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开放与融合,CC-LinkIETSN协议标准开辟工业通信新时代

——访CLPA协会全球事务局长川副真生

文:文/刘恒 | 2019年第二期 (0) | (0)

2019年新年伊始,CC-Link协会(简称CLPA)携刚刚公布的新一代CC-LinkIETSN工业网络协议标准正式亮相中国市场。CC-LinkIETSN源自CC-LinkIE协议家族,其更着眼于工业4.0时代下智能制造模式对海量数据的采集、处理及有效利用,以及通过驱动技术提高设备的性能。为了更进一步地了解这一工业网络协议标准的技术特点、应用优势和对当前制造业所带来的影响,本刊近期采访到CLPA全球事务局长川副真生先生,他为大家做了一次详尽的解答。

CLPA协会全球事务局长川副真生

TSN带来IT与FA的融合

谈到近年来工控市场对以太网总线技术的接受程度日益升高,川副真生先生认为这主要源于两方面的原因,“一是,随着生产现场的机器设备开始朝着智能化方向发展,使得对于海量数据的高速采集和传输要求越来越普遍,以往的串行通信现场总线技术已经无法满足这一需求,而需要借助基于以太网基础架构的技术方案(传输速率可达10Gbps);二是,在迈向工业物联网(IIoT)时代的过程中,IT和FA(生产现场)的融合显得越来越重要,在IT的世界里,通常是以以太网技术为标准,为了促进两者之间的整合,目前在FA领域里,基于以太网的网络架构方案得到了用户更多的青睐。”

以太网技术的引入,为传统制造业带来了颠覆性的革新。同时,川副真生先生进一步指出,由于工业控制通信尤为强调高实时性、高精度的特点,普通以太网还难以确保达到这些性能要求,所以仍然需要利用FA工业以太网,并借助TSN(TimeSensitiveNetworking时间敏感网络)技术,作为标准以太网的补充,来实现控制信息通信(实时性)和管理信息通信(非实时性)的融合——TSN技术也因此进入到工业制造领域。

智能制造需要在生产现场使用到大量的各类传感器和视觉检测仪器,采用TSN技术,能够简单、方便地将这些传感器、摄像机等基于标准以太网的设备接入到工业控制网络之中,实现对生产现场海量数据的高速采集,并与上位控制系统、边缘计算层以及IT系统形成纵向融合;还能在设备之间、加工精度等方面实现厂内的横向融合,大大加快了更具自主能力的智能工厂的建设速度。

当前,工业以太网市场风起云涌,对此,川副真生先生说道:“为了应对不同应用行业的需求变化,为他们提供适合的工业以太网方案,竞争是必要的,但与此同时,不同技术之间也可以进行合作。例如基于TSN,就可以成为不同工业以太网技术、IT技术合作的基础,在TSN的硬件层、网络交换机等部分展开合作,以降低系统的综合使用成本,保证网络性能的最优化。”

 CC-LinkIETSN网络协议标准实现了FA与IT的有效融合,使得制造业各种各样的应用软件能够被方便地接入和运用。

CC-LinkIETSN:开放、融合

2018年11月,CLPA协会在德国纽伦堡展上隆重发布了新一代开放式工业网络协议标准CC-LinkIETSN;2019年2月、3月,在北京和广州国际工业自动化技术及装备展上,CC-LinkIETSN正式亮相中国市场——工业通信迎来了一个崭新的时代。

“CC-LinkIETSN在全球率先将千兆以太网带宽与TSN技术相结合,建立起一个更为开放、高效、工业以太网网络,并使CC-LinkIE协议具有崭新的特性和功能,”川副真生先生介绍道,“TSN由一系列国际通信标准与规范所组成,其中包含两个重要的标准规范:即精确时钟同步IEE802.1ASrev以及时间感知调度程序IEEE802.1Qbv,通过采用这些技术标准,保证了控制数据通信传输的高实时性,并且支持不同通信协议在同一网络中的传输。”

特别是针对运动控制行业,CC-LinkIETSN标准在网络内充分利用时钟同步,在规定时间主从站之间双向同时发送通信帧,缩短了循环数据的更新时间,因而大幅度减少了通信周期。此外,在CC-LinkIETSN中,还能够为重要的控制通信(循环通信)提供优先等级,充分保证了高速、高精度实时控制的实现。另一方面,基于CC-LinkIETSN网络协议标准,在同一个网络中,工业以太网与其它开放式网络、以及IT系统可以共存,从而实现FA与IT的有效融合,使得制造业各种各样的应用软件能够被方便地接入和运用。

