捷的使能全域扁平化架构，使得工厂IT网络与OT网络间信息能更灵活的流转，最大程度地满足高层级系统向现场层延伸的需求，实时回传用于优化生产的数据。随着中国人均收入不断上涨，制造业人力成本持续攀升，生产过程中少人化的作用逐渐显现。少人化无人化的目的不旨在削减人员数量，而是通过少人化无人化途径减少可重复工种、低附加值或者从事危险性工作的人员数量，并培训被削减的人员，使其适应更高附加值的岗位来为企业创造更大价值。煤矿、钢铁水泥等流程制造行业和港口、建筑、冷库等行业的少人化无人化诉求主要体现在起重运输应用，例如钢铁厂利用远程控制行车，无人化行车实现物流分拣的全流程自动化。这类应用过去通过光纤或者Wi-Fi连接实现远程操控，但光纤的部署距离长、成本高，Wi-Fi可靠性不高且室外场景覆盖距离受限，故5G 正逐渐进入这类应用场景，提供灵活可靠的无线联接。 4. 开放自动化在工业互联网和数字化转型的浪潮下，工业领域正在经历一场颠覆性变革，工业体系和互联网将进行深度融合。得益于机器学习、增强现实、实时分析和工业物联网（IIoT）等各类技术的进步，工业企业和制造商将有望满足当前这个时代对敏捷和数字化的需求。然而，在企业实现工业4.0愿景的过程中，各类封闭的专有自动化平台对效率形成一定障碍，不利于多元自动化系统集成，而且升级和维护成本高昂。工业领域一直因缺乏适应性、模块化和互操作性而备受困扰，同时这些问题也阻碍了行业创新。