倍福:打造高效、灵活、安全的工业通讯网络

厂商:德国倍福自动化有限公司
作者:文晓
  点击数:657  发布时间:2020-05-28 10:19
一直以来,工业通讯技术与工业控制系统相伴而生,是工业控制发展的关键技术。当前,随着数字化时代的到来,新型工业制造模式对于工业控制系统提出了新的需求,也同时对于工业通讯技术提出了新的挑战。作为一家技术驱动型公司,从Ethernet传统现场总线到EtherCAT,倍福一直致力为用户打造打造高效、灵活、安全的工业通讯网络。面对新的需求和挑战,倍福将如何融合5G、TSN等新技术,推动面向未来工业通讯网络的创新和发展,本期专题特邀德国倍福公司技术推广经理范斌进行深入解读。
关键词:工业互联网 ,工业通讯技术 ,工业控制系统

一直以来,工业通讯技术与工业控制系统相伴而生,是工业控制发展的关键技术。当前,随着数字化时代的到来,新型工业制造模式对于工业控制系统提出了新的需求,也同时对于工业通讯技术提出了新的挑战。作为一家技术驱动型公司,从Ethernet传统现场总线到EtherCAT,倍福一直致力为用户打造打造高效、灵活、安全的工业通讯网络。面对新的需求和挑战,倍福将如何融合5G、TSN等新技术,推动面向未来工业通讯网络的创新和发展,本期专题特邀德国倍福公司技术推广经理范斌进行深入解读。

自动化博览:近两年倍福在工业通讯技术上的突出创新有哪些?

范斌:倍福敏锐捕捉工控通讯行业中的新技术,并持续跟踪。这包括倍福与EtherCAT技术协会、OPC基金会、TSN、5G相关组织的密切合作。近两年,倍福研发了EtherCAT G/G10,该技术基于EtherCAT,带宽升至千兆和万兆。EtherCAT G主要面向需要更大数据量实时传输的工业控制场合,如视频或者图像文件传输的场景,高端测量测试等场景。该技术是基于EtherCAT技术的创新,主要表现在以下两大方面:首先考虑到EtherCAT技术的一致性的问题,EtherCAT G因为采用完全相同的运行机制,全面兼容EtherCAT技术,因此,现有的EtherCAT产品可以在EtherCAT G的网络中继续使用,并且网络自动适配不同的协议产品;其次,通过分支控制器,EtherCAT G网络的效率相对于EtherCAT可以提升7倍。

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德国倍福公司技术推广经理范斌

自动化博览:对于不同的企业,有其各自的通信技术具体需求,但其本质上是为了实现设备间的互联。众多工业通讯技术,倍福如何以最佳匹配方案推荐给用户?

范斌:倍福有不同的方案适配不同的通信技术需求。设备间的互联有如下几种情况:

(1)控制系统内部的互联。这类需求的要求一般是高效、高精度、灵活性和易诊断。倍福的产品支持各种常见的工业以太网和现场总线协议。倍福的控制器、I/O、伺服驱动器,电机及其它的柔性运动控制输送系统可以自组系统,也可以通过常见的协议链接第三方的设备。

(2)控制器与控制器的互联互通。因为实施了OPC UA,倍福的控制器之间,或者倍福的控制器与第三方控制器之间可以通过OPC UA进行互联互通。

(3)控制器与云的链接。倍福通过TwinCAT IoT和TwinCAT Analysis软件,可以将PLC的数据通过MQTT、AMQP等方式连接到云上,而且可以在云上进行相关的监控、数据存储和数据分析。

(4)因为倍福有I/O耦合器也支持OPC UA,因此,用户可以将来自现场最底层的I/O数据直接通过OPC UA传送到边缘服务器或者云上,而不经过本地的运算。

对于不同的用户需求,倍福的这些方案可以集成匹配,比如可以在同一台控制器上实现所有的互通互联的接口,也可以将每一层采用独立的控制器/边缘服务器实现相应的功能,非常灵活。而这一切便捷高效的选择和切换都是源于倍福基于PC的控制系统。

自动化博览:安全问题在智能制造时代是工业通信需要重点关注的问题,其中包括制造与操作的功能安全与数据存储于处理的信息安全。在这两方面倍福如何考虑?有何举措帮助用户?

