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★本刊記者/文曉

虹科電子科技有限公司智能自動化事業部部長 江麗鳳

作為一家高新技術企業，虹科是國內為數極少的在OT領域深耕多年并技術經驗全面的解決方案供應商。虹科業務涵蓋工業和制造業的自動化和數字化、汽車研發測試、自動駕駛、半導體、軌道交通、航空航天等領域。在工業通訊方面，虹科可提供各類通信協議的軟硬件一站式解決方案，通信技術類型涉及工業自動化通訊協議CAN/CAN FD、CANopen、EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP、IO-Link、OPCUA、MQTT、TSN、HSR/PRP等，解決方案包含源代碼、芯片/模塊、板卡、網關、IO、工控機、繼電器、TSN測試方案、培訓和開發服務等。

在2022年，虹科為超過1500家客戶提供工業通訊解決方案，以CAN卡、嵌入式通訊模塊、IO模塊、TSN測試設備為代表的優質產品得到了用戶的大量好評。在原有產品線的基礎上，虹科在2022年不斷加大研發投入，其中已集成PROFINET協議的自研嵌入式通訊模塊幫助終端用戶快速拓展PROFINET通訊接口，節省產品研發時間和成本；而集成IOLink協議的自研通訊模塊則幫助用戶快速開發支持IO-Link功能的傳感器、集線器；此外，自研I/O、網關等項目皆有不錯的進展，有望在2023年取得階段性的進步。虹科電子科技有限公司智能自動化事業部部長江麗鳳表示：“虹科希望能夠為工業制造領域提供更加精密、智能、高效、耐用的優秀產品，為提升中國制造產品工藝、生產效率、智能水平助力加碼，并致力于打造工業自動化領域方案的一站式平臺。”

布局TSN以推動OT與IT融合

隨著工業自動化、機器人控制等實時應用對通信提出了更高的要求，實時傳輸大量數據并確保其可靠性和準確性的需求也越來越多，傳統的工業通訊技術在這些高要求的應用場景下表現不佳，往往難以達到實時應用的需求，而TSN技術正好能夠解決這一問題。隨著TSN技術的具體實施在不同行業和應用中被廣泛提出和研究，不少技術領先的企業也開始著手布局TSN。對此，江麗鳳表示，作為一種新興的網絡技術，TSN網絡構建與測試需要一定的準備工作和特定的設備。為此，虹科對以往的4端口或12端口的TSN交換機進行升級，最新推出了一款支持20端口的TSN交換機RELY-TSN-BRIDGE，該產品的優勢在于支持市場上數量最多的TSN協議，包括AS、Qbv、Qav、Qcc、Qci、CB，并支持多個TSN特性，如時間同步、帶寬保障、流量隔離和時鐘同步等。此外，該產品的另一個優勢在于它能夠快速適配虹科TSN組網測試方案，該方案包括TSN網卡、TSN交換機、TSN流量記錄儀、TSN測試工具等設備，以及未來可用于模擬，管理和配置大規模網絡和復雜網絡的CNC軟件工具，可實現完整的TSN功能，能夠被用于TSN網絡配置、評估、測試和驗證，并已經通過汽車、鐵路、軌道交通、工業等領域嚴苛工作環境的驗證，幫助用戶快速推動TSN方案落地。

“正如前面所說，虹科關注到了工業領域對于實時性和可靠性的要求正在不斷提高，例如，檢測安全或質量問題可能需要對設備進行近乎實時的操作，從工廠車間的傳感器、設備和機器收集的實時數據可立即被其他工廠資產使用，有利于制造企業進行實時決策，提高生產力、靈活性和敏捷性。TSN技術能夠使不同的設備和裝置之間實現具有透明度和確定性的交互，推動工業網絡上OT與IT的融合，我們相信這項技術將會給整個工業自動化行業帶來巨大變革。”江麗鳳說道。針對這個趨勢，虹科推出了TSN組網測試方案，內含網卡、交換機、流量生成器、TSN流量記錄儀等多個設備，并將其組合劃分為打流套裝、小規模網絡學習套裝、大規模網絡規劃套裝、TSN網絡測試套裝，從而能夠滿足不同客戶的具體需求，快速測試、評估TSN流量并推動TSN項目落地。

