CC-Link協(xié)會(huì )全球事務(wù)局長(cháng)川副真生

1 前言

當今的制造業(yè)，隨著(zhù)用戶(hù)需求的多樣化和復雜化，需要實(shí)現萬(wàn)物互聯(lián)并最大限度地利用各種數據，以實(shí)現能自主進(jìn)行最優(yōu)化制造的“智慧工廠(chǎng)”。

為此，CC-Link協(xié)會(huì )（CLPA）于2018年11月正式發(fā)布了CC-Link IE的次世代網(wǎng)絡(luò )，即嶄新的工業(yè)開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )“CC-Link IE TSN”技術(shù)規范。

該網(wǎng)絡(luò )在全球率先采用了標準以太網(wǎng)的擴展技術(shù)“TSN（Time Sensitive Networking）——時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )”。TSN技術(shù)正在制定IEEE國際標準，同時(shí)各家工業(yè)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )也在探討如何將其融入。

以往的標準以太網(wǎng)通信無(wú)法實(shí)現在同一鏈路上同時(shí)進(jìn)行控制通信（確保實(shí)時(shí)性）和信息通信（非實(shí)時(shí)性通信），現在使用TSN技術(shù)中的時(shí)間分割通信方式就可以實(shí)現。另外，采用了高效的通信協(xié)議方式進(jìn)一步強化了CC-Link IE的性能及功能，同時(shí)也實(shí)現了高速度和高精度的運動(dòng)控制。

實(shí)現了“FA與IT的融合”和“高速度.高精度控制” 的CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò )加快IoT智慧工廠(chǎng)的建設步伐。

從CC-Link IE TSN的網(wǎng)絡(luò )規范發(fā)布至2020年4月，一年半時(shí)間已有100多種兼容產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)中或已經(jīng)在市場(chǎng)銷(xiāo)售，2020年將正式步入市場(chǎng)應用階段。

2 CC-Link IE TSN的發(fā)布背景

實(shí)現智慧工廠(chǎng)，實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)現場(chǎng)的數據，在通過(guò)邊緣電腦進(jìn)行技術(shù)處理后再無(wú)縫傳輸到IT系統至關(guān)重要。為了有效利用生產(chǎn)現場(chǎng)的數據，既能保證高速、穩定的通信控制又能向IT系統傳輸大容量信息的網(wǎng)絡(luò )不可或缺。也就是生產(chǎn)現場(chǎng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )和IT系統網(wǎng)絡(luò )的融合尤為重要。

目前生產(chǎn)現場(chǎng)使用著(zhù)各種工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，卻也面臨著(zhù)一些課題，如轉換器、網(wǎng)絡(luò )配線(xiàn)等建網(wǎng)產(chǎn)品不同的標準、為了保證通信的實(shí)時(shí)性各種網(wǎng)絡(luò )也采用了不同的規范，同時(shí)IT網(wǎng)絡(luò )與工業(yè)網(wǎng)絡(luò )之間也存在網(wǎng)線(xiàn)和設備無(wú)法共享等課題。而且，為了實(shí)現智慧工廠(chǎng)，要求通過(guò)裝置和設備的高性能化和高功能化提高生產(chǎn)效率，高水準的運動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò )也成為必要，特別是在半導體、新能源鋰電池制造等行業(yè)，這類(lèi)需求尤為顯著(zhù)。

CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò )正是能夠滿(mǎn)足這些需求。它繼承了現有CC-Link IE網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)，同時(shí)采用了TSN技術(shù)中的時(shí)間分割保證了實(shí)時(shí)性，并真正實(shí)現在同一鏈路上傳輸多種不同規范的網(wǎng)絡(luò )數據。同時(shí)通過(guò)有效的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，實(shí)現了高速度和高精度的運動(dòng)控制。由此，CC-Link IE TSN可以突破從上位的IT系統到生產(chǎn)現場(chǎng)的FA系統的網(wǎng)絡(luò )層次束縛實(shí)現一網(wǎng)到底，使擴展制造業(yè)的各種應用成為了無(wú)限可能。

3 CC-Link IE TSN的優(yōu)勢

CC-Link IE TSN具有以下4個(gè)主要特點(diǎn)：

（1）FA（控制通信）和IT（信息通信）的融合

在進(jìn)行確保實(shí)時(shí)性的控制通信的同時(shí)，可在同一鏈路上傳輸其他開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )的通信信息、IT系統通信信息，提高了系統構成的自由度，大幅度削減配線(xiàn)成本。

