CC-Link IETSN推動(dòng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
引言
隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIOT）在全球范圍內(nèi)的興起，在未來(lái)的工業(yè)體系中，根據(jù)客戶(hù)不同的需求，配方、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)都需要進(jìn)行快速地響應(yīng)，真正實(shí)現(xiàn)柔性、定制化的生產(chǎn)，同時(shí)還需要提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)能，降低綜合成本等等。為了實(shí)現(xiàn)這種“變種變量”的生產(chǎn)，屆時(shí)將會(huì)有越來(lái)越多信息需要進(jìn)行收集與處理，譬如運(yùn)營(yíng)、訂單、物料、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、物流等等，因此IT(InformationTechnology)與OT(OperationalTechnology)之間的聯(lián)系需要更加的緊密。CC-LinkIETSN作為全球最早推出的基于TSN（TimeSensitiveNetworking）技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，順應(yīng)了時(shí)代的潮流。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展
在整個(gè)工業(yè)的發(fā)展中，從工業(yè)2.0的電氣自動(dòng)化開(kāi)始，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)工業(yè)體系中就起著不可替代的作用。在工業(yè)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)普及之初，最早開(kāi)始占領(lǐng)市場(chǎng)的是基于RS-232的串口通信，但是在使用過(guò)程中存在各種各樣的問(wèn)題：首先是共模干擾的問(wèn)題，其次因?yàn)槭瞧湟?guī)定的最大電容為2500pF，極大限制了它的傳輸距離和傳輸速率，在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中的可靠通訊距離僅為15m，通訊速率在20Kbps左右，同時(shí)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊方式也很難滿(mǎn)足工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)的需求。
為了解決距離和速率的問(wèn)題，基于RS-485的串口通信誕生了，它在RS-232的基礎(chǔ)上優(yōu)化了收發(fā)方式并采用二線(xiàn)制實(shí)現(xiàn)1對(duì)N的通訊，通訊速率也提高到最快10Mbps，距離總長(zhǎng)可達(dá)1000m以上。雖然通訊由全雙工轉(zhuǎn)換成半雙工，但是更加符合工業(yè)場(chǎng)景對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。目前市面上有非常多基于RS-485的工業(yè)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，比如CC-Link、Profibus、Modbus、CANopen等總線(xiàn)協(xié)議。
到了20世紀(jì)末期，工業(yè)再次得到極大的提升，Mes系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)等應(yīng)用對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量及速度的要求有了更進(jìn)一步的需求，同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)的火熱也極大地影響了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，各家開(kāi)始推出了基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，比如CC-LinkIE、ProfiNet、Modbus/TCP、Ethercat、Ethernet/IP等等。這些網(wǎng)絡(luò)通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)線(xiàn)、連接器以及靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，極大方便了現(xiàn)場(chǎng)施工，同時(shí)通訊距離與速率再次得到了提升，設(shè)備間距離擴(kuò)展到100m，速率也可達(dá)到100Mbps，甚至1Gbps。
近年來(lái)隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的落地，越來(lái)越多基于IT的應(yīng)用軟件需要與現(xiàn)場(chǎng)的OT信息進(jìn)行交互，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的速度與數(shù)據(jù)量再次形成了嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，同時(shí)市場(chǎng)對(duì)普通以太網(wǎng)設(shè)備的使用、驅(qū)動(dòng)設(shè)備的高精度有了更高的要求。基于這些原因，TSN技術(shù)正式進(jìn)入工業(yè)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。CC-LinkIETSN作為最早應(yīng)用TSN技術(shù)的工業(yè)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，在滿(mǎn)足IT與OT融合的情況下，提供更快的網(wǎng)速、更大的數(shù)據(jù)容量以及更高的網(wǎng)絡(luò)利用率。
CC-LinkIETSN技術(shù)特點(diǎn)
控制信息與生產(chǎn)管理信息的融合
