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虹科电子: OT与IT工业网络的融合,加快推动工业自动化的数字化变革
2021年,面对新冠疫情、半导体芯片短缺等复杂严峻的环境和诸多风险挑战,虹科电子工业通讯互联技术——CAN接口卡、总线协议转换模块(网关)、总线协议板卡、总线协议开发等解决方案取得积极进展,更新推出了EtherCAT协议MXB IO系列,提供技术服务助力半导体行业、光伏风电等行业发展。虹科已实现了在数字化变革上的良好开局,基于TSN和OPC UA两大标准的解决方案正在加速推进,服务于工业制造业、防务等行业的TSN验证与芯片制造,且升级推出12端口1G TSN交换机和10G TSN IP解决方案,致力于构建融合IT和OT技术的工业网络。

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广州虹科电子科技有限公司工业控制事业部江丽凤

随着机器人、人工智能的升温,工业4.0成为工业自动化领域最受关注的话题,赋予了工业更高的要求,驱动了工业自动化的数字化变革,为工业自动化和工业制造带来新机遇。2021年,面对新冠疫情、半导体芯片短缺等复杂严峻的环境和诸多风险挑战,虹科电子工业通讯互联技术——CAN接口卡、总线协议转换模块(网关)、总线协议板卡、总线协议开发等解决方案取得积极进展,更新推出了EtherCAT协议MXB IO系列,提供技术服务助力半导体行业、光伏风电等行业发展。虹科已实现了在数字化变革上的良好开局,基于TSN和OPC UA两大标准的解决方案正在加速推进,服务于工业制造业、防务等行业的TSN验证与芯片制造,且升级推出12端口1G TSN交换机和10G TSN IP解决方案,致力于构建融合IT和OT技术的工业网络。

EtherCAT,使高速率高精度控制成为可能

随着工业4.0时代的到来,提高工厂生产效率的需求日渐增强。数据网络在工厂的应用越来越广泛,同时,连接到网络的设备数量,比如制造设备等,也在迅速增加。提供高效数据转换的EtherCAT使高速率高精度控制成为可能,十分适用于需要高速率和高精度控制的领域,如工业机器人、半导体生产、数控机床、光伏与风电以及过程控制等。

EtherCAT是一项高性能、低成本、应用简单、拓扑灵活且开源的确定性工业以太网技术。该技术突破了其他以太网解决方案的系统限制:通过该项技术,无需接收以太网数据包,将其解码,之后再将过程数据复制到各个设备。其关键工作原理在于其节点对以太网数据帧的处理:在数据帧向下游传输的过程中,每个节点读取寻址到该节点的数据,并将它的数据写入数据帧。这种传输方式提高了带宽利用率,使得每个周期通常用一个数据帧就足以实现整个系统的数据刷新,同时,网络无需使用交换机或集线器,从而确保了实时操作并避免延迟。

由于EtherCAT的通讯速率高、通讯质量好、通讯介质广、网络拓扑结构灵活,可应用于安全等级较高的危险场合。虹科推出了一款EtherCAT工业以太网总线接口,集成数字量输入和输出的混合I/O模块,可以为更高层级的EtherCAT主站控制器提供理想通道。半导体生产制造中,常常有着许多阀岛、驱动器、传感器和气控或电控设备,HK-MXB I/O模块可以实现对相应信号的采集、控制或远程维护。

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虹科HK-MXB

工控机,为实现智能化工业自动化应用提供平台基础

近年来,随着计算机、通信和网络技术的持续推广,工控机产业得到快速发展。工控机作为一种加固的增强型个人计算机。通俗地讲,即专门为工业现场而设计的计算机,可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。在工控机行业中,紧凑型工控机越来越流行,与其他工控机相比,这类工控机的体积更小,在充分考虑对外接口的前提下十分注重安装空间的合理利用,因而十分适用于对功能、可靠性、成本、体积及功耗都有严格要求的工业系统。为此,虹科推出了BM系列紧凑型工控机来满足市场的需求。以尺寸最小的BM100为例,该型号的尺寸只有100×100×39.4mm,可以选择采用书本式、壁挂式和DIN导轨安装,十分适合空间有限的工业系统。此外,BM系列工控机均采用无风扇设计,排热效率高,能够保障工控机设备可靠稳定运行,并且集成了虹科的UBIQUITY远程协助软件,能够通过端到端VPN连接提供远程协助服务。

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虹科BM100工控机

TSN,推动工业网络IT/OT融合

目前工业制造正在往数字化、网络化和智能化方向发展,而数字化工厂对通信的互操作性和简单性要求更高。TSN(时间敏感网络)是专门为满足这些要求而设计的新一代以太网技术,推动工业网络中的IT/OT的融合。

