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廣州虹科電子科技有限公司工業控制事業部江麗鳳

隨著機器人、人工智能的升溫，工業4.0成為工業自動化領域最受關注的話題，賦予了工業更高的要求，驅動了工業自動化的數字化變革，為工業自動化和工業制造帶來新機遇。2021年，面對新冠疫情、半導體芯片短缺等復雜嚴峻的環境和諸多風險挑戰，虹科電子工業通訊互聯技術——CAN接口卡、總線協議轉換模塊（網關）、總線協議板卡、總線協議開發等解決方案取得積極進展，更新推出了EtherCAT協議MXB IO系列，提供技術服務助力半導體行業、光伏風電等行業發展。虹科已實現了在數字化變革上的良好開局，基于TSN和OPC UA兩大標準的解決方案正在加速推進，服務于工業制造業、防務等行業的TSN驗證與芯片制造，且升級推出12端口1G TSN交換機和10G TSN IP解決方案，致力于構建融合IT和OT技術的工業網絡。

EtherCAT，使高速率高精度控制成為可能

隨著工業4.0時代的到來，提高工廠生產效率的需求日漸增強。數據網絡在工廠的應用越來越廣泛，同時，連接到網絡的設備數量，比如制造設備等，也在迅速增加。提供高效數據轉換的EtherCAT使高速率高精度控制成為可能，十分適用于需要高速率和高精度控制的領域，如工業機器人、半導體生產、數控機床、光伏與風電以及過程控制等。

EtherCAT是一項高性能、低成本、應用簡單、拓撲靈活且開源的確定性工業以太網技術。該技術突破了其他以太網解決方案的系統限制：通過該項技術，無需接收以太網數據包，將其解碼，之后再將過程數據復制到各個設備。其關鍵工作原理在于其節點對以太網數據幀的處理：在數據幀向下游傳輸的過程中，每個節點讀取尋址到該節點的數據，并將它的數據寫入數據幀。這種傳輸方式提高了帶寬利用率，使得每個周期通常用一個數據幀就足以實現整個系統的數據刷新，同時，網絡無需使用交換機或集線器，從而確保了實時操作并避免延遲。

由于EtherCAT的通訊速率高、通訊質量好、通訊介質廣、網絡拓撲結構靈活，可應用于安全等級較高的危險場合。虹科推出了一款EtherCAT工業以太網總線接口，集成數字量輸入和輸出的混合I/O模塊，可以為更高層級的EtherCAT主站控制器提供理想通道。半導體生產制造中，常常有著許多閥島、驅動器、傳感器和氣控或電控設備，HK-MXB I/O模塊可以實現對相應信號的采集、控制或遠程維護。

虹科HK-MXB

工控機，為實現智能化工業自動化應用提供平臺基礎

近年來，隨著計算機、通信和網絡技術的持續推廣，工控機產業得到快速發展。工控機作為一種加固的增強型個人計算機。通俗地講，即專門為工業現場而設計的計算機，可以作為一個工業控制器在工業環境中可靠運行。在工控機行業中，緊湊型工控機越來越流行，與其他工控機相比，這類工控機的體積更小，在充分考慮對外接口的前提下十分注重安裝空間的合理利用，因而十分適用于對功能、可靠性、成本、體積及功耗都有嚴格要求的工業系統。為此，虹科推出了BM系列緊湊型工控機來滿足市場的需求。以尺寸最小的BM100為例，該型號的尺寸只有100×100×39.4mm，可以選擇采用書本式、壁掛式和DIN導軌安裝，十分適合空間有限的工業系統。此外，BM系列工控機均采用無風扇設計，排熱效率高，能夠保障工控機設備可靠穩定運行，并且集成了虹科的UBIQUITY遠程協助軟件，能夠通過端到端VPN連接提供遠程協助服務。

虹科BM100工控機

TSN，推動工業網絡IT/OT融合

目前工業制造正在往數字化、網絡化和智能化方向發展，而數字化工廠對通信的互操作性和簡單性要求更高。TSN（時間敏感網絡）是專門為滿足這些要求而設計的新一代以太網技術，推動工業網絡中的IT/OT的融合。

目前大家主要關注的是如何使用這項新技術來實現全面的TSN網絡并在真實場景中驗證其性能？虹科推出TSN解決方案，支持IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1Qav、IEEE 802.1CB、IEEE 8802.1Qci、IEEE 802.1Qbu&IEEE 802.3br、IEEE 802.1Qcc、IEEE 802.1w、IEEE 802.1AB等多種標準，為工業自動化、汽車、鐵路、航空航天和國防等領域的時間敏感網絡技術的測試和驗證提供完整、靈活和強大的解決方案，包括實施TSN網絡骨干網的所有元素，以及將作為talker和listener的端點，以及更深入地了解系統中實現的TSN機制的性能所需的測試工具。

