廣州虹科電子科技有限公司工業(yè)控制事業(yè)部江麗鳳

隨著(zhù)機器人、人工智能的升溫，工業(yè)4.0成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域最受關(guān)注的話(huà)題，賦予了工業(yè)更高的要求，驅動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化的數字化變革，為工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)制造帶來(lái)新機遇。2021年，面對新冠疫情、半導體芯片短缺等復雜嚴峻的環(huán)境和諸多風(fēng)險挑戰，虹科電子工業(yè)通訊互聯(lián)技術(shù)——CAN接口卡、總線(xiàn)協(xié)議轉換模塊（網(wǎng)關(guān)）、總線(xiàn)協(xié)議板卡、總線(xiàn)協(xié)議開(kāi)發(fā)等解決方案取得積極進(jìn)展，更新推出了EtherCAT協(xié)議MXB IO系列，提供技術(shù)服務(wù)助力半導體行業(yè)、光伏風(fēng)電等行業(yè)發(fā)展。虹科已實(shí)現了在數字化變革上的良好開(kāi)局，基于TSN和OPC UA兩大標準的解決方案正在加速推進(jìn)，服務(wù)于工業(yè)制造業(yè)、防務(wù)等行業(yè)的TSN驗證與芯片制造，且升級推出12端口1G TSN交換機和10G TSN IP解決方案，致力于構建融合IT和OT技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )。

EtherCAT，使高速率高精度控制成為可能

隨著(zhù)工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，提高工廠(chǎng)生產(chǎn)效率的需求日漸增強。數據網(wǎng)絡(luò )在工廠(chǎng)的應用越來(lái)越廣泛，同時(shí)，連接到網(wǎng)絡(luò )的設備數量，比如制造設備等，也在迅速增加。提供高效數據轉換的EtherCAT使高速率高精度控制成為可能，十分適用于需要高速率和高精度控制的領(lǐng)域，如工業(yè)機器人、半導體生產(chǎn)、數控機床、光伏與風(fēng)電以及過(guò)程控制等。

EtherCAT是一項高性能、低成本、應用簡(jiǎn)單、拓撲靈活且開(kāi)源的確定性工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。該技術(shù)突破了其他以太網(wǎng)解決方案的系統限制：通過(guò)該項技術(shù)，無(wú)需接收以太網(wǎng)數據包，將其解碼，之后再將過(guò)程數據復制到各個(gè)設備。其關(guān)鍵工作原理在于其節點(diǎn)對以太網(wǎng)數據幀的處理：在數據幀向下游傳輸的過(guò)程中，每個(gè)節點(diǎn)讀取尋址到該節點(diǎn)的數據，并將它的數據寫(xiě)入數據幀。這種傳輸方式提高了帶寬利用率，使得每個(gè)周期通常用一個(gè)數據幀就足以實(shí)現整個(gè)系統的數據刷新，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò )無(wú)需使用交換機或集線(xiàn)器，從而確保了實(shí)時(shí)操作并避免延遲。

由于EtherCAT的通訊速率高、通訊質(zhì)量好、通訊介質(zhì)廣、網(wǎng)絡(luò )拓撲結構靈活，可應用于安全等級較高的危險場(chǎng)合。虹科推出了一款EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)接口，集成數字量輸入和輸出的混合I/O模塊，可以為更高層級的EtherCAT主站控制器提供理想通道。半導體生產(chǎn)制造中，常常有著(zhù)許多閥島、驅動(dòng)器、傳感器和氣控或電控設備，HK-MXB I/O模塊可以實(shí)現對相應信號的采集、控制或遠程維護。