（2）高速度、高精度控制的實(shí)現

CC-Link IE TSN采用了在鏈路上的時(shí)間同步，實(shí)現在固定時(shí)間段內同時(shí)發(fā)送輸入和輸出的通信幀，由此大幅度削減了網(wǎng)絡(luò )整體的循環(huán)數據的更新時(shí)間。而且，在同一鏈路中可以使用不同通信周期的設備，即在維持伺服放大器等需要高性能通信周期的設備性能的同時(shí)，可連接遠程I/O等不需要高速通信周期的設備。因此能根據各種設備的特性實(shí)現通信周期的最優(yōu)化、驅動(dòng)控制性能的最大化，并縮短生產(chǎn)節拍時(shí)間。

（3）上線(xiàn)、運營(yíng)、保全工時(shí)的削減

采用TSN規定的時(shí)間同步協(xié)議，CC-Link IE TSN對應的設備可補正設備間的時(shí)間差異，進(jìn)行高精度的時(shí)間同步。

因主站和從站的各自時(shí)間戳均以微秒為單位進(jìn)行校對，所以在網(wǎng)絡(luò )發(fā)生異常、解析運行記錄時(shí)，可以按照正確的時(shí)間排序追溯發(fā)生異常前的歷史事件，由此能查明故障原因并盡快排除故障恢復系統。

而且，也實(shí)現了向IT系統提供具備正確時(shí)間屬性的生產(chǎn)現場(chǎng)信息。這樣，用戶(hù)通過(guò)使用AI（人工智能）數據解析應用工具等進(jìn)行預測保全時(shí)，其精度可以得到進(jìn)一步的提高。

（4）通過(guò)豐富的開(kāi)發(fā)方式實(shí)現對應產(chǎn)品量的擴充

CC-Link IE TSN不僅可以用硬件，也可以使用軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在采用ASIC、FPGA實(shí)現高速控制的開(kāi)發(fā)方式的基礎上，增加了在標準以太網(wǎng)芯片上用軟件協(xié)議棧的方式開(kāi)發(fā)主站及從站產(chǎn)品的方法。通信速度也在原有的1Gbps基礎上，增加了對應100Mbps的選擇項。

通過(guò)如此多樣化的開(kāi)發(fā)方式，各種設備對應CC-Link IE TSN就變得更加簡(jiǎn)單，而豐富的對應產(chǎn)品也將為用戶(hù)帶來(lái)便利和效益。

4 未來(lái)發(fā)展方向

在智慧工廠(chǎng)時(shí)代，工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的作用日益重要，為了進(jìn)一步擴大其應用領(lǐng)域，我們正在推進(jìn)以下相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應用。

（1）用于智慧工廠(chǎng)的5G等無(wú)線(xiàn)技術(shù)的采用進(jìn)一步實(shí)現效率化

當今網(wǎng)絡(luò )系統使用無(wú)線(xiàn)技術(shù)的要求日益強烈，CLPA于2019年6月與相關(guān)合作企業(yè)共同成立了“無(wú)線(xiàn)對應工作組”，推進(jìn)應用從現有的Wi-Fi到未來(lái)的5G等無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

（2）加強互聯(lián)互通性

至今，CLPA積極與OPC Foundation、PI組織（ProfibusInternational）、FDT Group（DTM技術(shù)）等規范/標準團體開(kāi)展著(zhù)公開(kāi)的合作，今后將通過(guò)TSN技術(shù)進(jìn)一步強化與其他工業(yè)開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)互通相關(guān)合作，共同實(shí)現最大限度地利用萬(wàn)物互連的信息數據。

（3）國際標準、行業(yè)標準、國家標準等標準化活動(dòng)推進(jìn)

繼CC-Link IE已取得的IEC61784國際標準外，還將推進(jìn)在半導體、FPD行業(yè)的全球行業(yè)標準SEMI、中國、韓國等各國的國家標準等的申請認證。

（4）光纖的使用對應

為了對應長(cháng)距離使用以及在耐高噪音的領(lǐng)域的應用，CLPA也正在加速網(wǎng)絡(luò )的光纖對應。

今年正值CLPA成立20周年，我們將與所有的客戶(hù)和合作伙伴一起，加速推進(jìn)工業(yè)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )CC-Link IE TSN的發(fā)展，使其成為構建自主制造的“智慧工廠(chǎng)”的最優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )基盤(pán)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年5月刊