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CC-Link協會全球事務局長川副真生

1 前言

當今的制造業，隨著用戶需求的多樣化和復雜化，需要實現萬物互聯并最大限度地利用各種數據，以實現能自主進行最優化制造的“智慧工廠”。

為此，CC-Link協會（CLPA）于2018年11月正式發布了CC-Link IE的次世代網絡，即嶄新的工業開放網絡“CC-Link IE TSN”技術規范。

該網絡在全球率先采用了標準以太網的擴展技術“TSN（Time Sensitive Networking）——時間敏感網絡”。TSN技術正在制定IEEE國際標準，同時各家工業開放式網絡也在探討如何將其融入。

以往的標準以太網通信無法實現在同一鏈路上同時進行控制通信（確保實時性）和信息通信（非實時性通信），現在使用TSN技術中的時間分割通信方式就可以實現。另外，采用了高效的通信協議方式進一步強化了CC-Link IE的性能及功能，同時也實現了高速度和高精度的運動控制。

實現了“FA與IT的融合”和“高速度.高精度控制” 的CC-Link IE TSN網絡加快IoT智慧工廠的建設步伐。

從CC-Link IE TSN的網絡規范發布至2020年4月，一年半時間已有100多種兼容產品在開發中或已經在市場銷售，2020年將正式步入市場應用階段。

2 CC-Link IE TSN的發布背景

實現智慧工廠，實時收集生產現場的數據，在通過邊緣電腦進行技術處理后再無縫傳輸到IT系統至關重要。為了有效利用生產現場的數據，既能保證高速、穩定的通信控制又能向IT系統傳輸大容量信息的網絡不可或缺。也就是生產現場的工業網絡和IT系統網絡的融合尤為重要。

目前生產現場使用著各種工業網絡，卻也面臨著一些課題，如轉換器、網絡配線等建網產品不同的標準、為了保證通信的實時性各種網絡也采用了不同的規范，同時IT網絡與工業網絡之間也存在網線和設備無法共享等課題。而且，為了實現智慧工廠，要求通過裝置和設備的高性能化和高功能化提高生產效率，高水準的運動控制網絡也成為必要，特別是在半導體、新能源鋰電池制造等行業，這類需求尤為顯著。

CC-Link IE TSN網絡正是能夠滿足這些需求。它繼承了現有CC-Link IE網絡的特點，同時采用了TSN技術中的時間分割保證了實時性，并真正實現在同一鏈路上傳輸多種不同規范的網絡數據。同時通過有效的網絡協議，實現了高速度和高精度的運動控制。由此，CC-Link IE TSN可以突破從上位的IT系統到生產現場的FA系統的網絡層次束縛實現一網到底，使擴展制造業的各種應用成為了無限可能。

3 CC-Link IE TSN的優勢

CC-Link IE TSN具有以下4個主要特點：

（1）FA（控制通信）和IT（信息通信）的融合

在進行確保實時性的控制通信的同時，可在同一鏈路上傳輸其他開放式網絡的通信信息、IT系統通信信息，提高了系統構成的自由度，大幅度削減配線成本。

（2）高速度、高精度控制的實現

CC-Link IE TSN采用了在鏈路上的時間同步，實現在固定時間段內同時發送輸入和輸出的通信幀，由此大幅度削減了網絡整體的循環數據的更新時間。而且，在同一鏈路中可以使用不同通信周期的設備，即在維持伺服放大器等需要高性能通信周期的設備性能的同時，可連接遠程I/O等不需要高速通信周期的設備。因此能根據各種設備的特性實現通信周期的最優化、驅動控制性能的最大化，并縮短生產節拍時間。

（3）上線、運營、保全工時的削減

采用TSN規定的時間同步協議，CC-Link IE TSN對應的設備可補正設備間的時間差異，進行高精度的時間同步。

因主站和從站的各自時間戳均以微秒為單位進行校對，所以在網絡發生異常、解析運行記錄時，可以按照正確的時間排序追溯發生異常前的歷史事件，由此能查明故障原因并盡快排除故障恢復系統。

而且，也實現了向IT系統提供具備正確時間屬性的生產現場信息。這樣，用戶通過使用AI（人工智能）數據解析應用工具等進行預測保全時，其精度可以得到進一步的提高。

（4）通過豐富的開發方式實現對應產品量的擴充

CC-Link IE TSN不僅可以用硬件，也可以使用軟件進行開發。在采用ASIC、FPGA實現高速控制的開發方式的基礎上，增加了在標準以太網芯片上用軟件協議棧的方式開發主站及從站產品的方法。通信速度也在原有的1Gbps基礎上，增加了對應100Mbps的選擇項。

通過如此多樣化的開發方式，各種設備對應CC-Link IE TSN就變得更加簡單，而豐富的對應產品也將為用戶帶來便利和效益。

4 未來發展方向

在智慧工廠時代，工業網絡的作用日益重要，為了進一步擴大其應用領域，我們正在推進以下相關技術的開發和應用。

（1）用于智慧工廠的5G等無線技術的采用進一步實現效率化

當今網絡系統使用無線技術的要求日益強烈，CLPA于2019年6月與相關合作企業共同成立了“無線對應工作組”，推進應用從現有的Wi-Fi到未來的5G等無線技術。

（2）加強互聯互通性

至今，CLPA積極與OPC Foundation、PI組織（ProfibusInternational）、FDT Group（DTM技術）等規范/標準團體開展著公開的合作，今后將通過TSN技術進一步強化與其他工業開放網絡的互聯互通相關合作，共同實現最大限度地利用萬物互連的信息數據。

（3）國際標準、行業標準、國家標準等標準化活動推進

繼CC-Link IE已取得的IEC61784國際標準外，還將推進在半導體、FPD行業的全球行業標準SEMI、中國、韓國等各國的國家標準等的申請認證。

（4）光纖的使用對應

為了對應長距離使用以及在耐高噪音的領域的應用，CLPA也正在加速網絡的光纖對應。

今年正值CLPA成立20周年，我們將與所有的客戶和合作伙伴一起，加速推進工業開放式網絡CC-Link IE TSN的發展，使其成為構建自主制造的“智慧工廠”的最優化網絡基盤。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