近日, 工業互聯網產業聯盟, 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路, 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 (時間敏感網路, 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, 機器學習和人工智慧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 '最後一公裡' , 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資訊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. 得益於自身在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, 通過類比豐富的真實智能製造場景, 協同其它5大工業互聯場景Demo共同驗證了TSN網路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 '最後一公裡' 願景的集中體現. 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在受邀參加華為於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, 今天我們的合作夥伴華為展示的這個案例再次強調了TSN對於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; 最後, 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已經推出了支援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建立可互操作的測試, 測量和控制系統. '
圖1. NI市場策略與技術理事Rahman Jamal (左5) 受邀參加華為於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. 基於兩台支援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即時通訊的應用場景, 也再次驗證了TSN網路在複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技術如何應用於整個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台NI CompactRIO組合構成Server-Client互聯繫統, 分別連接至步進電機並對其實行運動控制. 而基於TSN技術, 兩個控制節點間可以達到<1us的同步精度. 在测试过程中, NI尝试在TSN环网中发送一系列干扰数据 (如视频串流数据) 时, 系统仍能保持控制操作的准确性与同步性. '这意味着, 基于TSN网络的流量调度功能, 该系统能够有效协调OT与IT数据传输的优先级, 保证控制信号传输的确定性和实时性. ' 易曦露补充道.
圖3. 聯合華為, NI發布基於TSN技術的運動控制同步系統.
破解工業互聯的不即時&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, 現有網路難以滿足工業生產高安全, 高即時和高可靠的需求; 另一方面, 由於缺乏統一的標準介面, 普遍面臨互通性差等困境, 因此, 以資訊通信技術為支撐的網路體系成為工業物聯網進階發展的關鍵. 而作為一組位於數據鏈路層的協議簇, 從底層架構中改變了乙太網不確定性的TSN猶如 '天降奇兵' : 可達1Gbit/s的高頻寬; 無縫整合現有應用和標準IT網路的互操作性; 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加速即時化演化的方法論.
圖4. NI認為工業互聯的不斷深化讓高頻寬, 即時性的工業現場資訊交互成為關鍵.
儘管目前TSN仍處於技術定型測試階段, 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, 並將與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.
如果說專註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, 提供了網路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於平台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. 而基於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 (乙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: 所有需要即時監控或即時反饋的工業領域. 對於一家紮根測試測量領域的企業來說, NI是一家客戶及業務範圍遍布全球的 '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 '以軟體為中心' 的戰略核心和深入多行業測試需求的初衷; 另一方面即是專註於當業內出現 '新風口' 出現, 如何基於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晶片的接連推出; 以及思科, Hirschmann等公司推出支援TSN的交換機……當然也包含NI在這兩年持續推出的多款支援TSN的分布式邊緣計算平台:
2016年, NI針對工業物聯網推出首款IP67級, 適用於極端環境的IC-317x系列工業控制器, 為自動化映像處理和控制應用提供最高級別的處理能力和連接性;
NIWEEK 2016上, NI發布支援TSN的嵌入式控制器CompactRIO cRIO-9035和cRIO-9039, 在提供多個即時處理器與FPGA間基於TSN網路同步的基礎上將最高同步精度達到<100ns, 特别适用于搭建分布式控制系统及协调OT+IT流量调度;
NIWEEK 2017上, NI再次推出全新基於TSN的CompactDAQ機箱--cDAQ-9185和cDAQ-9189. 作為專註於分布式測量及同步領域的乙太網機箱, 該款CompactDAQ最高同步精度<100ns, 多跳精度<1μs;
2017年底, NI宣布推出堅固耐用的分布式同步FieldDAQ設備, 並將TSN 引入最嚴苛的測試單元和室外環境. 由於FieldDAQ整合了TSN, 因而可支援大部分工業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, 並將其應用在更多的工業互聯場景中.
以生態包圍產品, NI攜行業標杆企業共同 '攪動' TSN風口
對內, 專註積累自身技術優勢; 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佔據重要一席. 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體驗技術平台; 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柔性製造, 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現場測試平台的演示, 展示來自12家公司在TSN網路上的合作. 2017年底, NI更是在其全球首個TSN體驗技術平台中加入了年度新品--基於TSN的CompactDAQ機箱. 通過和傳統基於UDP進行資訊傳輸的比較, 再次驗證了TSN能夠保持時間敏感數據的優先傳輸, 從而實現即時性和確定性, 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, 致力於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.
