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CC-Link協(xié)會全球事務(wù)局長川副真生

1 前言

當今的制造業(yè)，隨著用戶需求的多樣化和復(fù)雜化，需要實現(xiàn)萬物互聯(lián)并最大限度地利用各種數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)能自主進行最優(yōu)化制造的“智慧工廠”。

為此，CC-Link協(xié)會（CLPA）于2018年11月正式發(fā)布了CC-Link IE的次世代網(wǎng)絡(luò)，即嶄新的工業(yè)開放網(wǎng)絡(luò)“CC-Link IE TSN”技術(shù)規(guī)范。

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

以往的標準以太網(wǎng)通信無法實現(xiàn)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(xiàn)在使用TSN技術(shù)中的時間分割通信方式就可以實現(xiàn)。另外，采用了高效的通信協(xié)議方式進一步強化了CC-Link IE的性能及功能，同時也實現(xiàn)了高速度和高精度的運動控制。

實現(xiàn)了“FA與IT的融合”和“高速度.高精度控制” 的CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)加快IoT智慧工廠的建設(shè)步伐。

從CC-Link IE TSN的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范發(fā)布至2020年4月，一年半時間已有100多種兼容產(chǎn)品在開發(fā)中或已經(jīng)在市場銷售，2020年將正式步入市場應(yīng)用階段。

2 CC-Link IE TSN的發(fā)布背景

實現(xiàn)智慧工廠，實時收集生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，在通過邊緣電腦進行技術(shù)處理后再無縫傳輸?shù)絀T系統(tǒng)至關(guān)重要。為了有效利用生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，既能保證高速、穩(wěn)定的通信控制又能向IT系統(tǒng)傳輸大容量信息的網(wǎng)絡(luò)不可或缺。也就是生產(chǎn)現(xiàn)場的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和IT系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的融合尤為重要。

目前生產(chǎn)現(xiàn)場使用著各種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，卻也面臨著一些課題，如轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)配線等建網(wǎng)產(chǎn)品不同的標準、為了保證通信的實時性各種網(wǎng)絡(luò)也采用了不同的規(guī)范，同時IT網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之間也存在網(wǎng)線和設(shè)備無法共享等課題。而且，為了實現(xiàn)智慧工廠，要求通過裝置和設(shè)備的高性能化和高功能化提高生產(chǎn)效率，高水準的運動控制網(wǎng)絡(luò)也成為必要，特別是在半導(dǎo)體、新能源鋰電池制造等行業(yè)，這類需求尤為顯著。

CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)正是能夠滿足這些需求。它繼承了現(xiàn)有CC-Link IE網(wǎng)絡(luò)的特點，同時采用了TSN技術(shù)中的時間分割保證了實時性，并真正實現(xiàn)在同一鏈路上傳輸多種不同規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。同時通過有效的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)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(tǒng)到生產(chǎn)現(xiàn)場的FA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層次束縛實現(xiàn)一網(wǎng)到底，使擴展制造業(yè)的各種應(yīng)用成為了無限可能。

3 CC-Link IE TSN的優(yōu)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(wǎng)絡(luò)的通信信息、IT系統(tǒng)通信信息，提高了系統(tǒng)構(gòu)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(xiàn)

CC-Link IE TSN采用了在鏈路上的時間同步，實現(xiàn)在固定時間段內(nèi)同時發(fā)送輸入和輸出的通信幀，由此大幅度削減了網(wǎng)絡(luò)整體的循環(huán)數(shù)據(jù)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(shè)備，即在維持伺服放大器等需要高性能通信周期的設(shè)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(shè)備。因此能根據(jù)各種設(shè)備的特性實現(xiàn)通信周期的最優(yōu)化、驅(qū)動控制性能的最大化，并縮短生產(chǎn)節(jié)拍時間。

（3）上線、運營、保全工時的削減

采用TSN規(guī)定的時間同步協(xié)議，CC-Link IE TSN對應(yīng)的設(shè)備可補正設(shè)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(wǎng)絡(luò)發(fā)生異常、解析運行記錄時，可以按照正確的時間排序追溯發(fā)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(fù)系統(tǒng)。

而且，也實現(xiàn)了向IT系統(tǒng)提供具備正確時間屬性的生產(chǎn)現(xiàn)場信息。這樣，用戶通過使用AI（人工智能）數(shù)據(jù)解析應(yīng)用工具等進行預(yù)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(fā)方式實現(xiàn)對應(yīng)產(chǎn)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(fā)。在采用ASIC、FPGA實現(xiàn)高速控制的開發(fā)方式的基礎(chǔ)上，增加了在標準以太網(wǎng)芯片上用軟件協(xié)議棧的方式開發(fā)主站及從站產(chǎn)品的方法。通信速度也在原有的1Gbps基礎(chǔ)上，增加了對應(yīng)100Mbps的選擇項。

通過如此多樣化的開發(fā)方式，各種設(shè)備對應(yīng)CC-Link IE TSN就變得更加簡單，而豐富的對應(yīng)產(chǎn)品也將為用戶帶來便利和效益。

4 未來發(fā)展方向

在智慧工廠時代，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的作用日益重要，為了進一步擴大其應(yīng)用領(lǐng)域，我們正在推進以下相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。

（1）用于智慧工廠的5G等無線技術(shù)的采用進一步實現(xiàn)效率化

當今網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用無線技術(shù)的要求日益強烈，CLPA于2019年6月與相關(guān)合作企業(yè)共同成立了“無線對應(yīng)工作組”，推進應(yīng)用從現(xiàn)有的Wi-Fi到未來的5G等無線技術(shù)。

（2）加強互聯(lián)互通性

至今，CLPA積極與OPC Foundation、PI組織（ProfibusInternational）、FDT Group（DTM技術(shù)）等規(guī)范/標準團體開展著公開的合作，今后將通過TSN技術(shù)進一步強化與其他工業(yè)開放網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通相關(guān)合作，共同實現(xiàn)最大限度地利用萬物互連的信息數(shù)據(jù)。

（3）國際標準、行業(yè)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(dǎo)體、FPD行業(yè)的全球行業(yè)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(yīng)

為了對應(yīng)長距離使用以及在耐高噪音的領(lǐng)域的應(yīng)用，CLPA也正在加速網(wǎng)絡(luò)的光纖對應(yīng)。

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(yè)開放式網(wǎng)絡(luò)CC-Link IE TSN的發(fā)展，使其成為構(gòu)建自主制造的“智慧工廠”的最優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)基盤。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