目前大家主要关注的是如何使用这项新技术来实现全面的TSN网络并在真实场景中验证其性能?虹科推出TSN解决方案,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等多种标准,为工业自动化、汽车、铁路、航空航天和国防等领域的时间敏感网络技术的测试和验证提供完整、灵活和强大的解决方案,包括实施TSN网络骨干网的所有元素,以及将作为talker和listener的端点,以及更深入地了解系统中实现的TSN机制的性能所需的测试工具。

虹科RELY-TSN-KIT,是一个入门套件,包含1个TSN网卡(RELY-TSN-PCIe),1个TSN交换机(RELY-TSN-BRIDGE),1个TSN流量生成器(RELY-TSN-GEN),和1个演示应用程序,用于评估上述TSN相关标准。这里的TSN网卡和TSN交换机组合,允许用户实现灵活的测试平台,利用TSN网卡,对通过PCIe接口接收的应用数据进行处理,以便将其注入TSN网络中。因此,COTS或传统计算机可作为TSN设备运行,而TSN流量生成器,作为对这些设备的补充,可用于传输高达3Gbps的拥塞流量,以验证TSN技术在最坏情况下的性能。

如果没有能够测量传输到TSN网络的流量延迟的测试工具,这些测试平台仍然不完整。虹科RELY-TSN-LAB是一种实现流量时间戳、错误注入或延迟计算的测试工具,可以满足这一需求。此外,为了进行更深入的分析,虹科RELY-TSN-REC时间戳和记录在内部256GB硬盘中,具有优化过滤功能。数据保存在PCAP文件中,可以从远程位置同时访问,并且可以使用Wireshark等标准应用程序打开。

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虹科TSN应用解决方案

最近, 虹科还推出了一款1 2 端口的新型1 GTSN交换机,为终端用户提供最大的灵活性,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标准,可通过CNC配置,或通过Netconf通信实现YANG模型化配置文件的任何其他第三方配置系统进行集中配置。此外,该设备还包括其他有价值的机制,如支持优化的屏蔽和匹配流识别以及PCP和DSCP优先级;支持IEEE 802.1X安全标准,该标准是一个基于端口的网络访问控制的IEEE标准,用于访问控制、预防DoS攻击和诊断的端口镜像。

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虹科12端口TSN交换机

此外,为了满足不同应用下的客户对于端口速率的更高要求和网络功能的更高需求,虹科推出了10G TSN IP开发方案,并计划在今年推出12端口10G TSN交换机。

OPC UA&OPC UA overTSN,提供了统一的数据互联基础

随着工业4.0、数字化变革等新的业务发展,语义互操作规范统一的需求变得尤为迫切,使得OPC UA成为热点,其提供了统一的数据互联基础标准与规范,为将PROFINET、POWERLINK、EtherCAT、Ethernet/IP、CC-Link IE等不同标准的工业总线协议进行融合。

OPC UA技术是新一代的OPC标准,解决了除Windows外的操作系统不能够使用OPC通信的限制,得益于基于面向服务的架构,可以在不同的平台和操作系统(或是裸跑)上实现OPC通信,如PC端、手机端、嵌入式设备等,使用起来更加简便。其目的是为工厂和企业之间的数据和信息传递提供一个和平台无关的互操作标准,从而打通工业通讯各个层级——从现场级、工厂级到企业级,都可以使用OPC UA的通信方式将数据进行层层传递。通过单一端口进行通信及其标准安全协议,为数据的安全性提供了有力保障。

OPC UA实时性并不强,纯OPC UA的Server可以做到100毫秒延迟以下,但依然不适用于运动控制等对实时性高要求的应用场景,因此OPC UA overTSN为解决网络的实时和确定性和面向未来的工业网络互联而生。

OPC UA主要解决应用层的问题,而TSN实际上是为了实现异构数据交互、实时与非实时数据在同一通道中传输而开发的新的数据链路层标准,使得标准以太网具有传输实时数据的能力,让周期与非周期数据在同一网络中传输,大大简化了集成工作量并且变得更加简单。所谓OPC UA over TSN就是基于TSN的OPC UA,这一组合提供了一个实时、高确定性并真正独立于设备厂商的通信网络。在工厂数据采集、传输与生产运营中,都会需要对现场的机器状态、生产能耗、质量相关、生产相关参数进行采集,TSN+OPC UA在整体上使得在工厂的各个环节的横向与纵向数据实现了透明交互,并且配置效率更高,程序与应用模块化更强。

未来已来,作为链条最全、方案最丰富,且兼备技术服务落地的通信技术资源整合商,虹科电子服务的行业客户已经超过1000家,虹科工程师们一直在万物互联的潮流中扮演着如高速公路般的连接作用,这是我们的使命,也是我们的自豪!

摘自《自动化博览》2022年5月刊

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