开放、融合已成为现阶段工业自动化的重要发展趋势之一,作为新一代开放式工业网络协议标准,也意味着CC-LinkIETSN将会把更多的合作企业联系一起,共同提升不同网络之间的连接性和互操作性。

为了给最终用户提供丰富的产品群,为了让厂家更容易开发兼容产品,据介绍,目前CLPA正联合包括三菱电机在内的一批合作企业陆续推出基于CC-LinkIETSN标准的各类硬件、软件开发工具。其中包括:专用ASIC/FPGA嵌入式高性能芯片、主/从站硬件及软件、TSN网络交换机等等,以此强化对设备开发厂商的技术支持力度,协助他们在较短的时间内,以低投入成本开发出各类CC-LinkIETSN协议标准的相关产品。

另据了解,自2018年11月CC-LinkIETSN协议标准公布之后,参与的合作企业已超过50家,预计从2019年春天起,将陆续发布各类软硬件开发工具和CC-LinkIETSN相关产品。

新一代CC-LinkIETSN工业网络协议标准亮相中国

为智能工厂增值、赋能

“当今中国工业自动化的发展速度可谓一日千里,智能工厂建设正处于刚刚起步的阶段,智能化生产对海量数据(如高清图像、视频等)采集、分析、处理、传输、运用的需求愈加迫切,CC-LinkIETSN协议标准的推出,正是为了同时满足智能工厂对实时收集生产现场信息,以及实现高精度加工制造这两方面的要求。”川副真生先生说道。

据介绍,除CC-LinkIE协议家族应用较具优势的汽车、液晶等行业之外,对运动控制性能要求较为严苛的半导体、锂电池生产设备等行业也是CC-LinkIETSN协议标准重点开拓的领域。CC-LinkIETSN将帮助这些高端制造装备行业在应用技术和解决方案上实现全方位的提升,进而抢占工业4.0时代的先机。

从产业链的角度,川副真生先生详细分析了CC-LinkIETSN工业网络协议标准将为设备开发厂商、系统集成商所带来的价值增值。首先,对于设备开发商来说,CC-LinkIETSN能够丰富他们的设备开发手段,缩短开发周期,降低开发成本,提升机器的整体性能,并且随着CC-LinkIETSN标准的日渐普及,协助他们扩大在全球范围内的商业机会。 

其次,对于系统集成商而言,CC-LinkIETSN网络协议标准实现了控制通信和信息通信的融合,可进行不同网络之间的整合,系统构成的自由度增加,可以选择连接更为广泛的兼容产品,且各网络节点之间可共用同一条电缆,大幅降低了配线成本。另外,值得一提的是,由于同时连接在CC-LinkIETSN网段中的所有设备具有相同的时间戳记录历史数据,可用于分析软件中,因此当发生异常情况时,能够将生产现场的信息和正确的时间戳信息与IT系统相联,通过多样的诊断方法、扩大诊断范围等措施迅速进行原因分析和系统复位,提高设备状态预测和保全的精度,协助系统集成商提高整体解决方案的附加价值。

网络互联是迈向智能制造的第一步。着眼于未来制造业海量数据的采集、分析和利用,CC-LinkIETSN协议标准将千兆以太网带宽与TSN技术相结合,为工业互联世界开辟出一条新的道路。沿着开放与融合的产业发展方向,CLPA正与外部多个组织一道,共同推动建立以TSN为基础的工业互联网络环境;而在运动控制领域,CLPA也将积极与业内企业展开合作,协助开发更为丰富的驱动、运动控制产品线阵容,助力加速中国制造业的智能化转型升级进程。

《BOX》资料链接

CC-Link协会(CLPA)是推进开放式网络CC-Link协议家族的全球组织,全面支持合作伙伴开发兼容产品,在全球设立了11家机构和6家一致性测试中心。截至2019年1月底,CC-Link协议家族通过认证的兼容产品约1904种,会员单位发展至3458家。标准活动不断取得进步,其中2017年CC-LinkIE获得GB/T33537.1-3-2017,2018年2月CC-LinkIESafety获得GB/Z37085-2018。未来,CC-Link协会将积极推进CC-LinkIETSN普及和标准化。

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