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私有5G達成永續與敏捷營運

工業私有5G為智慧製造實現數位轉型的要素,可輔助達成如永續力和敏捷等事業成果。

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Engineering technology and industry 4.0 smart factory concept with icon graphic showing automation system by using robots and automated machinery controlled via internet network .

EtherNet/IP已整裝待發供工業私有5G之用

5G設計是從基礎開始扎根,厚植極佳可靠度、低延遲與廣泛選擇範疇之思維,可滿足嚴苛的工業物聯網(IIoT)與工業自動化需求。5G配備毫米波(mmWave)頻譜和私有網路,為擁有繁多工業感測器、致動器和控制器的標準與安全控制應用帶來眾多好處。由於5G技術係可確實執行而增強或甚而取代傳統工業有線連網,堪稱全球工業營運在成本、彈性、永續與問世時間的劃時代突破!

永續性政策正逐漸受到產業整體上下游的重視。採行更為永續的政策,對事業大有俾利。安裝新的有線(tethered)固定工業資產(台架、機械或設備),需要斥資昂貴的佈線基礎設施;此物料用量對永續力計畫有負面影響。經過有線固定的工業資產也有礙機械裝置快速更換,無法即時回應瞬息萬變的市場條件,因而衝擊到工業營運的敏捷度。

然而在全球疫情期間,整體製造產業都必須為其工業營運快速更換機械裝置,以因應不斷變遷的需求:從蘇打水轉為消毒劑、成衣製造轉為醫療口罩,或從汽車零件轉為呼吸器。由此學習到的是,智慧製造業中的敏捷、效率、復原力與永續乃是至關重要的國家必須能力!

讓我們迎接工業私有5G的到來,此為實現智慧製造達成數位轉型的要素,可透過支援重大應用的使用案例,輔助獲致如永續和敏捷等事業成果:

  • 聯網工作者應用能藉由分析、數位分身和擴增實境(AR)等行動數位工具,增進可見性與事業情資。
  • 移動式資產應用可運用無人駕駛技術(例如自動導引車[AGV]和自主移動機器人[AMR]),提升敏捷度與效率。
  • 無線固定工業資產應用能減少將佈線基礎設施連接至靜態設備、靜態設備含旋轉零件(集電環替換)與游牧設備(靜態下運作而動態下不運作)之需求。無線固定工業資產也可加快工業營運中機械裝置更換的速度,回應持續變化的市場條件,進而提高敏捷力。

 

工業私有5G可輔助製造和程序營運內順利推動這些應用案例嗎?

為解決此問題,洛克威爾自動化(工業自動化中的產業領袖)與Ericsson (蜂巢式網路基礎設施的產業領袖)、Qualcomm (嵌入式裝置產業領袖)以及Verizon (領先業界的網路服務供應商)展開合作。此一研究協作以ODVA的EtherNet/IP™評估了工業私有5G技術,其為洛克威爾自動化使用的核心工業通訊技術。首要學習目標在確保EtherNet/IP網路已就緒可供工業私有5G之用,以及確認工業私有5G已可應對嚴苛的EtherNet/IP應用。

此示例僅為研發中測試台的簡化版本,其代表一個無線固定工業資產應用案例,內含有:

  • 洛克威爾自動化標準與安全控制。有一個區域的控制器為GuardLogix®安全控制器。有十二個分散區域搭載FLEX 5000®標準與安全I/O,可代表台架、機械或設備。注意,各分散區域使用安全控制器的目的僅係收集測試台遙測資料。
  • Ericsson無線接取網路(RAN)基礎設施。包含有使用28 GHz (n261)的毫米波基地台與使用Release 15的LTE band 2,以及私有5G核心(3GPP Release-15、非獨立式[NSA]、現場運作)。
  • Qualcomm MTP。此移動式測試平台用作為工業5G至乙太網路配接器(稱為使用者端設備[UE]),可供資料收集和流量分析之用。
  • Verizon在5G工業網路創新方面的領先思維,對於界定出需求、標的特色組和測試台範圍(包括未來確效需求的藍圖)有莫大貢獻。
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Man working with industrial network cables
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Infographic showing private 5G ecosystem using GuardLogix controllers, Stratix switches, and FLEX 5000 I/O modules.

測試係根據洛克威爾自動化依照零失誤的嚴謹考驗條件,擬定完整健全之測試計畫進行。此計畫概述一系列測試案例,在左側為建立來自GuardLogix分區控制器的EtherNet/IP標準與安全(CIP Safety™) 可靠I/O連線,在右側為諸多請求封包間隔(RPI)設定,涵蓋分區1至12的5G RAN至FLEX 5000標準與安全I/O。RPI為控制器與I/O交換數據之速率。

順利通過測試考驗的結果顯示,工業私有5G現行狀態(3GPP Release-15、NSA、現場運作、毫米波頻譜)擁有足夠低的延遲和時基誤差,可支援更甚於洛克威爾自動化預設值的RPI設定,進行EtherNet/IP標準與安全I/O連線。這些RPI設定將支援眾多運用EtherNet/IP標準和安全I/O通訊的無線固定工業資產應用(台架、機械或設備)。

 

此學習目標的成果側重於:

  • EtherNet/IP已整裝待發供工業私有5G之用。
  • 工業私有5G當前之狀態,已就緒可用於EtherNet/IP標準和安全I/O應用。
  • 工業私有5G可輔助實現事業成果,例如提升工業營運當中的永續能力和改善敏捷度。

此一研究協作將持續下去。有多項計畫擬由3GPP Release 16獨立式(SA)工業私有5G,評估EtherNet/IP時間同步化(CIP Sync™)及分散式運動(CIP Motion™)應用。對原型測試台首次概念驗證的結果前景可期。

總結而言,有賴於洛克威爾自動化、Ericsson、Qualcomm Technologies Inc.與Verizon之間的合作,我們得以驗證5G實際上可如其所承諾,能夠實現工業自動化測試案例的工作。因而工業營運逐步朝向智慧製造發展的過程之中,即可運用當今5G標準之優勢,以合乎對高效能無線連接能力及事業保證方面的需求。

nfographic showing plant floor using private 5G in their Industrial IOT architecture
 

本年度的自動化博覽會(Automation Fair®)盛會歡迎您蒞臨此新創攤位!

 

Connected Enterprise, FLEX 5000, GuardLogix, Stratix 與洛克威爾自動化係為Rockwell Automation, Inc.之商標。

CIP, CIP Safety, CIP Sync, CIP Motion 與EtherNet/我IP係為ODVA, Inc.之商標。

 

已發佈 2022年11月2日

主題: Industrial Automation & Control Integrated Architecture Digital Transformation Industrial Network Products

Gregory Wilcox
Gregory Wilcox
Principal Application Engineer, Innovation & Technology, Rockwell Automation
Gregory Wilcox is a thought leader with emerging communication technologies, IIoT, IT/OT convergence and cybersecurity.
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