致力工業無線通訊未來市場

如今工業領域無線通訊技術由于其自身局限性確實還難以大規模普及，但江麗鳳認為無線通訊這一賽道仍然是充滿機遇：“因為隨著工業4.0（工業物聯網）的發展，機器對機器（M2M）通信，例如連接的機器人、倉庫自動化和工廠加工機械，正變得越來越普遍，并要求更高的可用性、更好的魯棒性、更低的延遲和確定性的模式。在這種發展中，基于電纜的通信根本無法滿足連接設備在靈活性、移動性和監視方面的巨大增長所要求的要求。”在其看來，在特定場景的無線通信，目前已經有了一定的發展，如IO-Link無線技術。IO-Link無線技術旨在取代工業自動化遠程傳感器和執行器控制和監控中的電纜，與原始的IO-Link技術類似，IO-Link無線技術以無線格式提供高可靠性、低延遲、可擴展性、確定性通信、高客戶端密度容量和穩健性。它特別適合滿足工業4.0的需求，并且已經被一些世界上大型的自動化設備制造商和機器制造商實施。在可靠性方面，IO-Link無線技術提供1e-9數據包錯誤率（PER）的可靠性性能級別。相比之下，WiFi、藍牙和ZigBee等無線標準的PER為1e-3，可靠性低6個數量級（一百萬倍）。這是通過用于IO-Link無線中關鍵數據的重復機制實現的。為了確保低延遲，此機制是自動實現的，并由無線電的物理層控制。IO-Link無線技術還使用高斯頻移鍵控（GFSK）調制，這是一種極其強大的調制，用于處理干擾和噪聲。在實時性方面，IO-Link無線技術可提供5毫秒的確定性低延遲，單個IO-Link無線主站最多可支持40個IO-Link無線設備，分為5個軌道。無線主站中的每個軌道最多可支持8個IO-Link無線設備。當前，虹科已經能夠為國內制造商提供IO-Link無線相關的產品，如主站、網關、嵌入式模塊、橋接器等，相信后續將會有更亮眼的發展。

工業互聯網將是工業通訊技術發展的關鍵

隨著OT與IT的逐步融合發展，工業通訊將發揮更重要的作用同時也將進入新的發展階段，而對于工業通訊技術未來發展趨勢，江麗鳳認為：“源于OT與IT融合的趨勢，大量工業設備的聯接要求數據的互通和互操作性，以及網絡的實時和確定性，因而面向未來的工業互聯網將持續是工業通訊技術發展的關鍵。”她進一步詳細解釋道，在工業領域的應用中，目前主要有三類主流的通訊協議技術，包括現場總線、工業以太網以及工業無線。傳統的現場總線主要用于工業現場的控制器、執行器、傳感器等不同設備之間的數據交互，具有較高的可靠性，但其存在傳輸速率低、兼容性差等問題。工業以太網則是由于高速以太網技術、交換式以太網技術以及全雙工通信模式技術的發展及其相互結合和應用，提高了以太網通信的可靠性和實時性，在技術上與IEEE 802.3標準兼容。使用工業以太網技術，還可以方便地連接上層的企業管理層、中層的過程監控層以及底層的現場設備層。與傳統的現場總線相比，工業以太網可以有效地解決現場總線傳輸速率低、設備互通性差的問題，并且工業以太網具有成本低廉、開放性好以及靈活擴展能力強的特點，因此工業以太網逐步將實現對現場總線的逐步替代。不過工業以太網與現場總線存在標準不一、相互無法對接的弊端，隨著TSN時間敏感網絡技術的發展，以及OPC UA定義的與平臺無關的互操作標準的出現，統一通信標準將成為未來的發展方向。同時，5G、IO-Link wireless等技術的進一步成熟，也推進了工業無線通訊的發展，相比于工業有線技術，工業無線具有更加便捷靈活的部署方式，不需要布置冗雜的通訊線纜，輕松實現遠程連接與設備監控，由此帶來的成本節約、可靠性和制造效率將為所需的投資奠定基礎。得益于5G技術的超可靠的連接、強大的帶寬傳輸和超低延遲，以及IO-Link wireless提供的高可靠性、低延遲、可擴展性、確定性通信、高客戶端密度容量和穩健性等功能，可顯著提高效率及更靈活地增加工業附加值。并且，在工業無線場景中，通過TSN和5G的互通融合將為工業互聯網的發展奠定基礎。

“面對這些變化，我們將會更加密切關注技術變化和市場動向，在TSN、IO-Link wireless、OPC UA等技術領域深入探索，積極推出更多優質的產品和方案，為企業的OT與IT的逐步融合提供強有力的支撐。”江麗鳳表示。

摘自《自動化博覽》2023年5月刊