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媒体视角 | 从背景到未来,一文了解CC-Link IE TSN

2020-07-31 10:21 来源:CC-Link(CLPA) 评0 0

受访人:

CC-Link协会全球事务局长 川副真生

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当今的制造业,随着用户需求的多样化和复杂化,需要实现万物互联并最大限度地利用各种数据,以实现能自主进行最优化制造的“智慧工厂”。为此,CC-Link协会(CLPA)于2018年11月正式发布了CC-Link IE的次世代网络,即崭新的工业开放网络“CC-Link IE TSN”技术规范。

该网络在全球率先采用了标准以太网的扩展技术“TSN(Time Sensitive Networking)——时间敏感网络”。TSN技术正在制定IEEE国际标准,同时各家工业开放式网络也在探讨如何将其融入。

以往的标准以太网通信无法实现在同一链路上同时进行控制通信(确保实时性)和信息通信(非实时性通信),现在使用TSN技术中的时间分割通信方式就可以实现。另外,采用了高效的通信协议方式进一步强化了CC-Link IE的性能及功能,同时也实现了高速度和高精度的运动控制。实现了“FA与IT的融合”和“高速度.高精度控制” 的CC-Link IE TSN网络加快IoT智慧工厂的建设步伐。

从CC-Link IE TSN的网络规范发布至2020年4月,一年半时间已有100多种兼容产品在开发中或已经在市场销售,2020年将正式步入市场应用阶段。

CC-Link IE TSN的发布背景

实现智慧工厂,实时收集生产现场的数据,在通过边缘电脑进行技术处理后再无缝传输到IT系统至关重要。为了有效利用生产现场的数据,既能保证高速、稳定的通信控制又能向IT系统传输大容量信息的网络不可或缺。也就是生产现场的工业网络和IT系统网络的融合尤为重要。

目前生产现场使用着各种工业网络,却也面临着一些课题,如转换器、网络配线等建网产品不同的标准、为了保证通信的实时性各种网络也采用了不同的规范,同时IT网络与工业网络之间也存在网线和设备无法共享等课题。而且,为了实现智慧工厂,要求通过装置和设备的高性能化和高功能化提高生产效率,高水准的运动控制网络也成为必要,特别是在半导体、新能源锂电池制造等行业,这类需求尤为显著。

CC-Link IE TSN网络正是能够满足这些需求。它继承了现有CC-Link IE网络的特点,同时采用了TSN技术中的时间分割保证了实时性,并真正实现在同一链路上传输多种不同规范的网络数据。同时通过有效的网络协议,实现了高速度和高精度的运动控制。由此,CC-Link IE TSN可以突破从上位的IT系统到生产现场的FA系统的网络层次束缚实现一网到底,使扩展制造业的各种应用成为了无限可能。

CC-Link IE TSN的优势

CC-Link IE TSN具有以下4个主要特点:

(1)FA(控制通信)和IT(信息通信)的融合

在进行确保实时性的控制通信的同时,可在同一链路上传输其他开放式网络的通信信息、IT系统通信信息,提高了系统构成的自由度,大幅度削减配线成本。

(2)高速度、高精度控制的实现

CC-Link IE TSN采用了在链路上的时间同步,实现在固定时间段内同时发送输入和输出的通信帧,由此大幅度削减了网络整体的循环数据的更新时间。而且,在同一链路中可以使用不同通信周期的设备,即在维持伺服放大器等需要高性能通信周期的设备性能的同时,可连接远程I/O等不需要高速通信周期的设备。因此能根据各种设备的特性实现通信周期的最优化、驱动控制性能的最大化,并缩短生产节拍时间。

(3)上线、运营、保全工时的削减

采用TSN规定的时间同步协议,CC-Link IE TSN对应的设备可补正设备间的时间差异,进行高精度的时间同步。因主站和从站的各自时间戳均以微秒为单位进行校对,所以在网络发生异常、解析运行记录时,可以按照正确的时间排序追溯发生异常前的历史事件,由此能查明故障原因并尽快排除故障恢复系统。而且,也实现了向IT系统提供具备正确时间属性的生产现场信息。这样,用户通过使用AI人工智能)数据解析应用工具等进行预测保全时,其精度可以得到进一步的提高。

(4)通过丰富的开发方式实现对应产品量的扩充

CC-Link IE TSN不仅可以用硬件,也可以使用软件进行开发。在采用ASIC、FPGA实现高速控制的开发方式的基础上,增加了在标准以太网芯片上用软件协议栈的方式开发主站及从站产品的方法。通信速度也在原有的1Gbps基础上,增加了对应100Mbps的选择项。通过如此多样化的开发方式,各种设备对应CC-Link IE TSN就变得更加简单,而丰富的对应产品也将为用户带来便利和效益。

未来发展方向

在智慧工厂时代,工业网络的作用日益重要,为了进一步扩大其应用领域,我们正在推进以下相关技术的开发和应用。

(1)用于智慧工厂的5G等无线技术的采用进一步实现效率化

当今网络系统使用无线技术的要求日益强烈,CLPA于2019年6月与相关合作企业共同成立了“无线对应工作组”,推进应用从现有的Wi-Fi到未来的5G等无线技术。

(2)加强互联互通性

至今,CLPA积极与OPC Foundation、PI组织(ProfibusInternational)、FDT Group(DTM技术)等规范/标准团体开展着公开的合作,今后将通过TSN技术进一步强化与其他工业开放网络的互联互通相关合作,共同实现最大限度地利用万物互连的信息数据。

(3)国际标准、行业标准、国家标准等标准化活动推进

继CC-Link IE已取得的IEC61784国际标准外,还将推进在半导体、FPD行业的全球行业标准SEMI、中国、韩国等各国的国家标准等的申请认证。

(4)光纤的使用对应

为了对应长距离使用以及在耐高噪音的领域的应用,CLPA也正在加速网络的光纤对应。今年正值CLPA成立20周年,我们将与所有的客户和合作伙伴一起,加速推进工业开放式网络CC-Link IE TSN的发展,使其成为构建自主制造的“智慧工厂”的最优化网络基盘。

--本文摘自《自动化博览》2020年5月刊

 

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