工業通訊持續向前發展

廠商:控制網
作者:顧碩
  點擊數:408  發布時間:2020-05-27 16:03
工業通訊技術的發展主要經歷了現場總線、工業以太網和工業無線網絡,其發展呈現現場層和控制層專用網絡向管理層通用網絡延伸,有線到無線補充,以及新使能技術(如TSN、5G)不斷融合應用的新趨勢。
關鍵詞:智能制造 ,5G ,工業通訊

工業通訊技術的發展主要經歷了現場總線、工業以太網和工業無線網絡,其發展呈現現場層和控制層專用網絡向管理層通用網絡延伸,有線到無線補充,以及新使能技術(如TSN、5G)不斷融合應用的新趨勢。

近些年,隨著網絡技術的發展,以太網進入了控制領域,形成了新型的以太網控制網絡技術。該技術遵從TCP/IP框架,具有接口簡單、協議開放、互通便捷等突出優勢,逐步成為行業主流技術,已經形成了多個有影響力的國際標準。不同的協議標準滿足著不同層次、不同場景的通訊要求:比如用于本地控制系統內部的工業以太網協議,常見的有EtherCAT、PROFINET和Ethernet/IP等;應用于控制器之間互通互聯的OPC UA;以及用于傳輸到云的MQTT、AMQP等。

如今,OT與IT融合發展是工業通信必然的發展趨勢,TSN(Time SensitiveNetworking,時間敏感網絡)技術作為一種綜合、統一和標準的新興工業以太網技術,正在打破過去以協議為維度由某一廠商主導的局面。

工業互聯網時代下,TSN作為工業網絡互聯互通的核心,連接存量的傳統工業以太網產線、負責采集海量工業數據的物聯網、以及需要高質量傳輸的新型工業應用,承載各類控制和運行維護流量。但是,TSN僅僅是為以太網提供了一套MAC層的協議標準,它解決的是網絡通訊中數據傳輸及獲取的可靠性和確定性的問題;而如果要真正實現網絡間的互操作,還需要有一套通用的數據解析機制,這就是OPC UA。在工廠數據采集、傳輸與生產運營中,都會需要對現場的機器狀態、生產能耗、質量相關、生產相關參數進行采集,OPC UA overTSN在整體上使得工廠各個環節的橫向與縱向數據實現了透明交互,并且配置效率更高,程序與應用模塊化更強。

5G通訊技術是當下的熱門話題之一,其在工業領域的應用也成為了人們討論和研究的重要方向。5G技術是4G技術的延伸,比4G具有更高速率、更大帶寬、更短時延。它推動無線網絡從消費領域擴展到工業領域,讓工業界真正進入無線時代,實現“工業4.0”要求的物物相連和“柔性”生產,讓人工智能有了更加敏銳的神經網絡。

據了解,5G技術可滿足泛在互聯的需求。傳統制造工廠其工業控制網絡、管理網絡辦公網絡等為內網,可認為是封閉網絡,外界無法訪問。隨著智能制造的發展與應用推廣,需要內部網絡與外部網絡進行互通,工廠內部通信網絡和功能架構向扁平化方向發展。

另外,更優的工業互聯解決方案也需要5G技術。首先,傳統工業通信采用主從式,通過PLC等主控設備實現機器與機器的間接通信,5G使得機器與機器通信更高效。其次,5G使得園區、廠區內用于物流配送的車輛實現自動駕駛成為可能。再者,用于大型制造裝備遠程運維,通過5G可以傳輸更多非結構化數據,如視頻等。最后,還可以用在工業上的AR/VR技術中,比如生產運維、技工培訓等浸入式體驗。

近年來,我國一直將智能制造作為制造業發展的目標,并努力成為制造強國。工業通訊恰是工業發展的技術基礎,通訊技術的發展直接影響著打造智能工廠、無人工廠的進度。盡管目前有多項通訊技術正在齊頭并進地向前發展,我們仍然要意識到:從工作的進展和有效性來說,OPC UA over TSN延伸到現場顯然還不夠成熟,還需要做許多工作,其市場前景也難以預料。另一方面,圍繞工業應用需求,5G技術還需要進一步提升改進,比如在確定性、可靠性和安全性等方面;各種工業應用場景下,通信性能的測試驗證等。但總而言之,我國的工業通訊技術正在持續發展和進步,這為工業實現智能制造奠定著良好的技術基礎。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊

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