通俗化解读：5G助力工业数据传输的意义，或将助力以太网...

通俗化解读：5G助力工业数据传输的意义，或将助力以太网统一江湖  机器人观察员 2019-03-08 10:37:10

全球工业企业都在探索5G对于工业的影响与发展。

3GPP在做5G标准的时候，是有考虑工业互联网多种应用领域。3GPP作为制定5G通讯标准的组织，一旦制定了5G标准，那么未来所有的物联网发展，各类型的应用都将全部在这个协议基础上进行。


目前按照3GPP给出的5G应用三大方向：移动互联，物联网，智能网联及无人驾驶（这里没用老百姓看不懂的英文，大体上就这三类）。
本文机器人观察员，跟大家一起探讨这个问题。启发一下大家的思路。目前5G对于工业机器人的帮助，各家都在研究。
先介绍一下工业现场通讯控制的内容，作为一个基础（行业专家们，有硬伤的地方可以指出来）
一、以传播速度，超高带宽，双向串行、数字式、多节点为基础的工业现场通讯。熟悉工业应用现场的朋友，应该都是知道，工业现场包括工业以太网（简单理解为工业网络，就是用你的电脑网线通讯的那种）基本要求都在100M/s带宽，这样对设备的操作才能做到快速，精准，有效率的监控。
这种通讯普遍应用在，上位机（HMI，老百姓看到的是显示屏操作的界面）和控制器之间。
在控制器（PLC或者运动控制器）——驱动器（变频器）——电机（步进电机，伺服电机）之间一般采用专用的工业总线通讯。如modbus，EtheCAT，profinet等等通讯协议。
有一个图做一个示意：


老百姓朋友们，看不懂是不是？
好，那我来说人们可以听懂的话。
HMI（也被称为上位机）——控制器——驱动器——电机（同步带）。
同人类对应的：五官感知获取信息反馈给大脑——大脑作出指令——神经递质传递至中枢神经（脊柱）——四肢开始行动。能够理解了吧，工业就是这么一个逻辑。看着复杂也就是这个逻辑。（更为深层次的，协议，栈，字节传输等这里就不详细解释了）
为什么会在工业设备之间采用这种专有的协议？1、因为Ethernet速度慢。Ethernet的传输速度10M/s，理论上可以达到100M/s，1000M/s但多数情况下受到交换机等等硬件的限制，完全达不到这个理论速度。那么就有了基于Ethernet开发的新的传输协议，就是EtheCAT，profinet这种总线协议了。

（做一个解释Ethernet是以太网，我们老百姓平常连接的网络就是以太网，在没有连接外部环境，只是一个局域网的时候，就是通过Ethernet进行信息传输，internet是国际互联网，直白点说，就是不在是局域网了，同别人的网络连接上了。）

2、应用于不同场景的数据传播方式。
针对这个内容，说的通俗化一些，例如：现场要控制1000个伺服电机（比普通小马达高端一点的电机）进行运动，需要做到同步控制，按照正常的考虑，如果同步控制？
最好有一个时间参考，大家10点钟准时出发，那么就用到了分布时钟，EtheCAT就有用这个功能。各类总线型传输，基本都是为了解决工业现场的，运动控制，离散控制，过程控制等内容。
可以简单归结为，工业现场的数据传输是一种定制型的以太网。（按照我了解，那种完全脱离以太网开发的传输方式，好像都没怎么大量应用）

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基于以上了解，我们就看到工业现场是有几个问题的。
1、什么通讯是未来工业的主流？
2、各种通讯方式不能兼容，未来怎么解决超高速，大容量，超高复杂的智能工厂数据传输，及现场控制？
5G是新一代以太网的技术，传输速度巅峰可达到10G/s，这个速度已经超越了当下的总线传输速度。5G是非定制型的通用以太网技术，作为可以连接工业设备，外部pc，同时可以做到多种传输协议通归类到一起。这是当下我们可以看到的5G的优势，那么我们来看看当下的工业企业在尝试的事情。能够窥探出一二。
1、倍福与华为展示5G现场应用。
倍福作为全球运动控制领域执牛耳者，EtherCAT就是这个公司率先提出来的。现在在运动控制领域应用的最多的一个。

倍福与华为5G的运动控制方案

简单做一个解释，左边是现在工业现场控制的主流方式，采用EtherCAT控制，右边是通过5G网络传输，左边的轨迹。
简答的说就是通过5g信息传输，右边跟谁左边运动。

上面是左边，下面是右边的xts

工业相继实时展示运动控制情况

与此同时，右侧展板上安装的工业摄像头，能够对该设备（XTS）的运行状态进行实时的视频图像采集，采集到的画面则会实时的显示在左侧的 HMI 屏幕上。
我们看到，在这种传输控制情况，算是基础性的工业复杂情况。目前来看现场测试的还算是成功的。这种需要大批量交互传输运动控制数据的能力，确实是5G的强项。
这也只是一个初步的研究，更为深入，或者说更为高端的研究控制显然没有向我们展示。但这绝对是一个苗头。
通过5G整合工业现场以太网多种形式的传输方式，同时让节约设备传输接口，统一使用无线传输，并且简化传输配置。（或许未来，工业设备的配置也能够像手机一样，直接密码登陆连接）

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在来看电装进行的5G控制工业机器人应的验证2019年2月28日，日本国际电气通信基础技术研究所、KDDI、电装及九州工业大学在KDDI综合研究所和电装九州的协助下，启动了在工厂自动化中利用新一代移动通信系统 “5G” 控制工业机器人的验证实验。


本次实证试验在布设了28GHz频段5G基站的试验区内进行，将高精度三次元测量传感器与机器人对应5G端口相连接，就可以通过5G进行测量数据和控制数据的传送，进而对机器人进行高精度控制。

综合而言：5G在工业领域的应用，各个厂商都在深入研究，均希望能够尽早的验证在各个领域控制的实践性技术，并制定未来的标准。以目前的情况分析，5G或将是以太网统一工业现场传输的第一步。能够真的实现统一仍然需要等待5G的商业落地及标准制定。但可以预测的是，未来以太网一定会统一工业现场通讯。

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