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廣州虹科電子科技有限公司工業(yè)控制事業(yè)部江麗鳳

隨著機(jī)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)注的話題，賦予了工業(yè)更高的要求，驅(qū)動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化的數(shù)字化變革，為工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)制造帶來(lái)新機(jī)遇。2021年，面對(duì)新冠疫情、半導(dǎo)體芯片短缺等復(fù)雜嚴(yán)峻的環(huán)境和諸多風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，虹科電子工業(yè)通訊互聯(lián)技術(shù)——CAN接口卡、總線協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊（網(wǎng)關(guān)）、總線協(xié)議板卡、總線協(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(dǎo)體行業(yè)、光伏風(fēng)電等行業(yè)發(fā)展。虹科已實(shí)現(xiàn)了在數(shù)字化變革上的良好開(kāi)局，基于TSN和OPC UA兩大標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)證與芯片制造，且升級(jí)推出12端口1G TSN交換機(jī)和10G TSN IP解決方案，致力于構(gòu)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

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，提高工廠生產(chǎn)效率的需求日漸增強(qiáng)。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在工廠的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)，連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量，比如制造設(shè)備等，也在迅速增加。提供高效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(jī)器人、半導(dǎo)體生產(chǎn)、數(shù)控機(jī)床、光伏與風(fēng)電以及過(guò)程控制等。

EtherCAT是一項(xiàng)高性能、低成本、應(yīng)用簡(jiǎn)單、拓?fù)潇`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(tǒng)限制：通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)，無(wú)需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過(guò)程數(shù)據(jù)復(fù)制到各個(gè)設(shè)備。其關(guān)鍵工作原理在于其節(jié)點(diǎn)對(duì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的處理：在數(shù)據(jù)幀向下游傳輸?shù)倪^(guò)程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)讀取尋址到該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并將它的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)幀就足以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)刷新，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)無(wú)需使用交換機(jī)或集線器，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?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，可應(yīng)用于安全等級(jí)較高的危險(xiǎn)場(chǎng)合。虹科推出了一款EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)總線接口，集成數(shù)字量輸入和輸出的混合I/O模塊，可以為更高層級(jí)的EtherCAT主站控制器提供理想通道。半導(dǎo)體生產(chǎn)制造中，常常有著許多閥島、驅(qū)動(dòng)器、傳感器和氣控或電控設(shè)備，HK-MXB I/O模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)信號(hào)的采集、控制或遠(yuǎn)程維護(hù)。

虹科HK-MXB

工控機(jī)，為實(shí)現(xiàn)智能化工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用提供平臺(tái)基礎(chǔ)

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的持續(xù)推廣，工控機(jī)產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。工控機(jī)作為一種加固的增強(qiáng)型個(gè)人計(jì)算機(jī)。通俗地講，即專門為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。在工控機(jī)行業(yè)中，緊湊型工控機(jī)越來(lái)越流行，與其他工控機(jī)相比，這類工控機(jī)的體積更小，在充分考慮對(duì)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(duì)功能、可靠性、成本、體積及功耗都有嚴(yán)格要求的工業(yè)系統(tǒng)。為此，虹科推出了BM系列緊湊型工控機(jī)來(lái)滿足市場(chǎng)的需求。以尺寸最小的BM100為例，該型號(hào)的尺寸只有100×100×39.4mm，可以選擇采用書本式、壁掛式和DIN導(dǎo)軌安裝，十分適合空間有限的工業(yè)系統(tǒng)。此外，BM系列工控機(jī)均采用無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，排熱效率高，能夠保障工控機(jī)設(shè)備可靠穩(wěn)定運(yùn)行，并且集成了虹科的UBIQUITY遠(yuǎn)程協(xié)助軟件，能夠通過(guò)端到端VPN連接提供遠(yuǎn)程協(xié)助服務(wù)。

虹科BM100工控機(jī)

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(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展，而數(shù)字化工廠對(duì)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)）是專門為滿足這些要求而設(shè)計(jì)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(xiàng)新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)全面的TSN網(wǎng)絡(luò)并在真實(shí)場(chǎng)景中驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)，為工業(yè)自動(dòng)化、汽車、鐵路、航空航天和國(guó)防等領(lǐng)域的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的測(cè)試和驗(yàn)證提供完整、靈活和強(qiáng)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(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的TSN機(jī)制的性能所需的測(cè)試工具。

