隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)行業(yè)的廣泛應用,，越來越多的制造業(yè)企業(yè)正通過5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建新的生產(chǎn)模式，保證在經(jīng)濟下行時,，實現(xiàn)生產(chǎn)成本的大幅度降低；在經(jīng)濟上行時,，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益的最大化,，獲得更多的利潤。

那么,，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)究竟是什么,？又是如何與5G通訊技術進行深度融合，賦能制造業(yè)轉型,？

一,、5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概述

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是由三層結構組成：感知層、網(wǎng)絡層和應用層,。在網(wǎng)絡層中,，以5G為代表的新一代信息通信技術，打造新型工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎設施,，新建或改造產(chǎn)線級,、車間級、工廠級等生產(chǎn)現(xiàn)場,，形成生產(chǎn)單元廣泛連接,、信息（IT）運營（OT）深度融合、數(shù)據(jù)要素充分利用,、創(chuàng)新應用高效賦能的先進工廠,。

在生產(chǎn)現(xiàn)場,，不同的生產(chǎn)的設備，采用不同的工業(yè)協(xié)議,，如PROFIBUS,、Modbus、CAN,、HART,、EtherCAT、EthernetIP,、Modbus/TCP,、PROFINET、OPC UA,，以及大量的廠商私有協(xié)議,。這種狀況的存在，主要因為工業(yè)軟硬件系統(tǒng)存在較強的封閉性和復雜性,。要實現(xiàn)所有設備的互聯(lián),，需要對各種協(xié)議做解析并進行數(shù)據(jù)轉換，這是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)存量改造項目開展時最先遇到的問題,。

二,、5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的發(fā)展

在復雜多樣的工業(yè)場景中，要把產(chǎn)線的相關數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在基于互聯(lián)網(wǎng)的用戶界面,，按照傳統(tǒng)的做法,，大致需要如此的操作：

1）在產(chǎn)線配置工控機時，安裝專用的數(shù)據(jù)采集軟件,，例如Kepware,、IOServer等；

2）整理配置PLC控制器數(shù)據(jù)標簽,，在工控機中配置對應驅動,、輪詢周期、點位信息,，完成對現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)采集,，然后將數(shù)據(jù)存儲于本地工控機數(shù)據(jù)庫；

3）借助網(wǎng)絡將工控機數(shù)據(jù)通過OPC通訊協(xié)議匯聚到SCADA,，完成工廠級數(shù)據(jù)匯聚,；

4）完成SCADA系統(tǒng)與信息化系統(tǒng)對接，將數(shù)據(jù)傳送到IT部門的數(shù)據(jù)庫上,；

5）經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,，最終呈現(xiàn)在生產(chǎn)主管的界面上。

最終網(wǎng)絡拓撲如下圖所示：

圖 一：傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡架構

如上圖所示：受限于工控機系統(tǒng)能力,，該系統(tǒng)一般采用分布式結構,，由產(chǎn)線工控機完成就近多臺設備的數(shù)據(jù)集中和監(jiān)控，然后再由網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)匯聚到中心機房SCADA,，最終完成數(shù)據(jù)的集中和呈現(xiàn),。

5G數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)，需要通過5G專網(wǎng)為工廠的快速信息化提供一張低時延,、大帶寬,、廣連接的無線網(wǎng)絡，大大簡化工廠專網(wǎng)建設的成本和工程量,，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設提供極大的便利,。

在5G網(wǎng)絡推廣的初期，5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設多數(shù)以試點或者小規(guī)模的應用為主,，系統(tǒng)邏輯設計相對簡單,，把產(chǎn)線工控機使用的數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)IOServer簡單的部署到5G MEC服務器上來，完成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設備連接和數(shù)據(jù)采集,，然后完成SCADA系統(tǒng)以及數(shù)字化應用平臺的建設,。

系統(tǒng)拓撲結構如下：

圖 二：5G+ IOServer架構

從上圖可以看出,，簡單的把“圖二”的系統(tǒng)中的本地SCADA系統(tǒng)部署在MEC邊緣節(jié)點側,，即可實現(xiàn)按設定周期，輪詢采集現(xiàn)場控制器數(shù)據(jù)的功能,。

但是這種做法并不適合大規(guī)模應用到5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設中,，究其原因主要是：

1.流量浪費。MEC云端IOServer周期性全量的數(shù)據(jù)采集,，流量消耗過大,。例如：現(xiàn)場單臺PLC@1000點/S的采集頻率,，每月需要約50G的通訊流量,，此時只要邊緣端設備具備數(shù)據(jù)采集、篩選,、過濾,、變化上傳等策略，就可以大幅度降低網(wǎng)絡流量開銷,。這種做法基本沿襲傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡的做法,，在本地提供支持5G傳輸、具備IOServer系統(tǒng)功能的設備,。

