當(dāng)今的制造業(yè)，隨著用戶(hù)需求的多樣化和復(fù)雜化，需要實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)并最大限度地利用各種數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)能自主進(jìn)行最優(yōu)化制造的“智慧工廠”。為此，CC-Link協(xié)會(huì)（CLPA）于2018年11月正式發(fā)布了CC-Link IE的次世代網(wǎng)絡(luò)，即嶄新的工業(yè)開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)“CC-Link IE TSN”技術(shù)規(guī)范。

該網(wǎng)絡(luò)在全球率先采用了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的擴(kuò)展技術(shù)“TSN（Time Sensitive Networking）——時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)”。TSN技術(shù)正在制定IEEE國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各家工業(yè)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)也在探討如何將其融入。

以往的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通信無(wú)法實(shí)現(xiàn)在同一鏈路上同時(shí)進(jìn)行控制通信（確保實(shí)時(shí)性）和信息通信（非實(shí)時(shí)性通信），現(xiàn)在使用TSN技術(shù)中的時(shí)間分割通信方式就可以實(shí)現(xiàn)。另外，采用了高效的通信協(xié)議方式進(jìn)一步強(qiáng)化了CC-Link IE的性能及功能，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了高速度和高精度的運(yùn)動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)了“FA與IT的融合”和“高速度.高精度控制” 的CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)加快IoT智慧工廠的建設(shè)步伐。

從CC-Link IE TSN的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范發(fā)布至2020年4月，一年半時(shí)間已有100多種兼容產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)中或已經(jīng)在市場(chǎng)銷(xiāo)售，2020年將正式步入市場(chǎng)應(yīng)用階段。

CC-Link IE TSN的發(fā)布背景

實(shí)現(xiàn)智慧工廠，實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，在通過(guò)邊緣電腦進(jìn)行技術(shù)處理后再無(wú)縫傳輸?shù)絀T系統(tǒng)至關(guān)重要。為了有效利用生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，既能保證高速、穩(wěn)定的通信控制又能向IT系統(tǒng)傳輸大容量信息的網(wǎng)絡(luò)不可或缺。也就是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和IT系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的融合尤為重要。

目前生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用著各種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，卻也面臨著一些課題，如轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)配線等建網(wǎng)產(chǎn)品不同的標(biāo)準(zhǔn)、為了保證通信的實(shí)時(shí)性各種網(wǎng)絡(luò)也采用了不同的規(guī)范，同時(shí)IT網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之間也存在網(wǎng)線和設(shè)備無(wú)法共享等課題。而且，為了實(shí)現(xiàn)智慧工廠，要求通過(guò)裝置和設(shè)備的高性能化和高功能化提高生產(chǎn)效率，高水準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)也成為必要，特別是在半導(dǎo)體、新能源鋰電池制造等行業(yè)，這類(lèi)需求尤為顯著。

CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)正是能夠滿(mǎn)足這些需求。它繼承了現(xiàn)有CC-Link IE網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，同時(shí)采用了TSN技術(shù)中的時(shí)間分割保證了實(shí)時(shí)性，并真正實(shí)現(xiàn)在同一鏈路上傳輸多種不同規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。同時(shí)通過(guò)有效的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了高速度和高精度的運(yùn)動(dòng)控制。由此，CC-Link IE TSN可以突破從上位的IT系統(tǒng)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的FA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層次束縛實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)到底，使擴(kuò)展制造業(yè)的各種應(yīng)用成為了無(wú)限可能。

CC-Link IE TSN的優(yōu)勢(shì)

CC-Link IE TSN具有以下4個(gè)主要特點(diǎn)：

（1）FA（控制通信）和IT（信息通信）的融合
在進(jìn)行確保實(shí)時(shí)性的控制通信的同時(shí)，可在同一鏈路上傳輸其他開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)的通信信息、IT系統(tǒng)通信信息，提高了系統(tǒng)構(gòu)成的自由度，大幅度削減配線成本。

（2）高速度、高精度控制的實(shí)現(xiàn)

