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華為聯合伙伴發布覆蓋6大場景的TSN+OPC UA測試床,NI TSN技術成關鍵一環

作者:電子信息產業網來源:中國電子報、電子信息產業網發布時間:2018-05-18 10:20我要評論

近日,工業互聯網產業聯盟(AII)、Avnu聯盟、邊緣計算產業聯盟(ECC)、Fraunhofer FOKUS、華為、美國國家儀器(NI)、施耐德電氣、貝加萊(B&R)等超過20家國際組織和業界知名廠商組成的“工業互聯半壁江山”,在全球規模最大的工業展會——2018德國漢諾威工業博覽會上,聯合發布了包含預測性維護網絡、運動控制同步場景、繪圖運動控制等工業互聯六大場景的TSN(時間敏感網絡,Time Sensitive Networking)+OPC UA(OPC統一架構)測試床。眾所周知,TSN與OPC UA的結合是預測性維護、數據分析、機器學習和人工智能等新技術的關鍵推動因素,更是幫助工業企業落地工業互聯網“最后一公里”,提高設備綜合效率、降低成本的重要支撐。

此次包含工業互聯6大場景TSN+OPC UA測試床的聯合發布,不僅是向最終實現工業現場信息交互更經濟高效邁出關鍵一步,更將進一步推動行業數字化轉型。得益于自身在TSN領域的多年積累,NI聯合華為在本次發布的TSN+OPC UA測試床中打造了分布式運動控制同步系統,通過模擬豐富的真實智能制造場景,協同其它5大工業互聯場景Demo共同驗證了TSN網絡的高確定性和低時延,同時也是以包含NI、華為在內的這20+家全球領先的國際組織和廠商協力打通工業互聯網“最后一公里”愿景的集中體現。在業內,德國漢諾威工業博覽會素有“全球工業技術發展風向標”之稱,NI市場策略與技術理事 (Business & Technology Fellow)Rahman Jamal在受邀參加華為于2018德國漢諾威工業博覽會同期舉辦的TSN+OPC UA測試床聯合發布儀式時表示,“NI在2016年就加入了由工業互聯網產業聯盟(IIC)牽頭的首個TSN+OPC UA測試床,今天我們的合作伙伴華為展示的這個案例再次強調了TSN對于工業物聯網的重要性,NI在TSN領域的持續投資和領導地位也證明了這一點。”Rahman補充說:“NI作為IEEE組織一部分標準制定團隊的成員,一直扮演著積極的角色;我們也是Avnu聯盟董事會成員;除此之外,NI還是OPC基金會TSN工作組的主席;最后,我們是IIC的積極成員,主導推進了多個測試床項目。除此之外更重要的是,NI已經推出了支持TSN和OPC UA的產品,我們非常自豪能夠將TSN+OPC UA技術落地,作為同步、確定性通信領域的首要解決方案。確保我們的客戶能夠創建可互操作的測試、測量和控制系統。”

圖1. NI市場策略與技術理事Rahman Jamal(左5)受邀參加華為于2018德國漢諾威工業博覽會同期舉辦的TSN+OPC UA測試床聯合發布儀式。

聯合華為發布運動控制同步系統,NI TSN技術不能少!

如前所述,在這個包含6大工業互聯場景的TSN+OPC UA測試床,NI的貢獻聚焦在運動控制同步場景的演示方案。基于兩臺支持TSN功能的NI CompactRIO嵌入式控制器,NI提供了一套分布式運動控制系統的演示方案,結合測試床提供的高可靠性和超低時延TSN環網,展示了多個控制節點間高精度同步與實時通訊的應用場景,也再次驗證了TSN網絡在復雜環境下保障工業場景嚴格同步的高確定性和低時延性。

圖2. NI市場策略與技術理事Rahman Jamal(右一)現場講解NI TSN技術如何應用于整個TSN+OPC UA測試床。

據NI技術市場工程師易曦露介紹,在這套分布式運動控制同步系統的演示方案中,2臺NI CompactRIO組合構成Server-Client互聯系統,分別連接至步進電機并對其實行運動控制。而基于TSN技術,兩個控制節點間可以達到<1us的同步精度。在測試過程中,NI嘗試在TSN環網中發送一系列干擾數據(如視頻串流數據)時,系統仍能保持控制操作的準確性與同步性。“這意味著,基于TSN網絡的流量調度功能,該系統能夠有效協調OT與IT數據傳輸的優先級,保證控制信號傳輸的確定性和實時性。” 易曦露補充道。

圖3. 聯合華為,NI發布基于TSN技術的運動控制同步系統。

破解工業互聯的不實時&不統一,NI認為TSN+OPC UA有心得

聚焦當前工業物聯網發展現狀,從互聯角度而言,一方面,現有網絡難以滿足工業生產高安全、高實時和高可靠的需求;另一方面,由于缺乏統一的標準接口,普遍面臨互通性差等困境,因此,以信息通信技術為支撐的網絡體系成為工業物聯網進階發展的關鍵。而作為一組位于數據鏈路層的協議簇,從底層架構中改變了以太網不確定性的TSN猶如“天降奇兵”:可達1Gbit/s的高帶寬;無縫集成現有應用和標準IT網絡的互操作性;μs級別的確定性傳輸時間以及ns級的節點間時間同步的低延遲/高同步性;高安全性等眾多優勢,都讓TSN成為助力IIoT加速實時化演進的方法論。

圖4. NI認為工業互聯的不斷深化讓高帶寬、實時性的工業現場信息交互成為關鍵。

盡管目前TSN仍處于技術定型測試階段,但近年來TSN確實發展迅速,特別是2017年Avnu聯盟,工業互聯網聯盟(IIC)和OPC基金會宣布在TSN中引入OPC UA,并將與IT-OT行業領導者合作推動工業物聯網和工業4.0應用互操作性的消息給業界帶來不小震動。

