TSN帶來(lái)IT與FA的融合

    談到近年來(lái)工控市場(chǎng)對(duì)以太網(wǎng)總線技術(shù)的接受程度日益升高，川副真生先生認(rèn)為這主要源于兩方面的原因，“一是，隨著生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器設(shè)備開始朝著智能化方向發(fā)展，使得對(duì)于海量數(shù)據(jù)的高速采集和傳輸要求越來(lái)越普遍，以往的串行通信現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足這一需求，而需要借助基于以太網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)的技術(shù)方案（傳輸速率可達(dá)10Gbps）；二是，在邁向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）時(shí)代的過(guò)程中，IT和FA（生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)）的融合顯得越來(lái)越重要，在IT的世界里，通常是以以太網(wǎng)技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，為了促進(jìn)兩者之間的整合，目前在FA領(lǐng)域里，基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案得到了用戶更多的青睞。”

    以太網(wǎng)技術(shù)的引入，為傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了顛覆性的革新。同時(shí)，川副真生先生進(jìn)一步指出，由于工業(yè)控制通信尤為強(qiáng)調(diào)高實(shí)時(shí)性、高精度的特點(diǎn)，普通以太網(wǎng)還難以確保達(dá)到這些性能要求，所以仍然需要利用FA工業(yè)以太網(wǎng)，并借助TSN（TimeSensitiveNetworking時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)，作為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的補(bǔ)充，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制信息通信（實(shí)時(shí)性）和管理信息通信（非實(shí)時(shí)性）的融合——TSN技術(shù)也因此進(jìn)入到工業(yè)制造領(lǐng)域。

    智能制造需要在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用到大量的各類傳感器和視覺檢測(cè)儀器，采用TSN技術(shù)，能夠簡(jiǎn)單、方便地將這些傳感器、攝像機(jī)等基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的設(shè)備接入到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)之中，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)海量數(shù)據(jù)的高速采集，并與上位控制系統(tǒng)、邊緣計(jì)算層以及IT系統(tǒng)形成縱向融合；還能在設(shè)備之間、加工精度等方面實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)的橫向融合，大大加快了更具自主能力的智能工廠的建設(shè)速度。

    當(dāng)前，工業(yè)以太網(wǎng)市場(chǎng)風(fēng)起云涌，對(duì)此，川副真生先生說(shuō)道：“為了應(yīng)對(duì)不同應(yīng)用行業(yè)的需求變化，為他們提供適合的工業(yè)以太網(wǎng)方案，競(jìng)爭(zhēng)是必要的，但與此同時(shí)，不同技術(shù)之間也可以進(jìn)行合作。例如基于TSN，就可以成為不同工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、IT技術(shù)合作的基礎(chǔ)，在TSN的硬件層、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等部分展開合作，以降低系統(tǒng)的綜合使用成本，保證網(wǎng)絡(luò)性能的最優(yōu)化。”

 CC-LinkIETSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了FA與IT的有效融合，使得制造業(yè)各種各樣的應(yīng)用軟件能夠被方便地接入和運(yùn)用。

CC-LinkIETSN：開放、融合

    2018年11月，CLPA協(xié)會(huì)在德國(guó)紐倫堡展上隆重發(fā)布了新一代開放式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)CC-LinkIETSN；2019年2月、3月，在北京和廣州國(guó)際工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)及裝備展上，CC-LinkIETSN正式亮相中國(guó)市場(chǎng)——工業(yè)通信迎來(lái)了一個(gè)嶄新的時(shí)代。

    “CC-LinkIETSN在全球率先將千兆以太網(wǎng)帶寬與TSN技術(shù)相結(jié)合，建立起一個(gè)更為開放、高效、工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，并使CC-LinkIE協(xié)議具有嶄新的特性和功能，”川副真生先生介紹道，“TSN由一系列國(guó)際通信標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范所組成，其中包含兩個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：即精確時(shí)鐘同步IEE802.1ASrev以及時(shí)間感知調(diào)度程序IEEE802.1Qbv，通過(guò)采用這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證了控制數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)母邔?shí)時(shí)性，并且支持不同通信協(xié)議在同一網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。”

    特別是針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)，CC-LinkIETSN標(biāo)準(zhǔn)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)充分利用時(shí)鐘同步，在規(guī)定時(shí)間主從站之間雙向同時(shí)發(fā)送通信幀，縮短了循環(huán)數(shù)據(jù)的更新時(shí)間，因而大幅度減少了通信周期。此外，在CC-LinkIETSN中，還能夠?yàn)橹匾目刂仆ㄐ牛ㄑh(huán)通信）提供優(yōu)先等級(jí)，充分保證了高速、高精度實(shí)時(shí)控制的實(shí)現(xiàn)。另一方面，基于CC-LinkIETSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，工業(yè)以太網(wǎng)與其它開放式網(wǎng)絡(luò)、以及IT系統(tǒng)可以共存，從而實(shí)現(xiàn)FA與IT的有效融合，使得制造業(yè)各種各樣的應(yīng)用軟件能夠被方便地接入和運(yùn)用。

    開放、融合已成為現(xiàn)階段工業(yè)自動(dòng)化的重要發(fā)展趨勢(shì)之一，作為新一代開放式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，也意味著CC-LinkIETSN將會(huì)把更多的合作企業(yè)聯(lián)系一起，共同提升不同網(wǎng)絡(luò)之間的連接性和互操作性。

