某知名汽车制造商为提升生产效率和产品质量,决定对其主要生产线进行智能化改造。改造内容包括:
实现生产设备的实时监控和远程控制
部署AGV(自动导引运输车)系统,优化物料配送
引入协作机器人,提高装配精度和效率
建立数字孪生系统,实现生产全流程可视化
考虑到工厂内复杂的电磁环境、多样化的终端设备以及对网络稳定性和实时性的高要求,项目组最终选择了基于5G技术的无线网络方案,并采用SR820小体积5G CPE作为核心网络设备。
整个智能制造系统采用三层架构设计:边缘层、网络层和云平台。
边缘层
边缘层主要由各类生产设备和智能终端组成,包括:
CNC机床、注塑机等生产设备
AGV自动导引运输车
协作机器人
各类传感器(温度、湿度、振动等)
工业相机
工业平板电脑(用于移动操作和监控)
这些设备通过有线或无线方式与SR820 5G CPE相连,实现数据的采集和传输。
网络层
网络层以SR820 5G CPE为核心,构建了一个高速、稳定、安全的5G专网。SR820的主要特点包括:
支持5G NR高速网络,满足大带宽、低延迟的应用需求
支持多DNN网络切片功能,为不同应用提供差异化的SLA保障
具备4个千兆以太网端口,方便与现有网络设备对接
支持2.4G/5.8G双频Wi-Fi,理论最高速率可达866.7Mbps(可选配Wi-Fi 6,速率可达1774Mbps)
全工业化设计,适应制造环境的严苛要求
支持SNMP和远程集中管理,便于运维
云平台
云平台部署在工厂的数据中心,主要包括以下模块:
生产执行系统(MES)
设备管理系统(EMS)
AGV调度系统
机器人控制系统
数字孪生系统
大数据分析平台
网络规划
根据工厂的布局和业务需求,项目组制定了详细的网络规划:
在每个生产单元部署1-2台SR820,覆盖生产设备、AGV运行区域
在装配线每隔50米部署1台SR820,确保协作机器人的稳定连接
在仓储区域部署多台SR820,支持AGV和智能仓储系统
在质检区域部署高密度SR820,支持工业相机和检测设备的高带宽需求
安装部署
SR820采用小体积设计(1359855.5mm),安装灵活方便。在本项目中,主要采用以下安装方式:
导轨安装:在配电箱或控制柜内,将SR820安装在标准DIN导轨上
壁挂安装:在车间墙面或立柱上,采用壁挂式安装
桌面安装:在办公区或控制室,采用桌面平放方式
安装时需注意以下几点:
确保安装位置的散热条件良好,工作温度保持在-35~+75℃范围内
天线安装位置要避开金属屏蔽,确保信号覆盖效果
利用SR820的双电源冗余备份功能,提高系统可靠性
考虑防尘防水需求,SR820的IP30防护等级适合大多数工厂环境
网络配置
SR820支持Web、SSH、Telnet等多种配置方式。在本项目中,主要采用Web配置和远程集中管理相结合的方式:
基础配置:通过Web界面完成基础网络配置,包括APN设置、IP地址分配、DHCP服务等
安全配置:启用防火墙功能,设置访问控制列表(ACL),配置IPsec等安全特性
QoS配置:根据不同业务类型,设置相应的带宽限制和优先级策略
网络切片配置:为AGV控制、机器人通信等关键业务配置独立的网络切片,确保服务质量
Wi-Fi配置:根据需求配置2.4G/5.8G双频Wi-Fi,满足不同终端的接入需求
远程管理:启用SNMP功能,接入星创"星云"平台,实现设备的远程监控和管理
应用集成
SR820集成了DTU功能,支持多种工业协议,便于与现有系统集成:
通过Modbus RTU转Modbus TCP功能,实现传统PLC与MES系统的无缝对接
利用MQTT协议,将传感器数据直接上传至云平台
通过TCP透明传输模式,支持AGV和机器人的专有通信协议安全保障
SR820提供了全面的安全保护措施:
硬件层面:以太网接口内置1.5KV电磁隔离保护,串口和SIM卡槽内置15KV ESD保护
网络层面:支持SPI防火墙,DoS攻击防护,ACL访问控制等
数据传输:支持IPsec、L2TP、PPTP、等多种协议
身份认证:支持CHAP/PAP认证,确保只有授权设备可以接入网络
运行维护
为确保系统的稳定运行,项目组制定了详细的运维方案:
日常监控:利用"星云"平台,实时监控SR820的运行状态、流量、信号质量等指标
远程维护:通过SSH或Web界面进行远程配置和故障诊断
固件升级:支持FOTA(Firmware Over-The-Air)功能,实现批量远程升级
日志管理:配置远程日志服务器,集中存储和分析设备日志
备份恢复:定期备份SR820的配置数据,必要时可快速恢复
该智能制造无线网络解决方案实施后,取得了显著的效果:
网络性能大幅提升:5G网络的高带宽、低延迟特性,为各类应用提供了强有力支撑。测试显示,关键业务的端到端延迟降低到5ms以内,满足了实时控制的需求。
设备互联更加灵活:SR820的多接口设计和Wi-Fi功能,实现了工厂内各类设备的无缝连接。特别是对于AGV和移动机器人,5G网络提供了全厂范围的无缝覆盖,大大提高了其灵活性和效率。
数据采集更加全面:借助SR820的高速网络和协议转换能力,实现了对生产线上所有关键设备的实时数据采集。数据采集频率从原来的分钟级提升到秒级,为生产优化和质量控制提供了有力支撑。
远程控制更加可靠:通过SR820构建的安全通道,工程师可以随时随地对生产设备进行远程监控和调试,大大提高了问题响应速度和解决效率。
系统集成更加便捷:SR820的多协议支持和DTU功能,简化了新旧系统的集成难度。例如,通过Modbus协议转换,老旧的PLC设备可以直接与新的MES系统对接,避免了大规模设备更换。
网络安全性显著增强:多重安全机制的部署,有效保护了生产数据的安全。
运维效率大幅提高:远程集中管理平台的使用,大大降低了网络维护的工作量。系统故障的平均处理时间从原来的4小时缩短到30分钟以内。
生产效率显著提升:得益于稳定可靠的网络基础设施,智能制造系统的各个模块得以充分发挥作用。统计显示,该工厂的生产效率提升了20%,产品不良率下降了15%,能源消耗降低了10%。