近日，中国移动研究院联合中国移动山东公司青岛分公司、青岛海尔、华为、展锐、移远、宏电等8家单位，在青岛海尔中德滚筒洗衣机工厂聚焦“拖链易损导致产线频繁停机检修”的痛点问题，创新设计拖链系统5G化的确定性解决方案，实现了拖链系统“剪辫子”，提升了生产效率，节约了产线运维成本，打造了5G融入生产赋能全连接工厂的标杆案例。
工厂现有生产线采用串联控制结构，即一条产线由一个主控柜（主PLC）控制整条产线数十个阀岛从站（从PLC）的机械控制以及运动，主/从PLC之间的通信采用工业电缆进行连接。滚筒洗衣机产线需要完成洗衣机缸体的翻转、托举、夹抱等动作，这些动作的完成依赖拖链电缆进行通信连接。但是持续的移动和弯折，会导致拖链电缆的折损，进而影响主/从PLC之间的通信稳定性，致使整个产线停机。
海尔洗衣机产线
目前，整个厂房拥有10条产线，其中采用拖链电缆的系统约有400个。据统计，每月拖链电缆故障4~5次，约造成20小时/产线的停机，亟待解决拖链系统频繁故障问题。
海尔洗衣机产线拖链通信系统
在采用拖链系统5G化方式解决车间痛点问题时，又面临“工业Profinet协议基于5G进行二层承载”“主/从PLC点对点5G直连通信”“PLC控制要求5G网络达到16ms@99.99%的确定性通信保障能力”等技术挑战。中国移动研究院基于5G确定性工业生产网技术框架，整合5G-LAN技术、原生双发选收技术、低时延技术和动态QoS技术四大技术方案，创新设计了拖链控制系统5G化升级的解决方案，并联合海尔卡奥斯工业智能研究院、中国移动山东公司、华为等，在青岛海尔中德滚筒洗衣机工厂进行了试点验证。
海尔洗衣机产线拖链系统5G化升级方案
5G-LAN技术，通过二层组网、组播通信机制，可以原生的承载海尔工厂拖链电缆的Profinet协议，避免主、从PLC之间通过增加额外隧道或者配置其他设备实现互通，减少实施复杂度，实现主控柜中主PLC和从PLC之间的直接数据通信。
原生双发选收技术，实现了主PLC和从PLC之间的高可靠数据通信能力（16ms@99.99%）。相较于端侧方案，基于原生的双发选收可以简化PLC之间的无线组网，减少PLC前置工业交换机的部署，减少故障风险点。
低时延技术，基于主/从PLC之间周期性业务特征，实现定向的调度，可以降低传输时间。此外，基于业务特征在无线上提前分配资源，实施预调度和免调度，进一步降低5G空口的时延，将端到端时延稳定控制在16毫秒甚至更低，从而满足整个PLC之间的通信需求。
动态QoS技术，基于网络自适应配置，保障多业务共用5G时主/从PLC间控制数据的优先级，确保生产的稳定有序。该技术也达成了一网多用和灵活业务调度的目的。
在本次试点中，项目组采用双端无线方案完成了拖链控制系统的5G化改造，即在主控柜中内置5G-LAN网关模组，在夹具I/O旁挂5G-LAN网关模组，之后通过5G网络进行无线直连通信，实现了拖链控制系统“剪辫子”。经测试，本方案可以保证整个5G网络稳定工作在16ms@99.99%可靠性的指标状态，并顺利通过72小时持续稳定测试验收。
本次试点的成功是5G深入全连接工厂核心生产环节的一个重要里程碑，得到多方高度认可。
海尔卡奥斯工业智能研究院副院长鲁效平充分肯定了本次试点效果，指出本次试点可帮助工厂缩短每月二十小时左右的产线停机维护时间，提高了整体生产效率，为打造深入核心生产环节的5G全连接工厂做出了积极有效的探索，具有很强的产业示范作用。
中国移动集团公司政企事业部工业能源行业拓展部副总经理杨鹏指出，本次试点在5G网络和车间生产网方面进行了很好的结合，并且在解决信息孤岛、提升网络低时延高可靠能力等方面都做出了有效尝试，希望以项目为起点，快速形成可推广的技术方案，让5G在工厂有更好的应用。
中国移动将总结好本地试点的成果，将其打造成为5G融入工业生产的标杆案例，为后续滑动、摆动控制系统5G化的规模复制提供真实有效的范本。同时，进一步做深做实5G工业互联网新能力，探索5G在工业产线的新应用和新价值。
来源：中国移动研究院 |
