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一直以來，工業(yè)通訊技術(shù)與工業(yè)控制系統(tǒng)相伴而生，是工業(yè)控制發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前，隨著數(shù)字化時(shí)代的到來，新型工業(yè)制造模式對(duì)于工業(yè)控制系統(tǒng)提出了新的需求，也同時(shí)對(duì)于工業(yè)通訊技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。作為一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)型公司，從Ethernet傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)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(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)。面對(duì)新的需求和挑戰(zhàn)，倍福將如何融合5G、TSN等新技術(shù)，推動(dòng)面向未來工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新和發(fā)展，本期專題特邀德國(guó)倍福公司技術(shù)推廣經(jīng)理范斌進(jìn)行深入解讀。

自動(dòng)化博覽：近兩年倍福在工業(yè)通訊技術(shù)上的突出創(chuàng)新有哪些？

范斌：倍福敏銳捕捉工控通訊行業(yè)中的新技術(shù)，并持續(xù)跟蹤。這包括倍福與EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)、OPC基金會(huì)、TSN、5G相關(guān)組織的密切合作。近兩年，倍福研發(fā)了EtherCAT G/G10，該技術(shù)基于EtherCAT，帶寬升至千兆和萬(wàn)兆。EtherCAT G主要面向需要更大數(shù)據(jù)量實(shí)時(shí)傳輸?shù)墓I(yè)控制場(chǎng)合，如視頻或者圖像文件傳輸?shù)膱?chǎng)景，高端測(cè)量測(cè)試等場(chǎng)景。該技術(shù)是基于EtherCAT技術(shù)的創(chuàng)新，主要表現(xiàn)在以下兩大方面：首先考慮到EtherCAT技術(shù)的一致性的問題，EtherCAT G因?yàn)椴捎猛耆嗤倪\(yùn)行機(jī)制，全面兼容EtherCAT技術(shù)，因此，現(xiàn)有的EtherCAT產(chǎn)品可以在EtherCAT G的網(wǎng)絡(luò)中繼續(xù)使用，并且網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)適配不同的協(xié)議產(chǎn)品；其次，通過分支控制器，EtherCAT G網(wǎng)絡(luò)的效率相對(duì)于EtherCAT可以提升7倍。

德國(guó)倍福公司技術(shù)推廣經(jīng)理范斌

自動(dòng)化博覽：對(duì)于不同的企業(yè)，有其各自的通信技術(shù)具體需求，但其本質(zhì)上是為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互聯(lián)。眾多工業(yè)通訊技術(shù)，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(shù)需求。設(shè)備間的互聯(lián)有如下幾種情況：

（1）控制系統(tǒng)內(nèi)部的互聯(lián)。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(chǎn)品支持各種常見的工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。倍福的控制器、I/O、伺服驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)及其它的柔性運(yùn)動(dòng)控制輸送系統(tǒng)可以自組系統(tǒng)，也可以通過常見的協(xié)議鏈接第三方的設(shè)備。

（2）控制器與控制器的互聯(lián)互通。因?yàn)閷?shí)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(jìn)行互聯(lián)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(shù)據(jù)通過MQTT、AMQP等方式連接到云上，而且可以在云上進(jìn)行相關(guān)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析。

（4）因?yàn)楸陡Ｓ蠭/O耦合器也支持OPC UA，因此，用戶可以將來自現(xiàn)場(chǎng)最底層的I/O數(shù)據(jù)直接通過OPC UA傳送到邊緣服務(wù)器或者云上，而不經(jīng)過本地的運(yùn)算。

對(duì)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(tái)控制器上實(shí)現(xiàn)所有的互通互聯(lián)的接口，也可以將每一層采用獨(dú)立的控制器/邊緣服務(wù)器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)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福基于PC的控制系統(tǒng)。

自動(dòng)化博覽：安全問題在智能制造時(shí)代是工業(yè)通信需要重點(diǎn)關(guān)注的問題，其中包括制造與操作的功能安全與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(guān)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(wǎng)的惡意攻擊，這種攻擊通常是利用IP進(jìn)行傳輸?shù)模饕膽?yīng)對(duì)方式是增加防火墻等IT方式。倍福公司的EtherCAT系統(tǒng)，因?yàn)椴徊捎肐P傳輸，所以在系統(tǒng)內(nèi)部并沒有信息安全的問題。因此當(dāng)控制系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)而沒有任何對(duì)外連接的時(shí)候，基本不存在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔踩珕栴}。如果控制系統(tǒng)有對(duì)外的IP鏈接，則需要確保該臺(tái)控制器已經(jīng)有足夠的防火墻保護(hù)。