    為了給最終用戶提供豐富的產(chǎn)品群，為了讓廠家更容易開發(fā)兼容產(chǎn)品，據(jù)介紹，目前CLPA正聯(lián)合包括三菱電機(jī)在內(nèi)的一批合作企業(yè)陸續(xù)推出基于CC-LinkIETSN標(biāo)準(zhǔn)的各類硬件、軟件開發(fā)工具。其中包括：專用ASIC/FPGA嵌入式高性能芯片、主/從站硬件及軟件、TSN網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等等，以此強(qiáng)化對(duì)設(shè)備開發(fā)廠商的技術(shù)支持力度，協(xié)助他們?cè)谳^短的時(shí)間內(nèi)，以低投入成本開發(fā)出各類CC-LinkIETSN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)產(chǎn)品。

    另?yè)?jù)了解，自2018年11月CC-LinkIETSN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)公布之后，參與的合作企業(yè)已超過(guò)50家，預(yù)計(jì)從2019年春天起，將陸續(xù)發(fā)布各類軟硬件開發(fā)工具和CC-LinkIETSN相關(guān)產(chǎn)品。

新一代CC-LinkIETSN工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)亮相中國(guó)

為智能工廠增值、賦能

    “當(dāng)今中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展速度可謂一日千里，智能工廠建設(shè)正處于剛剛起步的階段，智能化生產(chǎn)對(duì)海量數(shù)據(jù)（如高清圖像、視頻等）采集、分析、處理、傳輸、運(yùn)用的需求愈加迫切，CC-LinkIETSN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的推出，正是為了同時(shí)滿足智能工廠對(duì)實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息，以及實(shí)現(xiàn)高精度加工制造這兩方面的要求。”川副真生先生說(shuō)道。

    據(jù)介紹，除CC-LinkIE協(xié)議家族應(yīng)用較具優(yōu)勢(shì)的汽車、液晶等行業(yè)之外，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制性能要求較為嚴(yán)苛的半導(dǎo)體、鋰電池生產(chǎn)設(shè)備等行業(yè)也是CC-LinkIETSN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)開拓的領(lǐng)域。CC-LinkIETSN將幫助這些高端制造裝備行業(yè)在應(yīng)用技術(shù)和解決方案上實(shí)現(xiàn)全方位的提升，進(jìn)而搶占工業(yè)4.0時(shí)代的先機(jī)。

    從產(chǎn)業(yè)鏈的角度，川副真生先生詳細(xì)分析了CC-LinkIETSN工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)將為設(shè)備開發(fā)廠商、系統(tǒng)集成商所帶來(lái)的價(jià)值增值。首先，對(duì)于設(shè)備開發(fā)商來(lái)說(shuō)，CC-LinkIETSN能夠豐富他們的設(shè)備開發(fā)手段，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，提升機(jī)器的整體性能，并且隨著CC-LinkIETSN標(biāo)準(zhǔn)的日漸普及，協(xié)助他們擴(kuò)大在全球范圍內(nèi)的商業(yè)機(jī)會(huì)。 

   其次，對(duì)于系統(tǒng)集成商而言，CC-LinkIETSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了控制通信和信息通信的融合，可進(jìn)行不同網(wǎng)絡(luò)之間的整合，系統(tǒng)構(gòu)成的自由度增加，可以選擇連接更為廣泛的兼容產(chǎn)品，且各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間可共用同一條電纜，大幅降低了配線成本。另外，值得一提的是，由于同時(shí)連接在CC-LinkIETSN網(wǎng)段中的所有設(shè)備具有相同的時(shí)間戳記錄歷史數(shù)據(jù)，可用于分析軟件中，因此當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，能夠?qū)⑸a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息和正確的時(shí)間戳信息與IT系統(tǒng)相聯(lián)，通過(guò)多樣的診斷方法、擴(kuò)大診斷范圍等措施迅速進(jìn)行原因分析和系統(tǒng)復(fù)位，提高設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè)和保全的精度，協(xié)助系統(tǒng)集成商提高整體解決方案的附加價(jià)值。

    網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是邁向智能制造的第一步。著眼于未來(lái)制造業(yè)海量數(shù)據(jù)的采集、分析和利用，CC-LinkIETSN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)將千兆以太網(wǎng)帶寬與TSN技術(shù)相結(jié)合，為工業(yè)互聯(lián)世界開辟出一條新的道路。沿著開放與融合的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，CLPA正與外部多個(gè)組織一道，共同推動(dòng)建立以TSN為基礎(chǔ)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；而在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，CLPA也將積極與業(yè)內(nèi)企業(yè)展開合作，協(xié)助開發(fā)更為豐富的驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品線陣容，助力加速中國(guó)制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)程。

《BOX》資料鏈接

   CC-Link協(xié)會(huì)（CLPA）是推進(jìn)開放式網(wǎng)絡(luò)CC-Link協(xié)議家族的全球組織，全面支持合作伙伴開發(fā)兼容產(chǎn)品，在全球設(shè)立了11家機(jī)構(gòu)和6家一致性測(cè)試中心。截至2019年1月底，CC-Link協(xié)議家族通過(guò)認(rèn)證的兼容產(chǎn)品約1904種，會(huì)員單位發(fā)展至3458家。標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)不斷取得進(jìn)步，其中2017年CC-LinkIE獲得GB/T33537.1-3-2017，2018年2月CC-LinkIESafety獲得GB/Z37085-2018。未來(lái)，CC-Link協(xié)會(huì)將積極推進(jìn)CC-LinkIETSN普及和標(biāo)準(zhǔn)化。