2.斷網(wǎng)數(shù)據(jù)丟失,。5G無線網(wǎng)絡斷開時, 數(shù)據(jù)連接中斷，斷網(wǎng)期間的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)則無法獲取,，底層PLC等數(shù)據(jù)不緩存數(shù)據(jù),，應用系統(tǒng)業(yè)務將會受到影響,，此時邊緣端能夠儲存斷點就顯得尤為關鍵。

3.算力占用,、系統(tǒng)穩(wěn)定性問題,。云端集中輪詢采集，占用大量的系統(tǒng)資源（包括線程計算資源和網(wǎng)絡連接資源）,。如果對于硬件系統(tǒng)的配置提出更高的要求,， 就會提升建設成本。同時整個系統(tǒng)的正常運行強依賴于中心化的IOServer,，出現(xiàn)任何運行問題,，都會導致系統(tǒng)的業(yè)務停滯。

通過以上分析,，核心網(wǎng)集中輪詢采集的方式,，存在諸多弊端，不是一個最優(yōu)的解決方案,。隨著技術的迭代,，邊緣采集脫穎而出。捷創(chuàng)技術自主研發(fā)的JENET 5G智能工業(yè)網(wǎng)關就是通過圖中所示的5G 接入設備的方式,，集成IOServer的邊緣采集系統(tǒng),，來完成OT到IT數(shù)據(jù)解耦，這就是新興的“5G邊緣計算網(wǎng)關”,。

圖三：JENET 5G/4G智能工業(yè)網(wǎng)關

5G邊緣計算網(wǎng)關相較之前的5G DTU、5G CPE,，重點在于5G+邊緣計算,。5G給傳輸帶來前所未有的高帶寬、低時延的網(wǎng)絡特性,，邊緣計算一改之前的中心匯聚計算的模式,，提倡去中心化應用。把感知層大量的數(shù)據(jù)先做有效的過濾和計算,，提煉出有效的數(shù)據(jù)和計算結果再上發(fā)給中心進行更高效的計算和統(tǒng)籌,，這樣可以大大提高數(shù)據(jù)運算效率和存儲資源的利用。

5G邊緣計算網(wǎng)關的出現(xiàn)讓傳統(tǒng)行業(yè)應用得以信息化升級換代,，大量應用于智慧工廠,、智能電網(wǎng)、交通運輸,、智慧農業(yè),、水利信息化、冶金信息化等行業(yè),。

使用5G邊緣計算網(wǎng)關完成5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設的方案如下：

圖 四：5G+ IIoT架構

如上圖系統(tǒng)中,，使用到的JENET 5G邊緣計算網(wǎng)關是由捷創(chuàng)技術面向工業(yè)及商業(yè)場景推出的新一代智能網(wǎng)關,，主要具有如下技術特征：

1）支持南向多種通訊接口的接入：以太網(wǎng),、RS485、RS232,、IO等,；

2）支持南向多種工業(yè)協(xié)議數(shù)據(jù)解析：EthernetIP、S7,、Melsec,、Hostlink、Modbus等,；

3）數(shù)據(jù)時標功能：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的采集數(shù)據(jù)貼上精確時間標簽,；

4）支持北向多協(xié)議兼容：MQTT、HTTP,、Restful,、OPC UA等；

5）支持斷點續(xù)傳功能：存儲斷網(wǎng)無法傳輸成功的數(shù)據(jù),，網(wǎng)絡恢復后完成記錄數(shù)據(jù)傳輸,；

6）支持多規(guī)則計算：周期性調整、報警上報,、數(shù)據(jù),。

此類邊緣產(chǎn)品構建的解決方案，可以很好的彌補以上提出的系統(tǒng)的弱點,，為5G深入全連接工廠建設提供可靠的邊緣側解決方案,。

工業(yè)企業(yè)的數(shù)字化轉型極大的推動了工業(yè)控制和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)整合集成的發(fā)展，5G邊緣網(wǎng)關產(chǎn)品應運而生,。這一產(chǎn)品綜合了高速數(shù)據(jù)采集,、邊緣數(shù)據(jù)過濾和處理和IIoT平臺高效通信等功能，在很大程度上簡化和改善了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)過程,。目前這一新生事物已經(jīng)有了一些工業(yè)實踐的支持,，在汽車,、有色金屬,、輪胎、化工等多個行業(yè)的數(shù)據(jù)采集,、分析,、診斷等方面都取得了實際效果，相信其綜合集成的性能一定會在今后的5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮更多的作用,。