CC-Link IE TSN采用了在鏈路上的時(shí)間同步，實(shí)現(xiàn)在固定時(shí)間段內(nèi)同時(shí)發(fā)送輸入和輸出的通信幀，由此大幅度削減了網(wǎng)絡(luò)整體的循環(huán)數(shù)據(jù)的更新時(shí)間。而且，在同一鏈路中可以使用不同通信周期的設(shè)備，即在維持伺服放大器等需要高性能通信周期的設(shè)備性能的同時(shí)，可連接遠(yuǎn)程I/O等不需要高速通信周期的設(shè)備。因此能根據(jù)各種設(shè)備的特性實(shí)現(xiàn)通信周期的最優(yōu)化、驅(qū)動(dòng)控制性能的最大化，并縮短生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間。

（3）上線、運(yùn)營(yíng)、保全工時(shí)的削減

采用TSN規(guī)定的時(shí)間同步協(xié)議，CC-Link IE TSN對(duì)應(yīng)的設(shè)備可補(bǔ)正設(shè)備間的時(shí)間差異，進(jìn)行高精度的時(shí)間同步。因主站和從站的各自時(shí)間戳均以微秒為單位進(jìn)行校對(duì)，所以在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生異常、解析運(yùn)行記錄時(shí)，可以按照正確的時(shí)間排序追溯發(fā)生異常前的歷史事件，由此能查明故障原因并盡快排除故障恢復(fù)系統(tǒng)。而且，也實(shí)現(xiàn)了向IT系統(tǒng)提供具備正確時(shí)間屬性的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息。這樣，用戶(hù)通過(guò)使用AI（人工智能）數(shù)據(jù)解析應(yīng)用工具等進(jìn)行預(yù)測(cè)保全時(shí)，其精度可以得到進(jìn)一步的提高。

（4）通過(guò)豐富的開(kāi)發(fā)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)產(chǎn)品量的擴(kuò)充

CC-Link IE TSN不僅可以用硬件，也可以使用軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在采用ASIC、FPGA實(shí)現(xiàn)高速控制的開(kāi)發(fā)方式的基礎(chǔ)上，增加了在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)芯片上用軟件協(xié)議棧的方式開(kāi)發(fā)主站及從站產(chǎn)品的方法。通信速度也在原有的1Gbps基礎(chǔ)上，增加了對(duì)應(yīng)100Mbps的選擇項(xiàng)。通過(guò)如此多樣化的開(kāi)發(fā)方式，各種設(shè)備對(duì)應(yīng)CC-Link IE TSN就變得更加簡(jiǎn)單，而豐富的對(duì)應(yīng)產(chǎn)品也將為用戶(hù)帶來(lái)便利和效益。

未來(lái)發(fā)展方向

在智慧工廠時(shí)代，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的作用日益重要，為了進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，我們正在推進(jìn)以下相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

（1）用于智慧工廠的5G等無(wú)線技術(shù)的采用進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)效率化

當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用無(wú)線技術(shù)的要求日益強(qiáng)烈，CLPA于2019年6月與相關(guān)合作企業(yè)共同成立了“無(wú)線對(duì)應(yīng)工作組”，推進(jìn)應(yīng)用從現(xiàn)有的Wi-Fi到未來(lái)的5G等無(wú)線技術(shù)。

（2）加強(qiáng)互聯(lián)互通性

至今，CLPA積極與OPC Foundation、PI組織（ProfibusInternational）、FDT Group（DTM技術(shù)）等規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體開(kāi)展著公開(kāi)的合作，今后將通過(guò)TSN技術(shù)進(jìn)一步強(qiáng)化與其他工業(yè)開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通相關(guān)合作，共同實(shí)現(xiàn)最大限度地利用萬(wàn)物互連的信息數(shù)據(jù)。

（3）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)推進(jìn)
繼CC-Link IE已取得的IEC61784國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)外，還將推進(jìn)在半導(dǎo)體、FPD行業(yè)的全球行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SEMI、中國(guó)、韓國(guó)等各國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等的申請(qǐng)認(rèn)證。

（4）光纖的使用對(duì)應(yīng)

為了對(duì)應(yīng)長(zhǎng)距離使用以及在耐高噪音的領(lǐng)域的應(yīng)用，CLPA也正在加速網(wǎng)絡(luò)的光纖對(duì)應(yīng)。今年正值CLPA成立20周年，我們將與所有的客戶(hù)和合作伙伴一起，加速推進(jìn)工業(yè)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)CC-Link IE TSN的發(fā)展，使其成為構(gòu)建自主制造的“智慧工廠”的最優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)基盤(pán)。