而功能安全是控制系統(tǒng)的一部分，通過專用的或者集成到通訊中的黑色通道，實(shí)現(xiàn)功能安全網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，將安全PLC的指令發(fā)送到安全設(shè)備實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)的功能。對(duì)于功能安全，倍福有兩種方案可選，一種是傳統(tǒng)的獨(dú)立的功能安全系統(tǒng)，獨(dú)立的安全PLC通過單獨(dú)的安全網(wǎng)絡(luò)鏈接所有的安全設(shè)備；而另一種則是將安全網(wǎng)絡(luò)集成在了控制通訊網(wǎng)絡(luò)中，安全PLC通過黑色通道與每一個(gè)安全設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在此使用FSoE（Functional safety over EtherCAT）協(xié)議。這樣做的好處是安全網(wǎng)絡(luò)和PLC網(wǎng)絡(luò)合二為一，降低成本和工程量，甚至節(jié)省了空間。

自動(dòng)化博覽：隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展，將產(chǎn)生多種實(shí)用高效的先進(jìn)通訊整體解決方案，作為一種遠(yuǎn)程無(wú)線通信技術(shù)，您認(rèn)為5G技術(shù)將如何促進(jìn)智能制造的發(fā)展？倍福未來是否會(huì)涉獵該項(xiàng)技術(shù)？

范斌：倍福是工業(yè)物聯(lián)與自動(dòng)化5G聯(lián)盟的創(chuàng)始會(huì)員。我們持續(xù)跟蹤著該技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，受華為的邀請(qǐng)合作進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。5G技術(shù)的三個(gè)特性非常矚目，即帶寬優(yōu)勢(shì)，海量機(jī)器通訊，以及高可靠低延遲特性。然而，對(duì)于某一個(gè)應(yīng)用來講，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)這三個(gè)特性。比如，如果需利用其低延遲合可靠性的特性，可能無(wú)法獲得峰值帶寬和用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)速率。目前，我們測(cè)試了如下幾個(gè)場(chǎng)景：

·控制器之間采用5G通訊，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制系統(tǒng)的同步；

·風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)部，輪轂和機(jī)艙之間的通訊采用5G，從而取代滑環(huán)結(jié)構(gòu)；

·港口車輛AGV的遠(yuǎn)程監(jiān)控；

·機(jī)床的手持設(shè)備與機(jī)床之間的通訊。

如上的應(yīng)用分別利用了5G技術(shù)的不同特性：第一個(gè)應(yīng)用利用了5G的可靠性和低延遲性；而其他應(yīng)用利用了其移動(dòng)性。因此，在工業(yè)領(lǐng)域具體的應(yīng)用中，需要根據(jù)應(yīng)用的需求配合使用。

自動(dòng)化博覽：智能制造時(shí)代突出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要性，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在各制造領(lǐng)域的拓展也在不斷創(chuàng)新，倍福在此方面有何舉措？

范斌：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)于制造業(yè)的重要性主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：更高效的傳輸性能；更好的互通互聯(lián)性；開放性；標(biāo)準(zhǔn)化。在設(shè)備的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了更高效的數(shù)據(jù)傳輸后，提高了自身的控制能力和工作效率；而設(shè)備擁有了互通互聯(lián)的能力后，設(shè)備間可以更好地協(xié)同工作，為實(shí)現(xiàn)智能化提供了基礎(chǔ)。同時(shí)，因?yàn)樵O(shè)備可以更高效聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)互通的操作，就要求設(shè)備具有標(biāo)準(zhǔn)化和開放性。標(biāo)準(zhǔn)化是編程的標(biāo)準(zhǔn)化，接口的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)也為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)打好了基礎(chǔ)。而標(biāo)準(zhǔn)化、開放性是倍福產(chǎn)品研發(fā)一直秉承的基本路線。目前，倍福的產(chǎn)品家族，包括TwinCAT軟件平臺(tái)、適用于不同場(chǎng)合的工業(yè)PC和嵌入式PC、支持幾百種信號(hào)類型和總線協(xié)議的I/O端子以及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，都是PC控制+EtherCAT理念的最佳實(shí)踐。此外，隨著智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，我們推出了OPC UA、EtherCAT、IoT、大數(shù)據(jù)、HMI、Vision等新的產(chǎn)品，逐漸完善倍福系統(tǒng)與智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的適配。我們通過密切跟蹤新的技術(shù)，如TSN和5G等，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，也將推出相應(yīng)的產(chǎn)品。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年5月刊