如果說專注產品互通性和穩定性的TSN解決的主要是底層數據獲得的問題,提供了網絡通信的高確定性和低時延;OPC UA解決的就是應用層語義解析的問題,它則提供了一個獨立于平臺的面向服務的體系架構,為整個企業的互操作性提供了必要的基礎設施,真正實現了不同廠商、不同設備之間的交互。而基于兩者建立起的統一通道,不僅將徹底統一數據鏈路的服務標準,更有可能打破傳統工業的結構。因此,業界普遍認為TSN與OPC UA的融合將會為整個工業互聯帶來全新局面。目前,已有很多走在技術前端的工業自動化主流廠商著手展開對TSN+OPC UA的研究與實踐,NI正是其中之一。

看好TSN為“工業互聯新風口”,NI TSN產品矩陣不斷延展

追溯至2012年11月,IEEE 802.1任務組正式將AVB(以太網音視頻橋接技術)更名為TSN,同時也確立了TSN的4大應用場景:專業音視頻(Pro AV),汽車控制領域,商用電子領域以及未來最廣泛的應用:所有需要實時監控或實時反饋的工業領域。對于一家扎根測試測量領域的企業來說,NI是一家客戶及業務范圍遍布全球的“全能型”公司,因此NI孵化產品矩陣的著眼點,一方面是堅守自身“以軟件為中心”的戰略核心和深入多行業測試需求的初衷;另一方面即是專注于當業內出現“新風口”出現,如何基于現有產品形成融入新標準、新技術更靈活的獨立組件,去迎合市場和用戶需求的激增。

因此,同在2012年,作為國際工業物聯網聯盟IIC成員,NI成立了TSN任務小組,與思科、英特爾等眾多行業領導者共同定義、標準化和推動TSN的應用。隨著TSN技術的日益成熟,及其與OPC UA的進一步結合,更是在本身就火熱的TSN上加了一把火:業界第一批TSN產品Intel、Broadcom、Marvel TSN芯片的接連推出;以及思科、Hirschmann等公司推出支持TSN的交換機……當然也包含NI在這兩年持續推出的多款支持TSN的分布式邊緣計算平臺:

l 2016年,NI針對工業物聯網推出首款IP67級,適用于極端環境的IC-317x系列工業控制器,為?自?動?化?圖?像?處?理?和?控?制?應?用?提?供?最?高?級?別?的?處?理?能?力?和?連?接性;

l NIWEEK 2016上,NI發布支持TSN的嵌入式控制器CompactRIO cRIO-9035和cRIO-9039,在提供多個實時處理器與FPGA間基于TSN網絡同步的基礎上將最高同步精度達到<100ns,特別適用于搭建分布式控制系統及協調OT+IT流量調度;

l NIWEEK 2017上,NI再次推出全新基于TSN的CompactDAQ機箱——cDAQ-9185?和?cDAQ-9189。作為專注于分布式測量及同步領域的以太網機箱,該款CompactDAQ最高同步精度<100ns,多跳精度<1μs;

l 2017年底,NI宣布推出堅固耐用的分布式同步FieldDAQ設備,并將TSN 引入最嚴苛的測試單元和室外環境。由于FieldDAQ集成了TSN,因而可支持大部分工業I/O和控制廠商(比如博世、貝加萊和施耐德電氣)的第三方TSN解決方案;

圖5. NI持續延展TSN產品矩陣,在全球TSN生態聯盟中實力表姿態。

當然,全新FieldDAQ是除工業控制器、CompactDAQ和CompactRIO之外的又一產品系列,它的推出更將預示NI TSN產品的進一步擴充。在未來,NI還會繼續大力推進TSN技術落地,并將其應用在更多的工業互聯場景中。

以生態包圍產品,NI攜行業標桿企業共同“攪動”TSN風口

對內,專注積累自身技術優勢;對外,積極開拓產業合作邊界,作為測試測量行業的領先企業,NI不僅是工業互聯網聯盟(IIC)的會員,Avnu聯盟的董事會成員(Board of Directors),還是中國邊緣計算產業聯盟(ECC)的常務理事成員,在全球工業互聯生態中占據重要一席。在TSN領域,NI同樣積極打造自身“TSN生態”。

早在NIWEEK 2016,NI就聯合Cisco、Intel推出了全球首個TSN體驗技術平臺;2017年初,NI正式開啟工業物聯網實驗室(Industrial IoT Lab),其中運營重點之一就是TSN柔性制造,希望聯盟思科、Avnu聯盟、英特爾以及賽靈思等業內巨頭,通過TSN現場測試平臺的演示,展示來自12家公司在TSN網絡上的合作。2017年底,NI更是在其全球首個TSN體驗技術平臺中加入了年度新品——基于TSN的CompactDAQ機箱。通過和傳統基于UDP進行信息傳輸的比較,再次驗證了TSN能夠保持時間敏感數據的優先傳輸,從而實現實時性和確定性,確保IT和OT的無縫融合。

其實,早在去年年底的2017邊緣計算產業峰會上,作為邊緣計算產業聯盟(ECC)理事會常務理事成員的NI就已宣布將與聯盟中的一部分核心企業展開合作,致力于將國外領先的技術優勢,例如TSN技術,與國內垂直行業應用場景的特殊性相結合,加速邊緣計算在各行業的落地,而華為正是ECC的創始成員之一。相信不久的將來,也將看到更多由NI助力的應用落地中國工業場景。


責任編輯:陳炳欣
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