R15增强移动宽带的工业5G现场总线

5G技术分为三个部分;即使在第一种情况下,也可以使用工业通信协议进行通信。现场总线协议可用于工业5G,通过5G R15增强型移动宽带(eMBB)。

通过石史 2022年7月21日
西门子Simatic ET 200SP通过总线适配器提供Profinet连接技术,使用推入技术进行无工具连接,改进了接线方式,由于彩色标签和参考标签板和标签条以及特定通道诊断功能而进行了清晰的排列。提供:工程师和西门子的新产品

学习目标

  • 了解5G三部分中的第一部分如何传输第二层现场总线信息。
  • 了解5G在工业上使用R15的限制。
  • 请参阅在第3层数据包中嵌入5G第2层通信的优点。

工业5G部署,例如用于智能工厂的5G和用于炼钢的5G,已经使用了商业5G,这与工业5G技术有很大不同。三种5G应用是增强型移动宽带(eMBB)、超可靠低延迟通信(URLLC)和大规模机器通信(mMTC)。每个5G协议服务于不同的领域。eMBB是面向带宽的,比如高清视频。URLLC支持工业物联网(IIoT)应用的需求。mMTC适用于低功耗且连接设备数量较多的应用。

一个无线网络不可能同时完全支持三种应用场景,5G无线技术的发展也在不断发展。5G标准采用了分步发展的方式。第一套完整的5G标准R15版本于2018年冻结,主要提供eMBB,旨在增加带宽。

目前,各大运营商部署的5G基站和5G手机均基于该版本。2020年7月冻结的R16版本指定了URLLC和mMTC。

工业使用R15的5G限制

对于工业无线网络,eMBB不符合要求,因为工业实时协议(如Profinet IO)依赖于5G标准的URLLC部分的低延迟和高可靠性,在R16版本中可用。目前可用的5G技术使用的是R15版本。工业实时协议能否通过5G R15版本传输,实现低延迟、高可靠性?

R15版本的基础设施不能传输基于OSI模型的第二层通信,只支持上面一层,即带有数据包的第三层(TCP和UDP),这允许R15 5G传输OPC UA或消息队列遥测传输(MQTT)协议。广泛使用的工业现场总线不能通过5G R15传输,因为它们需要第二层连接,只有R16版5G标准支持。

在第三层数据包中嵌入5G第二层通信

西门子Profinet IO可以通过传输技术在R15版5G网络中使用。VXLAN (virtual extensible local area network)是一种在三层报文中嵌入逻辑二层通信的协议。这样可以实现跨网络边界的二层协议透明传输,实现控制器和分布式I/O设备之间的实时5G Profinet通信。

这种方法扩大了5G的应用范围。例如,一个西门子S7-1500控制器可以控制多个自动引导车辆(agv)。Profinet I/O作为agv上S7-1500与西门子ET 200SP分布式I/O设备之间的协议。通信的核心是连接到西门子MUM856-1 5G路由器的专用R15 5G基础设施。通过使用中央控制器和Profinet I/O通信,AGV上可以使用分布式I/O设备,无需本地控制器,节省空间和成本。

在5G R16商用之前,使用5G优于R15,充分利用了5G的高速、高带宽和高可靠性特性。保证实时通信,满足工业通信网络要求。

石史是执行总编,控制工程中国.由内容经理马克·霍斯克编辑,控制工程、CFE媒体和技术mhoske@cfemedia.com

关键词:工业5G,无线5G现场总线

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作者简介:控制工程中国执行主编