倍福:打造高效、靈活、安全的工業通訊網絡

廠商:德國倍福自動化有限公司
作者:文曉
  點擊數:446  發布時間:2020-05-28 10:19
一直以來,工業通訊技術與工業控制系統相伴而生,是工業控制發展的關鍵技術。當前,隨著數字化時代的到來,新型工業制造模式對于工業控制系統提出了新的需求,也同時對于工業通訊技術提出了新的挑戰。作為一家技術驅動型公司,從Ethernet傳統現場總線到EtherCAT,倍福一直致力為用戶打造打造高效、靈活、安全的工業通訊網絡。面對新的需求和挑戰,倍福將如何融合5G、TSN等新技術,推動面向未來工業通訊網絡的創新和發展,本期專題特邀德國倍福公司技術推廣經理范斌進行深入解讀。
關鍵詞:工業互聯網 ,工業通訊技術 ,工業控制系統

一直以來,工業通訊技術與工業控制系統相伴而生,是工業控制發展的關鍵技術。當前,隨著數字化時代的到來,新型工業制造模式對于工業控制系統提出了新的需求,也同時對于工業通訊技術提出了新的挑戰。作為一家技術驅動型公司,從Ethernet傳統現場總線到EtherCAT,倍福一直致力為用戶打造打造高效、靈活、安全的工業通訊網絡。面對新的需求和挑戰,倍福將如何融合5G、TSN等新技術,推動面向未來工業通訊網絡的創新和發展,本期專題特邀德國倍福公司技術推廣經理范斌進行深入解讀。

自動化博覽:近兩年倍福在工業通訊技術上的突出創新有哪些?

范斌:倍福敏銳捕捉工控通訊行業中的新技術,并持續跟蹤。這包括倍福與EtherCAT技術協會、OPC基金會、TSN、5G相關組織的密切合作。近兩年,倍福研發了EtherCAT G/G10,該技術基于EtherCAT,帶寬升至千兆和萬兆。EtherCAT G主要面向需要更大數據量實時傳輸的工業控制場合,如視頻或者圖像文件傳輸的場景,高端測量測試等場景。該技術是基于EtherCAT技術的創新,主要表現在以下兩大方面:首先考慮到EtherCAT技術的一致性的問題,EtherCAT G因為采用完全相同的運行機制,全面兼容EtherCAT技術,因此,現有的EtherCAT產品可以在EtherCAT G的網絡中繼續使用,并且網絡自動適配不同的協議產品;其次,通過分支控制器,EtherCAT G網絡的效率相對于EtherCAT可以提升7倍。

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德國倍福公司技術推廣經理范斌

自動化博覽:對于不同的企業,有其各自的通信技術具體需求,但其本質上是為了實現設備間的互聯。眾多工業通訊技術,倍福如何以最佳匹配方案推薦給用戶?

范斌:倍福有不同的方案適配不同的通信技術需求。設備間的互聯有如下幾種情況:

(1)控制系統內部的互聯。這類需求的要求一般是高效、高精度、靈活性和易診斷。倍福的產品支持各種常見的工業以太網和現場總線協議。倍福的控制器、I/O、伺服驅動器,電機及其它的柔性運動控制輸送系統可以自組系統,也可以通過常見的協議鏈接第三方的設備。

(2)控制器與控制器的互聯互通。因為實施了OPC UA,倍福的控制器之間,或者倍福的控制器與第三方控制器之間可以通過OPC UA進行互聯互通。

(3)控制器與云的鏈接。倍福通過TwinCAT IoT和TwinCAT Analysis軟件,可以將PLC的數據通過MQTT、AMQP等方式連接到云上,而且可以在云上進行相關的監控、數據存儲和數據分析。

(4)因為倍福有I/O耦合器也支持OPC UA,因此,用戶可以將來自現場最底層的I/O數據直接通過OPC UA傳送到邊緣服務器或者云上,而不經過本地的運算。

對于不同的用戶需求,倍福的這些方案可以集成匹配,比如可以在同一臺控制器上實現所有的互通互聯的接口,也可以將每一層采用獨立的控制器/邊緣服務器實現相應的功能,非常靈活。而這一切便捷高效的選擇和切換都是源于倍?;赑C的控制系統。

自動化博覽:安全問題在智能制造時代是工業通信需要重點關注的問題,其中包括制造與操作的功能安全與數據存儲于處理的信息安全。在這兩方面倍福如何考慮?有何舉措幫助用戶?