虹科RELY-TSN-KIT，是一個入門套件，包含1個TSN網卡（RELY-TSN-PCIe），1個TSN交換機（RELY-TSN-BRIDGE），1個TSN流量生成器（RELY-TSN-GEN），和1個演示應用程序，用于評估上述TSN相關標準。這里的TSN網卡和TSN交換機組合，允許用戶實現靈活的測試平臺，利用TSN網卡，對通過PCIe接口接收的應用數據進行處理，以便將其注入TSN網絡中。因此，COTS或傳統計算機可作為TSN設備運行，而TSN流量生成器，作為對這些設備的補充，可用于傳輸高達3Gbps的擁塞流量，以驗證TSN技術在最壞情況下的性能。

如果沒有能夠測量傳輸到TSN網絡的流量延遲的測試工具，這些測試平臺仍然不完整。虹科RELY-TSN-LAB是一種實現流量時間戳、錯誤注入或延遲計算的測試工具，可以滿足這一需求。此外，為了進行更深入的分析，虹科RELY-TSN-REC時間戳和記錄在內部256GB硬盤中，具有優化過濾功能。數據保存在PCAP文件中，可以從遠程位置同時訪問，并且可以使用Wireshark等標準應用程序打開。

虹科TSN應用解決方案

最近， 虹科還推出了一款1 2 端口的新型1 GTSN交換機，為終端用戶提供最大的靈活性，支持IEEE 802.1AS 2020、IEEE 802.1Qbv、IEEE802.1Qav、IEEE 802.1CB、IEEE 802.1Qci、IEEE802.1Qbu & IEEE 802.3br、IEEE 802.1Qcc等TSN標準，可通過CNC配置，或通過Netconf通信實現YANG模型化配置文件的任何其他第三方配置系統進行集中配置。此外，該設備還包括其他有價值的機制，如支持優化的屏蔽和匹配流識別以及PCP和DSCP優先級；支持IEEE 802.1X安全標準，該標準是一個基于端口的網絡訪問控制的IEEE標準，用于訪問控制、預防DoS攻擊和診斷的端口鏡像。

虹科12端口TSN交換機

此外，為了滿足不同應用下的客戶對于端口速率的更高要求和網絡功能的更高需求，虹科推出了10G TSN IP開發方案，并計劃在今年推出12端口10G TSN交換機。

OPC UA&OPC UA overTSN，提供了統一的數據互聯基礎

隨著工業4.0、數字化變革等新的業務發展，語義互操作規范統一的需求變得尤為迫切，使得OPC UA成為熱點，其提供了統一的數據互聯基礎標準與規范，為將PROFINET、POWERLINK、EtherCAT、Ethernet/IP、CC-Link IE等不同標準的工業總線協議進行融合。

OPC UA技術是新一代的OPC標準，解決了除Windows外的操作系統不能夠使用OPC通信的限制，得益于基于面向服務的架構，可以在不同的平臺和操作系統（或是裸跑）上實現OPC通信，如PC端、手機端、嵌入式設備等，使用起來更加簡便。其目的是為工廠和企業之間的數據和信息傳遞提供一個和平臺無關的互操作標準，從而打通工業通訊各個層級——從現場級、工廠級到企業級，都可以使用OPC UA的通信方式將數據進行層層傳遞。通過單一端口進行通信及其標準安全協議，為數據的安全性提供了有力保障。

OPC UA實時性并不強，純OPC UA的Server可以做到100毫秒延遲以下，但依然不適用于運動控制等對實時性高要求的應用場景，因此OPC UA overTSN為解決網絡的實時和確定性和面向未來的工業網絡互聯而生。

OPC UA主要解決應用層的問題，而TSN實際上是為了實現異構數據交互、實時與非實時數據在同一通道中傳輸而開發的新的數據鏈路層標準，使得標準以太網具有傳輸實時數據的能力，讓周期與非周期數據在同一網絡中傳輸，大大簡化了集成工作量并且變得更加簡單。所謂OPC UA over TSN就是基于TSN的OPC UA，這一組合提供了一個實時、高確定性并真正獨立于設備廠商的通信網絡。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，TSN+OPC UA在整體上使得在工廠的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。

未來已來，作為鏈條最全、方案最豐富，且兼備技術服務落地的通信技術資源整合商，虹科電子服務的行業客戶已經超過1000家，虹科工程師們一直在萬物互聯的潮流中扮演著如高速公路般的連接作用，這是我們的使命，也是我們的自豪！

摘自《自動化博覽》2022年5月刊