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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

隨著機器人、人工智能的升溫，工業(yè)4.0成為工業(yè)自動化領(lǐng)域最受關(guān)注的話題，賦予了工業(yè)更高的要求，驅(qū)動了工業(yè)自動化的數(shù)字化變革，為工業(yè)自動化和工業(yè)制造帶來新機遇。2021年，面對新冠疫情、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)議開發(fā)等解決方案取得積極進展，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。虹科已實現(xiàn)了在數(shù)字化變革上的良好開局，基于TSN和OPC UA兩大標(biāo)準(zhǔn)的解決方案正在加速推進，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(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時代的到來，提高工廠生產(chǎn)效率的需求日漸增強。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在工廠的應(yīng)用越來越廣泛，同時，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)機器人、半導(dǎo)體生產(chǎn)、數(shù)控機床、光伏與風(fēng)電以及過程控制等。

EtherCAT是一項高性能、低成本、應(yīng)用簡單、拓撲靈活且開源的確定性工業(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：通過該項技術(shù)，無需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過程數(shù)據(jù)復(fù)制到各個設(shè)備。其關(guān)鍵工作原理在于其節(jié)點對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的處理：在數(shù)據(jù)幀向下游傳輸?shù)倪^程中，每個節(jié)點讀取尋址到該節(jié)點的數(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，使得每個周期通常用一個數(shù)據(jù)幀就足以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)刷新，同時，網(wǎng)絡(luò)無需使用交換機或集線器，從而確保了實時操作并避免延遲。

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(jié)構(gòu)靈活，可應(yīng)用于安全等級較高的危險場合。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)動器、傳感器和氣控或電控設(shè)備，HK-MXB I/O模塊可以實現(xiàn)對相應(yīng)信號的采集、控制或遠程維護。

虹科HK-MXB

工控機，為實現(xiàn)智能化工業(yè)自動化應(yīng)用提供平臺基礎(chǔ)

近年來，隨著計算機、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的持續(xù)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人計算機。通俗地講，即專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的計算機，可以作為一個工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。在工控機行業(yè)中，緊湊型工控機越來越流行，與其他工控機相比，這類工控機的體積更小，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(yán)格要求的工業(yè)系統(tǒng)。為此，虹科推出了BM系列緊湊型工控機來滿足市場的需求。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系列工控機均采用無風(fēng)扇設(shè)計，排熱效率高，能夠保障工控機設(shè)備可靠穩(wěn)定運行，并且集成了虹科的UBIQUITY遠程協(xié)助軟件，能夠通過端到端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)字化工廠對通信的互操作性和簡單性要求更高。TSN（時間敏感網(wǎng)絡(luò)）是專門為滿足這些要求而設(shè)計的新一代以太網(wǎng)技術(shù)，推動工業(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)來實現(xiàn)全面的TSN網(wǎng)絡(luò)并在真實場景中驗證其性能？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(biāo)準(zhǔn)，為工業(yè)自動化、汽車、鐵路、航空航天和國防等領(lǐng)域的時間敏感網(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，以及更深入地了解系統(tǒng)中實現(xiàn)的TSN機制的性能所需的測試工具。

虹科RELY-TSN-KIT，是一個入門套件，包含1個TSN網(wǎng)卡（RELY-TSN-PCIe），1個TSN交換機（RELY-TSN-BRIDGE），1個TSN流量生成器（RELY-TSN-GEN），和1個演示應(yīng)用程序，用于評估上述TSN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這里的TSN網(wǎng)卡和TSN交換機組合，允許用戶實現(xiàn)靈活的測試平臺，利用TSN網(wǎng)卡，對通過PCIe接口接收的應(yīng)用數(shù)據(jù)進行處理，以便將其注入TSN網(wǎng)絡(luò)中。因此，COTS或傳統(tǒng)計算機可作為TSN設(shè)備運行，而TSN流量生成器，作為對這些設(shè)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。

如果沒有能夠測量傳輸?shù)絋SN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是一種實現(xiàn)流量時間戳、錯誤注入或延遲計算的測試工具，可以滿足這一需求。此外，為了進行更深入的分析，虹科RELY-TSN-REC時間戳和記錄在內(nèi)部256GB硬盤中，具有優(yōu)化過濾功能。數(shù)據(jù)保存在PCAP文件中，可以從遠程位置同時訪問，并且可以使用Wireshark等標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序打開。

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，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CNC配置，或通過Netconf通信實現(xiàn)YANG模型化配置文件的任何其他第三方配置系統(tǒng)進行集中配置。此外，該設(shè)備還包括其他有價值的機制，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(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是一個基于端口的網(wǎng)絡(luò)訪問控制的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，用于訪問控制、預(yù)防DoS攻擊和診斷的端口鏡像。

虹科12端口TSN交換機

此外，為了滿足不同應(yīng)用下的客戶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(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，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)，可以在不同的平臺和操作系統(tǒng)（或是裸跑）上實現(xiàn)OPC通信，如PC端、手機端、嵌入式設(shè)備等，使用起來更加簡便。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和平臺無關(guān)的互操作標(biāo)準(zhǔn)，從而打通工業(yè)通訊各個層級——從現(xiàn)場級、工廠級到企業(yè)級，都可以使用OPC UA的通信方式將數(shù)據(jù)進行層層傳遞。通過單一端口進行通信及其標(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實時性并不強，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控制等對實時性高要求的應(yīng)用場景，因此OPC UA overTSN為解決網(wǎng)絡(luò)的實時和確定性和面向未來的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而生。

OPC UA主要解決應(yīng)用層的問題，而TSN實際上是為了實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)交互、實時與非實時數(shù)據(jù)在同一通道中傳輸而開發(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)具有傳輸實時數(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，大大簡化了集成工作量并且變得更加簡單。所謂OPC UA over TSN就是基于TSN的OPC UA，這一組合提供了一個實時、高確定性并真正獨立于設(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)運營中，都會需要對現(xiàn)場的機器狀態(tài)、生產(chǎn)能耗、質(zhì)量相關(guān)、生產(chǎn)相關(guān)參數(shù)進行采集，TSN+OPC UA在整體上使得在工廠的各個環(huán)節(jié)的橫向與縱向數(shù)據(jù)實現(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。

未來已來，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1000家，虹科工程師們一直在萬物互聯(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《自動化博覽》2022年5月刊