在过去的几十年里，无线通信技术主要解决向使用智能手机设备的消费者提供高速数据的问题。5G在3GPP范围内的标准化始于解决比智能手机更多的垂直领域的愿景。因此，5G的设计从头开始，考虑了超可靠性、低延迟和广泛的频谱选择，以满足许多关键任务垂直行业的苛刻要求。这些新功能使5G非常适合工业自动化和工业物联网。通过专网，5G可以为标准和安全控制应用中的众多工业传感器、执行器和控制器提供超高容量和低延迟，无论是在毫米波还是传统的6ghz以下频谱。5G有望成为一种增强甚至取代传统有线工业网络连接的可行技术，在成本、灵活性、可重构性、可持续性和全球工业运营上市时间方面改变了游戏规则。
制造业需要灵活应对不断变化的市场需求。例如，他们需要重组他们的工业运营，以满足大流行期间不断变化的需求:从苏打水到消毒剂，服装到医用口罩，或汽车零部件到呼吸机。经验是，敏捷性、效率、弹性和可持续性是智能制造的重要方面。
工业私有5G是智能制造数字化转型的推动者，通过支持关键应用用例，帮助交付业务成果，如可持续性和灵活性:
- 互联工作应用通过移动数字工具，如分析、数字双胞胎和增强现实(AR)，提高可视性和智能。
- 移动资产应用增加了自动驾驶车辆的灵活性和效率，如自动引导车辆(agv)和自动移动机器人(AMR)。
- 无栓固定工业资产应用减少了连接静态设备、静态设备与旋转部件(滑环更换)和移动设备(静态时可操作，移动时不可操作)的有线基础设施的需求，从而提高了可持续性。不受束缚的固定工业资产还可以减少调整工业操作以应对不断变化的市场条件的时间，从而提高灵活性。
工业专用5G能否帮助在制造和工艺操作中实现这些应用用例?为了解决这个问题，罗克韦尔自动化公司(工业自动化的行业领导者)与爱立信公司(蜂窝网络基础设施的行业领导者)、高通技术公司(5G技术的行业领导者)和威瑞森公司(领先的网络服务提供商)合作。该研究合作评估了工业私有5G技术与以太网/IP™连接，这是罗克韦尔自动化的核心工业通信技术。关键的学习目标是确保EtherNet/IP网络为工业专用5G做好了准备，并确认工业专用5G为要求苛刻的EtherNet/IP应用做好了准备。
此插图是所开发的测试平台的简化表示，说明了一个不受约束的固定工业资产应用程序用例，包括:
- 罗克韦尔自动化标准和安全控制。一个区域控制器与GuardLogix®安全控制器。12个具有FLEX5000®标准和安全I/O的分布式区域，代表滑块、机器或设备。注意，每个分布区域的安全控制器的目的只是收集试验台遥测数据。
- 爱立信无线接入网(RAN)基础设施。由使用28GHz(n261)的毫米波基站和使用Release15的LTE频段2和私有5G核心(3GPPRelease-15，非独立(NSA)，预置)组成。
- 高通移动测试平台(MTP)。用于数据收集和交通流分析的移动测试平台，用作工业5G到以太网适配器，称为用户设备(UE)。
- verizon在5G工业网络创新方面的思想领导地位对定义需求、目标功能集和测试平台的范围(包括未来验证需求的路线图)做出了重要贡献。
测试是根据由罗克韦尔自动化公司提供的完善的测试计划进行的，该计划具有严格的零故障成功标准。它概述了一系列测试用例，从左边的GuardLogix区域控制器建立可靠的EtherNet/IP标准和安全(CIP安全™)I/O连接，具有一系列请求的数据包间隔(RPI)设置，从5GRAN到FLEX5000标准，并在右侧的区域1到12建立安全I/O连接。RPI是控制器和I/O交换数据的速率。
成功的测试结果表明，工业专用5G(3GPPRelease-15,NSA,on-premise,mmWave频谱)的当前状态具有足够低的延迟和抖动，可以支持RPI设置，这些设置优于罗克韦尔自动化对EtherNet/IP标准和安全I/O连接的默认设置。这些RPI设置将支持许多使用EtherNet/IP标准和安全I/O通信的无栓固定工业资产应用程序(滑板、机器或设备)。
其目标的成果强调:
ethernet/IP已为工业专用5G做好准备。
- 工业专用5G的当前状态为EtherNet/IP标准和安全I/O应用做好了准备。
- 工业专用5G可以帮助实现商业成果，如在工业运营中增加可持续性和提高敏捷性。
研究合作将继续，计划评估以太网/IP时间同步(CIPSync™)和分布式运动(CIPmotion™)在3GPPRelease16独立(SA)工业专用5G上的应用。初步的概念验证测试结果是有希望的。
总之，由于罗克韦尔自动化、爱立信、高通技术和Verizon之间的合作，我们能够验证真正的5G支持的工业自动化测试用例如承诺的那样工作。因此，在向智能制造发展的过程中，工业运营可以利用5G标准来满足高性能无线连接和业务保障需求。