虹科HK-MXB

工控機，為實(shí)現智能化工業(yè)自動(dòng)化應用提供平臺基礎

近年來(lái)，隨著(zhù)計算機、通信和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的持續推廣，工控機產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。工控機作為一種加固的增強型個(gè)人計算機。通俗地講，即專(zhuān)門(mén)為工業(yè)現場(chǎng)而設計的計算機，可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。在工控機行業(yè)中，緊湊型工控機越來(lái)越流行，與其他工控機相比，這類(lèi)工控機的體積更小，在充分考慮對外接口的前提下十分注重安裝空間的合理利用，因而十分適用于對功能、可靠性、成本、體積及功耗都有嚴格要求的工業(yè)系統。為此，虹科推出了BM系列緊湊型工控機來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求。以尺寸最小的BM100為例，該型號的尺寸只有100×100×39.4mm，可以選擇采用書(shū)本式、壁掛式和DIN導軌安裝，十分適合空間有限的工業(yè)系統。此外，BM系列工控機均采用無(wú)風(fēng)扇設計，排熱效率高，能夠保障工控機設備可靠穩定運行，并且集成了虹科的UBIQUITY遠程協(xié)助軟件，能夠通過(guò)端到端VPN連接提供遠程協(xié)助服務(wù)。

虹科BM100工控機

TSN，推動(dòng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )IT/OT融合

目前工業(yè)制造正在往數字化、網(wǎng)絡(luò )化和智能化方向發(fā)展，而數字化工廠(chǎng)對通信的互操作性和簡(jiǎn)單性要求更高。TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )）是專(zhuān)門(mén)為滿(mǎn)足這些要求而設計的新一代以太網(wǎng)技術(shù)，推動(dòng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )中的IT/OT的融合。

目前大家主要關(guān)注的是如何使用這項新技術(shù)來(lái)實(shí)現全面的TSN網(wǎng)絡(luò )并在真實(shí)場(chǎng)景中驗證其性能？虹科推出TSN解決方案，支持IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1Qav、IEEE 802.1CB、IEEE 8802.1Qci、IEEE 802.1Qbu&IEEE 802.3br、IEEE 802.1Qcc、IEEE 802.1w、IEEE 802.1AB等多種標準，為工業(yè)自動(dòng)化、汽車(chē)、鐵路、航空航天和國防等領(lǐng)域的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的測試和驗證提供完整、靈活和強大的解決方案，包括實(shí)施TSN網(wǎng)絡(luò )骨干網(wǎng)的所有元素，以及將作為talker和listener的端點(diǎn)，以及更深入地了解系統中實(shí)現的TSN機制的性能所需的測試工具。

虹科RELY-TSN-KIT，是一個(gè)入門(mén)套件，包含1個(gè)TSN網(wǎng)卡（RELY-TSN-PCIe），1個(gè)TSN交換機（RELY-TSN-BRIDGE），1個(gè)TSN流量生成器（RELY-TSN-GEN），和1個(gè)演示應用程序，用于評估上述TSN相關(guān)標準。這里的TSN網(wǎng)卡和TSN交換機組合，允許用戶(hù)實(shí)現靈活的測試平臺，利用TSN網(wǎng)卡，對通過(guò)PCIe接口接收的應用數據進(jìn)行處理，以便將其注入TSN網(wǎng)絡(luò )中。因此，COTS或傳統計算機可作為T(mén)SN設備運行，而TSN流量生成器，作為對這些設備的補充，可用于傳輸高達3Gbps的擁塞流量，以驗證TSN技術(shù)在最壞情況下的性能。

如果沒(méi)有能夠測量傳輸到TSN網(wǎng)絡(luò )的流量延遲的測試工具，這些測試平臺仍然不完整。虹科RELY-TSN-LAB是一種實(shí)現流量時(shí)間戳、錯誤注入或延遲計算的測試工具，可以滿(mǎn)足這一需求。此外，為了進(jìn)行更深入的分析，虹科RELY-TSN-REC時(shí)間戳和記錄在內部256GB硬盤(pán)中，具有優(yōu)化過(guò)濾功能。數據保存在PCAP文件中，可以從遠程位置同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)，并且可以使用Wireshark等標準應用程序打開(kāi)。