CC-LinkIETSN對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制信息提高其高優(yōu)先度，相對(duì)于生產(chǎn)管理信息優(yōu)先分配帶寬，實(shí)現(xiàn)了利用實(shí)時(shí)循環(huán)通信控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，在確?？刂菩畔?shí)時(shí)性的同時(shí)還可以直接通過(guò)TCP/IP協(xié)議從終端設(shè)備獲取信息，兩種協(xié)議共存于同一網(wǎng)線(xiàn)內(nèi)且互不干擾，不僅節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)配線(xiàn)成本，同時(shí)更是真正實(shí)現(xiàn)了IT與OT的融合。
圖1TSN技術(shù)及協(xié)議層
系統(tǒng)設(shè)置及修復(fù)的快捷性
SNMP作為通用的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，也與CC-LinkIETSN相兼容，使用對(duì)應(yīng)SNMP的普通以太網(wǎng)診斷工具不僅可以方便的監(jiān)視CC-LinkIETSN的兼容產(chǎn)品，也可以對(duì)普通以太網(wǎng)的交換機(jī)、工業(yè)相機(jī)、震動(dòng)檢測(cè)等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)收集并分析，同時(shí)也為人工智能提供大數(shù)據(jù)。
通過(guò)采用TSN規(guī)范中的時(shí)鐘同步協(xié)議（參考IEEE802.1AS和IEEE1588V2），可以對(duì)各個(gè)兼容產(chǎn)品之間的時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)，保持其高精度的同步。利用CC-LinkIETSN兼容產(chǎn)品的時(shí)鐘同步功能，可以在運(yùn)行日志中快速明確故障時(shí)間點(diǎn)，幫助大家識(shí)別異常原因并快速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)正常，與此同時(shí)還可以向上位IT系統(tǒng)提供現(xiàn)場(chǎng)狀況以及相對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確時(shí)間，通過(guò)分析耗電量、震動(dòng)情況等信息對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行預(yù)維護(hù)或提前更換，大幅降低維護(hù)成本。
生產(chǎn)節(jié)拍提高與網(wǎng)絡(luò)最大利用率
CC-LinkIETSN可以實(shí)現(xiàn)最小31.25μs的鏈接掃描周期，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)能夠極大縮短生產(chǎn)節(jié)拍，提升整廠的生產(chǎn)能力。不僅如此，CC-LinkIETSN通過(guò)使用時(shí)間分割（IEEE802.1Qbv）實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中定義多種連接掃描周期，針對(duì)不同產(chǎn)品的特性設(shè)置相對(duì)應(yīng)的鏈接掃描周期，比如對(duì)伺服系統(tǒng)、安全設(shè)備等可以定義高速周期，而對(duì)溫濕度傳感器等可使用中速或低速周期，從而實(shí)現(xiàn)最大的網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，提高整廠產(chǎn)能。
開(kāi)發(fā)方式的多樣性
CC-LinkIETSN的兼容產(chǎn)品不僅可以通過(guò)專(zhuān)用的ASIC或FPGA的硬件方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，也可以在通用以太網(wǎng)芯片上使用軟件協(xié)議棧的方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通信速度也可根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)選擇對(duì)應(yīng)100Mbps或1Gbps，極大方便了設(shè)備廠商根據(jù)自身?xiàng)l件選擇開(kāi)發(fā)方式。
CC-LinkIETSN應(yīng)用場(chǎng)景
采用TSN技術(shù)的CC-LinkIETSN在充分利用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)設(shè)備的同時(shí)，通過(guò)重新定義協(xié)議實(shí)現(xiàn)了高速的控制通信，滿(mǎn)足在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用。比如在汽車(chē)行業(yè)中，普通和安全通信可在同一條網(wǎng)線(xiàn)上進(jìn)行混合通信；在半導(dǎo)體行業(yè)，大容量的菜單數(shù)據(jù)及追溯數(shù)據(jù)也可高速通信，同時(shí)與HSMS混合通信也不會(huì)對(duì)控制信息的定時(shí)性造成影響；在鋰電行業(yè)中，通過(guò)組合通信周期的高速控制（伺服等）和低速控制（變頻器、調(diào)溫器等），可確保裝置性能并根據(jù)用途選定最佳設(shè)備。
圖2CC-LinkIETSN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
結(jié)束語(yǔ)
TSN技術(shù)作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展方向，未來(lái)將有越來(lái)越多基于TSN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)誕生，CC-LinkIETSN將會(huì)在未來(lái)與這些網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，推動(dòng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
