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最新进展!工业互联网“最后一公里”技术获突破

新闻来源:中国电子报  发布时间:2018-05-03   点击数:1
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    从互联网到工业互联网,网络技术会发生很多变化。特别是深入到工业现场的“最后一公里”,被认为是工业互联网的难点所在。在2018年汉诺威工业博览会上,工业互联网产业联盟(ALL)、边缘计算产业联盟(ECC)、FraunhoferFOKUS、华为、施耐德电气、和利时、美国国家仪器(NI)、贝加莱(B&R)、TTTech、思博伦通信(Spirent Communications)等超过20家国际组织和业界知名厂商,联合发布包含六大工业互联场景的TSN+OPC UA智能制造测试床,为打通“最后一公里”奠定基础。
     
    时延敏感性网络是最后一公里重要技术
     
    从网络角度看,工业互联网目前可以分为工厂内网和外网,为了满足低时延、高可靠的网络要求,目前全球都在研究时间敏感性网络和确定性网络。
     
    由于智能制造对于柔性生产提出了更高要求,以及跨平台、跨行业的应用需求越来越多,大型实时工业通信网络为运营者带来了严峻的挑战。据介绍,此次发布的测试床基于OPC UA标准,确保了在一个系统中,来自不同厂家的多种设备可以方便地进行协作;而TSN(时间敏感网络)测试床融合了SDN(软件定义网络)技术,实现了根据精确时间进行优先级排序,把实时和非实时数据进行统一传输,真正实现了机器、人、物联接的“一网到底”,打通工业互联网“最后一公里”。
     
    在测试床中,华为TSN(时间敏感网络)交换机提供了高可靠性和超低时延的工业控制网络。测试床通过模拟丰富的真实智能制造场景,现场演示验证智能制造的关键技术点——TSN+OPC UA,该技术是预测性维护、数据分析、机器学习和人工智能等新技术的关键推动因素,可以帮助工业企业提升效率,例如减少停机时间、提高设备综合效率和降低总体成本等。
     
    在本次发布的智能制造测试床中,华为与多家厂商共同打造了六大工业互联场景,包括与AII打造的电机预测性维护网络(TSN for Predictive Maintenance),与美国国家仪器打造的“马达同步”,与和利时打造的“赛车游戏”,与Linmot打造的“绘图运动控制”,与施耐德电气打造的“LED同步”,以及与贝加莱打造的“OPCUA Over TSN”等场景,验证了TSN网络在复杂环境情况下的高确定性和低时延性,保障工业场景下的严格同步运动控制。此外,思博伦通信的测试设备用于生成TSN和非TSN流量,以验证新的工业网络架构和服务带来的好处。
     
    华为欧洲解决方案产品管理及营销总监罗济军博士认为,未来工业领域将有数以百亿计的设备连接上网,传统工业以太网无法承受巨大的数据传输量,需要一种新的架构来满足高带宽、高速率和海量连接等方面诉求。未来华为将与业界更多的组织和厂商合作共建工业互联网生态,推进TSN技术和标准的不断完善,真正实现TSN网络下的“全网通”,推动制造行业数字化转型。
     
    时延敏感网络或替代MES系统
     
    随着工业互联网的兴起,传统的工业网络技术和架构会发生巨大的变化。中国工程院院士邬贺铨表示,由于TSN能实现IT跟OT(运营技术)的融合,淡化了现场层、控制层、管理层的层级划分,将来有可能使MES(制造执行系统)取消。
     
    欧洲最大的应用科学研究机构弗劳恩霍夫协会-开放通讯系统研究所(Fraunhofer FOKUS)的Alexander Willner博士表示,自从可编程逻辑控制器(PLCs)问世以来,工业自动化流程得到了极大优化。OT与IT之间的融合令人兴奋,将带来有趣的创新体验。OPC UA和TSN的结合,让工业领域得以实现实时信息交换和互操作。
     
    工业互联网需要面向工业现场的生产问题进行优化,还要面向企业运营的管理决策优化、面向社会生产资源配置优化、面向全生命周期管理优化。所以工业互联网必将与互联网有很多不同。现在工厂中采用得比较多的是工业以太网技术,网络速率已经提高到100Mbps~1Gbps,并要向10G提速,但其进一步发展受制约于标准太多,目前有西门子的Profinet、施耐德的Modbus TCP/IP、罗克韦尔的Ehternet/IP,还有EtherCAT、POWEDLINK、CC-Link等,这些标准是对以太网协议进行改进而来,但互相不兼容。“此外,工业以太网的实时性不行,没有很好的服务质量保证(QoS)。”邬贺铨说,“TSN网络通过改进链路层的协议,引入了QoS的优先权来保证服务质量,并且跨越了工厂和企业,实现了OT与IT的融合,而且TSN在实时通信上能力更强。”
     
    在工业互联网中,如果是非实时通信,以太网技术的时间周期是100毫秒,应用不存在问题。但在实时通信中,最典型的就是运动控制方面,工业以太网的通信周期在1毫秒,而TSN的通信周期是微秒级的,同步进度是纳秒级。因此工业互联网最后一公里会逐渐从工业以太网向TSN网络过渡。
     
    在TSN的应用上,邬贺铨表示,TSN首先瞄准工业应用,通过TSN避免专用的实时通信协议和网关瓶颈,机器人可以通过TSN实现全球同步,控制数据网能够实现网络综合,这是TSN的主要应用,此外在车联网中的汽车控制系统、网络安全、5G等领域都有较大用武之地。
     
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