虹科RELY-TSN-KIT，是一個(gè)入門套件，包含1個(gè)TSN網(wǎng)卡（RELY-TSN-PCIe），1個(gè)TSN交換機(jī)（RELY-TSN-BRIDGE），1個(gè)TSN流量生成器（RELY-TSN-GEN），和1個(gè)演示應(yīng)用程序，用于評(píng)估上述TSN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這里的TSN網(wǎng)卡和TSN交換機(jī)組合，允許用戶實(shí)現(xiàn)靈活的測(cè)試平臺(tái)，利用TSN網(wǎng)卡，對(duì)通過(guò)PCIe接口接收的應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以便將其注入TSN網(wǎng)絡(luò)中。因此，COTS或傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)可作為TSN設(shè)備運(yùn)行，而TSN流量生成器，作為對(duì)這些設(shè)備的補(bǔ)充，可用于傳輸高達(dá)3Gbps的擁塞流量，以驗(yàn)證TSN技術(shù)在最壞情況下的性能。

如果沒(méi)有能夠測(cè)量傳輸?shù)絋SN網(wǎng)絡(luò)的流量延遲的測(cè)試工具，這些測(cè)試平臺(tái)仍然不完整。虹科RELY-TSN-LAB是一種實(shí)現(xiàn)流量時(shí)間戳、錯(cuò)誤注入或延遲計(jì)算的測(cè)試工具，可以滿足這一需求。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(nèi)部256GB硬盤中，具有優(yōu)化過(guò)濾功能。數(shù)據(jù)保存在PCAP文件中，可以從遠(yuǎn)程位置同時(shí)訪問(wèn)，并且可以使用Wireshark等標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序打開(kāi)。

虹科TSN應(yīng)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(jī)，為終端用戶提供最大的靈活性，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(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)CNC配置，或通過(guò)Netconf通信實(shí)現(xiàn)YANG模型化配置文件的任何其他第三方配置系統(tǒng)進(jìn)行集中配置。此外，該設(shè)備還包括其他有價(jià)值的機(jī)制，如支持優(yōu)化的屏蔽和匹配流識(shí)別以及PCP和DSCP優(yōu)先級(jí)；支持IEEE 802.1X安全標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)基于端口的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)控制的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，用于訪問(wèn)控制、預(yù)防DoS攻擊和診斷的端口鏡像。

虹科12端口TSN交換機(jī)

此外，為了滿足不同應(yīng)用下的客戶對(duì)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(jì)劃在今年推出12端口10G TSN交換機(jī)。

OPC UA&OPC UA overTSN，提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)互聯(lián)基礎(chǔ)

隨著工業(yè)4.0、數(shù)字化變革等新的業(yè)務(wù)發(fā)展，語(yǔ)義互操作規(guī)范統(tǒng)一的需求變得尤為迫切，使得OPC UA成為熱點(diǎn)，其提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)互聯(lián)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，為將PROFINET、POWERLINK、EtherCAT、Ethernet/IP、CC-Link IE等不同標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)總線協(xié)議進(jìn)行融合。

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

OPC UA實(shí)時(shí)性并不強(qiáng)，純OPC UA的Server可以做到100毫秒延遲以下，但依然不適用于運(yùn)動(dòng)控制等對(duì)實(shí)時(shí)性高要求的應(yīng)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(yīng)用層的問(wèn)題，而TSN實(shí)際上是為了實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)交互、實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在同一通道中傳輸而開(kāi)發(fā)的新的數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，使得標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)具有傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的能力，讓周期與非周期數(shù)據(jù)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(dú)立于設(shè)備廠商的通信網(wǎng)絡(luò)。在工廠數(shù)據(jù)采集、傳輸與生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，都會(huì)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器狀態(tài)、生產(chǎn)能耗、質(zhì)量相關(guān)、生產(chǎn)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集，TSN+OPC UA在整體上使得在工廠的各個(gè)環(huán)節(jié)的橫向與縱向數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了透明交互，并且配置效率更高，程序與應(yīng)用模塊化更強(qiáng)。

未來(lái)已來(lái)，作為鏈條最全、方案最豐富，且兼?zhèn)浼夹g(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