虹科TSN應用解決方案

最近， 虹科還推出了一款1 2 端口的新型1 GTSN交換機，為終端用戶(hù)提供最大的靈活性，支持IEEE 802.1AS 2020、IEEE 802.1Qbv、IEEE802.1Qav、IEEE 802.1CB、IEEE 802.1Qci、IEEE802.1Qbu & IEEE 802.3br、IEEE 802.1Qcc等TSN標準，可通過(guò)CNC配置，或通過(guò)Netconf通信實(shí)現YANG模型化配置文件的任何其他第三方配置系統進(jìn)行集中配置。此外，該設備還包括其他有價(jià)值的機制，如支持優(yōu)化的屏蔽和匹配流識別以及PCP和DSCP優(yōu)先級；支持IEEE 802.1X安全標準，該標準是一個(gè)基于端口的網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)控制的IEEE標準，用于訪(fǎng)問(wèn)控制、預防DoS攻擊和診斷的端口鏡像。

虹科12端口TSN交換機

此外，為了滿(mǎn)足不同應用下的客戶(hù)對于端口速率的更高要求和網(wǎng)絡(luò )功能的更高需求，虹科推出了10G TSN IP開(kāi)發(fā)方案，并計劃在今年推出12端口10G TSN交換機。

OPC UA&OPC UA overTSN，提供了統一的數據互聯(lián)基礎

隨著(zhù)工業(yè)4.0、數字化變革等新的業(yè)務(wù)發(fā)展，語(yǔ)義互操作規范統一的需求變得尤為迫切，使得OPC UA成為熱點(diǎn)，其提供了統一的數據互聯(lián)基礎標準與規范，為將PROFINET、POWERLINK、EtherCAT、Ethernet/IP、CC-Link IE等不同標準的工業(yè)總線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行融合。

OPC UA技術(shù)是新一代的OPC標準，解決了除Windows外的操作系統不能夠使用OPC通信的限制，得益于基于面向服務(wù)的架構，可以在不同的平臺和操作系統（或是裸跑）上實(shí)現OPC通信，如PC端、手機端、嵌入式設備等，使用起來(lái)更加簡(jiǎn)便。其目的是為工廠(chǎng)和企業(yè)之間的數據和信息傳遞提供一個(gè)和平臺無(wú)關(guān)的互操作標準，從而打通工業(yè)通訊各個(gè)層級——從現場(chǎng)級、工廠(chǎng)級到企業(yè)級，都可以使用OPC UA的通信方式將數據進(jìn)行層層傳遞。通過(guò)單一端口進(jìn)行通信及其標準安全協(xié)議，為數據的安全性提供了有力保障。

OPC UA實(shí)時(shí)性并不強，純OPC UA的Server可以做到100毫秒延遲以下，但依然不適用于運動(dòng)控制等對實(shí)時(shí)性高要求的應用場(chǎng)景，因此OPC UA overTSN為解決網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)和確定性和面向未來(lái)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)而生。

OPC UA主要解決應用層的問(wèn)題，而TSN實(shí)際上是為了實(shí)現異構數據交互、實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)數據在同一通道中傳輸而開(kāi)發(fā)的新的數據鏈路層標準，使得標準以太網(wǎng)具有傳輸實(shí)時(shí)數據的能力，讓周期與非周期數據在同一網(wǎng)絡(luò )中傳輸，大大簡(jiǎn)化了集成工作量并且變得更加簡(jiǎn)單。所謂OPC UA over TSN就是基于TSN的OPC UA，這一組合提供了一個(gè)實(shí)時(shí)、高確定性并真正獨立于設備廠(chǎng)商的通信網(wǎng)絡(luò )。在工廠(chǎng)數據采集、傳輸與生產(chǎn)運營(yíng)中，都會(huì )需要對現場(chǎng)的機器狀態(tài)、生產(chǎn)能耗、質(zhì)量相關(guān)、生產(chǎn)相關(guān)參數進(jìn)行采集，TSN+OPC UA在整體上使得在工廠(chǎng)的各個(gè)環(huán)節的橫向與縱向數據實(shí)現了透明交互，并且配置效率更高，程序與應用模塊化更強。

未來(lái)已來(lái)，作為鏈條最全、方案最豐富，且兼備技術(shù)服務(wù)落地的通信技術(shù)資源整合商，虹科電子服務(wù)的行業(yè)客戶(hù)已經(jīng)超過(guò)1000家，虹科工程師們一直在萬(wàn)物互聯(lián)的潮流中扮演著(zhù)如高速公路般的連接作用，這是我們的使命，也是我們的自豪！

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年5月刊