范斌:安全问题至关重要。安全分为信息安全security和功能安全safety。

信息安全主要是源于来自外网的恶意攻击,这种攻击通常是利用IP进行传输的,主要的应对方式是增加防火墙等IT方式。倍福公司的EtherCAT系统,因为不采用IP传输,所以在系统内部并没有信息安全的问题。因此当控制系统是一个独立的控制系统而没有任何对外连接的时候,基本不存在经过网络传输的信息安全问题。如果控制系统有对外的IP链接,则需要确保该台控制器已经有足够的防火墙保护。

而功能安全是控制系统的一部分,通过专用的或者集成到通讯中的黑色通道,实现功能安全网络的数据传输,将安全PLC的指令发送到安全设备实现安全保护的功能。对于功能安全,倍福有两种方案可选,一种是传统的独立的功能安全系统,独立的安全PLC通过单独的安全网络链接所有的安全设备;而另一种则是将安全网络集成在了控制通讯网络中,安全PLC通过黑色通道与每一个安全设备进行数据交换,在此使用FSoE(Functional safety over EtherCAT)协议。这样做的好处是安全网络和PLC网络合二为一,降低成本和工程量,甚至节省了空间。

自动化博览:随着5G技术的不断发展,将产生多种实用高效的先进通讯整体解决方案,作为一种远程无线通信技术,您认为5G技术将如何促进智能制造的发展?倍福未来是否会涉猎该项技术?

范斌:倍福是工业物联与自动化5G联盟的创始会员。我们持续跟踪着该技术在工业领域的应用,受华为的邀请合作进行相关测试。5G技术的三个特性非常瞩目,即带宽优势,海量机器通讯,以及高可靠低延迟特性。然而,对于某一个应用来讲,不能同时实现这三个特性。比如,如果需利用其低延迟合可靠性的特性,可能无法获得峰值带宽和用户体验数据速率。目前,我们测试了如下几个场景:

·控制器之间采用5G通讯,实现两个控制系统的同步;

·风机控制系统内部,轮毂和机舱之间的通讯采用5G,从而取代滑环结构;

·港口车辆AGV的远程监控;

·机床的手持设备与机床之间的通讯。

如上的应用分别利用了5G技术的不同特性:第一个应用利用了5G的可靠性和低延迟性;而其他应用利用了其移动性。因此,在工业领域具体的应用中,需要根据应用的需求配合使用。

自动化博览:智能制造时代突出了工业互联网的重要性,工业互联网在各制造领域的拓展也在不断创新,倍福在此方面有何举措?

范斌:工业互联网对于制造业的重要性主要体现在如下几个方面:更高效的传输性能;更好的互通互联性;开放性;标准化。在设备的控制系统实现了更高效的数据传输后,提高了自身的控制能力和工作效率;而设备拥有了互通互联的能力后,设备间可以更好地协同工作,为实现智能化提供了基础。同时,因为设备可以更高效联网进行互联互通的操作,就要求设备具有标准化和开放性。标准化是编程的标准化,接口的标准化;而开放性则指程序的开放性,通讯的开放性。

倍福自80年代提出的基于PC的控制概念正是符合智能制造的理念。在2003年,倍福推出并开放的EtherCAT技术也为工业互联网打好了基础。而标准化、开放性是倍福产品研发一直秉承的基本路线。目前,倍福的产品家族,包括TwinCAT软件平台、适用于不同场合的工业PC和嵌入式PC、支持几百种信号类型和总线协议的I/O端子以及运动控制系统,都是PC控制+EtherCAT理念的最佳实践。此外,随着智能制造和工业互联网的发展,我们推出了OPC UA、EtherCAT、IoT、大数据、HMI、Vision等新的产品,逐渐完善倍福系统与智能制造和工业互联网应用的适配。我们通过密切跟踪新的技术,如TSN和5G等,在适当的时候,也将推出相应的产品。

摘自《自动化博览》2020年5月刊

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