范斌:安全問題至關重要。安全分為信息安全security和功能安全safety。

信息安全主要是源于來自外網的惡意攻擊,這種攻擊通常是利用IP進行傳輸的,主要的應對方式是增加防火墻等IT方式。倍福公司的EtherCAT系統,因為不采用IP傳輸,所以在系統內部并沒有信息安全的問題。因此當控制系統是一個獨立的控制系統而沒有任何對外連接的時候,基本不存在經過網絡傳輸的信息安全問題。如果控制系統有對外的IP鏈接,則需要確保該臺控制器已經有足夠的防火墻保護。

而功能安全是控制系統的一部分,通過專用的或者集成到通訊中的黑色通道,實現功能安全網絡的數據傳輸,將安全PLC的指令發送到安全設備實現安全保護的功能。對于功能安全,倍福有兩種方案可選,一種是傳統的獨立的功能安全系統,獨立的安全PLC通過單獨的安全網絡鏈接所有的安全設備;而另一種則是將安全網絡集成在了控制通訊網絡中,安全PLC通過黑色通道與每一個安全設備進行數據交換,在此使用FSoE(Functional safety over EtherCAT)協議。這樣做的好處是安全網絡和PLC網絡合二為一,降低成本和工程量,甚至節省了空間。

自動化博覽:隨著5G技術的不斷發展,將產生多種實用高效的先進通訊整體解決方案,作為一種遠程無線通信技術,您認為5G技術將如何促進智能制造的發展?倍福未來是否會涉獵該項技術?

范斌:倍福是工業物聯與自動化5G聯盟的創始會員。我們持續跟蹤著該技術在工業領域的應用,受華為的邀請合作進行相關測試。5G技術的三個特性非常矚目,即帶寬優勢,海量機器通訊,以及高可靠低延遲特性。然而,對于某一個應用來講,不能同時實現這三個特性。比如,如果需利用其低延遲合可靠性的特性,可能無法獲得峰值帶寬和用戶體驗數據速率。目前,我們測試了如下幾個場景:

·控制器之間采用5G通訊,實現兩個控制系統的同步;

·風機控制系統內部,輪轂和機艙之間的通訊采用5G,從而取代滑環結構;

·港口車輛AGV的遠程監控;

·機床的手持設備與機床之間的通訊。

如上的應用分別利用了5G技術的不同特性:第一個應用利用了5G的可靠性和低延遲性;而其他應用利用了其移動性。因此,在工業領域具體的應用中,需要根據應用的需求配合使用。

自動化博覽:智能制造時代突出了工業互聯網的重要性,工業互聯網在各制造領域的拓展也在不斷創新,倍福在此方面有何舉措?

范斌:工業互聯網對于制造業的重要性主要體現在如下幾個方面:更高效的傳輸性能;更好的互通互聯性;開放性;標準化。在設備的控制系統實現了更高效的數據傳輸后,提高了自身的控制能力和工作效率;而設備擁有了互通互聯的能力后,設備間可以更好地協同工作,為實現智能化提供了基礎。同時,因為設備可以更高效聯網進行互聯互通的操作,就要求設備具有標準化和開放性。標準化是編程的標準化,接口的標準化;而開放性則指程序的開放性,通訊的開放性。

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,倍福推出并開放的EtherCAT技術也為工業互聯網打好了基礎。而標準化、開放性是倍福產品研發一直秉承的基本路線。目前,倍福的產品家族,包括TwinCAT軟件平臺、適用于不同場合的工業PC和嵌入式PC、支持幾百種信號類型和總線協議的I/O端子以及運動控制系統,都是PC控制+EtherCAT理念的最佳實踐。此外,隨著智能制造和工業互聯網的發展,我們推出了OPC UA、EtherCAT、IoT、大數據、HMI、Vision等新的產品,逐漸完善倍福系統與智能制造和工業互聯網應用的適配。我們通過密切跟蹤新的技術,如TSN和5G等,在適當的時候,也將推出相應的產品。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊

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