5G+云化PLC，推进工控变革

        工业PLC（programmable logic controller）是工业控制的基石，常见形态是可编程的现场专用硬件模块，集成了输入输出和数据处理功能。多年以来PLC技术更新缓慢，其对应的工业以太网协议还形成了七国八制不能互通的格局。在IT/CT技术飞速发展、工业智能应用快速增长的背景下，工业4.0提出了云化PLC架构。在云化PLC架构中，物理PLC被拆分，一部分处理功能虚拟化后上升到工业边缘云，本地保留分布式控制单元和I/O（input/output）。云化PLC架构的提出，改变了工业中核心的控制架构，其影响相当深远。

        从演进角度看，softPLC是在原物理PLC基础上软硬件解耦，不绑定特定硬件；云化PLC则进一步虚拟化和集中化。虚拟化带来边缘云及现场分布式的算力需求；集中化则对连接便利性、可用性提出了更高的要求，如果保持工业交换机有线方式组网，网络会有更多层级，也更加复杂。云化PLC需要新的算力方案，以及更优的网络解决方案。

中兴通讯5G+云化PLC解决方案

        基于5G NodeEngine（NE）算力基站+SmartEdge（SE）工业边缘网关，中兴通讯推出了5G+云化PLC解决方案（见图1），该方案也是中兴数字星云现场网Digital Nebula SITE的核心构成部分。方案基于算网平台架构，提供算力部署、无线连接、实时性保障及业务协同能力。

算网平台架构

        算网平台架构指在基站及网关上同时提供网络能力及算力。如图1所示，是典型工厂的车间/产线级5G网络的网元部署位置，正好匹配云化PLC等工业边缘应用的部署位置，适合做设备融合。和独立的算力硬件相比，5G网络融合算力提高了集成度，降低了建设成本。

        算网平台提供云原生的算力底座，支持第三方云化PLC适配和部署，亦可为现场工业应用如数采处理、机器视觉等提供一体化部署；支持云边协同，可以统一管理和部署APP，开通效率高，扩展性强。

        在部署和使用模式上，对于实时性要求高的PLC运动控制业务，就近分布式部署在5G网关，基于南向有线接入，分布在车间和产线各处；对于大多数PLC业务，可以集中容器化部署，部署在车间基站的算力平台上，集中控制与分布式执行中间的连接可通过5G做实时性和确定性保障；同时平台支持5G LAN功能，可承载L2/L3的MQTT、OPC-UA、modbus/TCP、EtherCAT、PN-RT、Ethernet/IP等工业以太网协议。

        在安全方面，我们从算力基站对外安全、算力引擎和其他硬件单元安全、算力引擎内安全等不同层面，全面考虑，保障云化PLC应用安全和数据安全。

实时性保障

        云化PLC的控制端与被控端周期性执行程序并给对端发包，对PLC程序的实时执行和网络实时通信有要求。

        CT（cycle time）指标为PLC程序定期执行的时间周期，按业务需求可大致分为：

    - 强实时业务，如运动控制，CT要求<4ms；

    - 实时业务，如工业制造流水线等，CT要求为4ms~50ms；

    - 非实时业务，如数据采集，CT要求为50ms~100ms。

        在实时执行方面，与硬件PLC相比，中兴通讯算网平台在算力上有数量级的提升，因此可以更快执行代码。我们同时提供ZTE RTOS（实时操作系统），包括适合基站算力的CGSL（电信级服务器linux）和适合网关的CGEL（电信级嵌入式linux）。ZTE RTOS已经广泛应用在工业现场，包括高铁、电力、机器人场景。

        在实时通信方面，除CT外还需关注ST（survival time）指标，对应第一包未收到后的通信链路存活时间。5G网络采用常规eMBB时延增强技术，可以通过预调度、特殊帧结构、频选等方式提升一定的空口时延分布的确定性；中兴通讯算网平台支持内生TSN确定性，可采用双链路FRER（双发选收）、智能ST保障等功能来提升时延分布确定性，主动规避干扰导致的连续丢包，避免PLC业务断链，可匹配绝大部分实时PLC需求。后续引入URLLC特性，性能可进一步提升。

云化PLC业务协同能力

        中兴通讯端到端5G+云化PLC解决方案，更利于网络性能和业务表现的协同提升。云化PLC集中部署后，保持原有交互流程可能会给业务带来影响。比如原先近端多次频繁交互，集中部署拉远后可能就会影响实际业务。要解决这个问题，我们可以使用算网平台的控制消息代理功能，减少远程交互频次；中兴通讯也可以协同PLC开发者，从业务流程、通信机制等方面做分析和适配。

市场进展

        工业4.0提出10年后的2022年11月，全球最大的softPLC厂商codesys发布了云化PLC产品，标志着云化PLC市场的启动。国内在智能制造、工业互联网、PLC设备老化更新、国产化、5G应用的多重驱动下，近两年云化PLC得到广泛关注，传统OT巨头/国内OT厂家/运营商联合企业，相续在钢铁、工程车辆远控和电子制造等行业做了实际试点或研究。

        中兴通讯的5G+云化PLC解决方案已经在钢铁翻包机场景、天车远控场景、电子制造测试产线场景、生产物流缓存线场景、快递物流分拣等场景参与实施过云化PLC业务，积累了丰富的应用经验。

        中兴通讯5G+云化PLC解决方案可助力实现控制的全连接以及安全可维，并推动工控协议的归一化；让开发者不受原有物理PLC资源局限，程序架构更加灵活合理；帮助工业客户实现控制的集中部署和持续优化，降低生产系统CAPEX。我们相信，5G网络技术以及云化PLC的应用，将共同推进工业控制系统的变革。