华为联合伙伴发布覆盖6大场景的TSN+OPC UA测试床,NI TSN技术成关键一环

2018-05-09 22:05 企业新闻   来源:美国国家仪器

导读NI联合华为在本次发布的TSN+OPC UA测试床中打造了分布式运动控制同步系统,通过模拟丰富的真实智能制造场景,协同其它5大工业互联场景Demo共同验证了TSN网络的高确定性和低时延  

近日,工业互联网产业联盟(AII)、Avnu联盟、边缘计算产业联盟(ECC)、Fraunhofer FOKUS、华为、美国国家仪器(NI)、施耐德电气、贝加莱(B&R)等超过20家国际组织和业界知名厂商组成的“工业互联半壁江山”,在全球规模最大的工业展会——2018德国汉诺威工业博览会上,联合发布了包含预测性维护网络、运动控制同步场景、绘图运动控制等工业互联六大场景的TSN(时间敏感网络,Time Sensitive Networking)+OPC UA(OPC统一架构)测试床。众所周知,TSN与OPC UA的结合是预测性维护、数据分析、机器学习和人工智能等新技术的关键推动因素,更是帮助工业企业落地工业互联网“最后一公里”,提高设备综合效率、降低成本的重要支撑。

此次包含工业互联6大场景TSN+OPC UA测试床的联合发布,不仅是向最终实现工业现场信息交互更经济高效迈出关键一步,更将进一步推动行业数字化转型。得益于自身在TSN领域的多年积累,NI联合华为在本次发布的TSN+OPC UA测试床中打造了分布式运动控制同步系统,通过模拟丰富的真实智能制造场景,协同其它5大工业互联场景Demo共同验证了TSN网络的高确定性和低时延,同时也是以包含NI、华为在内的这20+家全球领先的国际组织和厂商协力打通工业互联网“最后一公里”愿景的集中体现。在业内,德国汉诺威工业博览会素有“全球工业技术发展风向标”之称,NI市场策略与技术理事 (Business & Technology Fellow)Rahman Jamal在受邀参加华为于2018德国汉诺威工业博览会同期举办的TSN+OPC UA测试床联合发布仪式时表示,“NI在2016年就加入了由工业互联网产业联盟(IIC)牵头的首个TSN+OPC UA测试床,今天我们的合作伙伴华为展示的这个案例再次强调了TSN对于工业物联网的重要性,NI在TSN领域的持续投资和领导地位也证明了这一点。”Rahman补充说:“NI作为IEEE组织一部分标准制定团队的成员,一直扮演着积极的角色;我们也是Avnu联盟董事会成员;除此之外,NI还是OPC基金会TSN工作组的主席;最后,我们是IIC的积极成员,主导推进了多个测试床项目。除此之外更重要的是,NI已经推出了支持TSN和OPC UA的产品,我们非常自豪能够将TSN+OPC UA技术落地,作为同步、确定性通信领域的首要解决方案。确保我们的客户能够创建可互操作的测试、测量和控制系统。”

图1. NI市场策略与技术理事Rahman Jamal(左5)受邀参加华为于2018德国汉诺威工业博览会同期举办的

TSN+OPC UA测试床联合发布仪式。

联合华为发布运动控制同步系统,NI TSN技术不能少!

如前所述,在这个包含6大工业互联场景的TSN+OPC UA测试床,NI的贡献聚焦在运动控制同步场景的演示方案。基于两台支持TSN功能的NI ComPACtRIO嵌入式控制器,NI提供了一套分布式运动控制系统的演示方案,结合测试床提供的高可靠性和超低时延TSN环网,展示了多个控制节点间高精度同步与实时通讯的应用场景,也再次验证了TSN网络在复杂环境下保障工业场景严格同步的高确定性和低时延性。

图2. NI市场策略与技术理事Rahman Jamal(右一)现场讲解NI TSN技术如何应用于整个TSN+OPC UA测试床。

据NI技术市场工程师易曦露介绍,在这套分布式运动控制同步系统的演示方案中,2台NI CompactRIO组合构成Server-Client互联系统,分别连接至步进电机并对其实行运动控制。而基于TSN技术,两个控制节点间可以达到<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。


图3. 联合华为,NI发布基于TSN技术的运动控制同步系统。

破解工业互联的不实时&不统一,NI认为TSN+OPC UA有心得

聚焦当前工业物联网发展现状,从互联角度而言,一方面,现有网络难以满足工业生产高安全、高实时和高可靠的需求;另一方面,由于缺乏统一的标准接口,普遍面临互通性差等困境,因此,以信息通信技术为支撑的网络体系成为工业物联网进阶发展的关键。而作为一组位于数据链路层的协议簇,从底层架构中改变了以太网不确定性的TSN犹如“天降奇兵”:可达1Gbit/s的高带宽;无缝集成现有应用和标准IT网络的互操作性;μs级别的确定性传输时间以及ns级的节点间时间同步的低延迟/高同步性;高安全性等众多优势,都让TSN成为助力IIoT加速实时化演进的方法论。

图4. NI认为工业互联的不断深化让高带宽、实时性的工业现场信息交互成为关键。

尽管目前TSN仍处于技术定型测试阶段,但近年来TSN确实发展迅速,特别是2017年Avnu联盟,工业互联网联盟(IIC)和OPC基金会宣布在TSN中引入OPC UA,并将与IT-OT行业领导者合作推动工业物联网和工业4.0应用互操作性的消息给业界带来不小震动。

如果说专注产品互通性和稳定性的TSN解决的主要是底层数据获得的问题,提供了网络通信的高确定性和低时延;OPC UA解决的就是应用层语义解析的问题,它则提供了一个独立于平台的面向服务的体系架构,为整个企业的互操作性提供了必要的基础设施,真正实现了不同厂商、不同设备之间的交互。而基于两者建立起的统一通道,不仅将彻底统一数据链路的服务标准,更有可能打破传统工业的结构。因此,业界普遍认为TSN与OPC UA的融合将会为整个工业互联带来全新局面。目前,已有很多走在技术前端的工业自动化主流厂商着手展开对TSN+OPC UA的研究与实践,NI正是其中之一。

看好TSN为“工业互联新风口”,NI TSN产品矩阵不断延展

追溯至2012年11月,IEEE 802.1任务组正式将AVB(以太网音视频桥接技术)更名为TSN,同时也确立了TSN的4大应用场景:专业音视频(Pro AV),汽车控制领域,商用电子领域以及未来最广泛的应用:所有需要实时监控或实时反馈的工业领域。对于一家扎根测试测量领域的企业来说,NI是一家客户及业务范围遍布全球的“全能型”公司,因此NI孵化产品矩阵的着眼点,一方面是坚守自身“以软件为中心”的战略核心和深入多行业测试需求的初衷;另一方面即是专注于当业内出现“新风口”出现,如何基于现有产品形成融入新标准、新技术更灵活的独立组件,去迎合市场和用户需求的激增。

因此,同在2012年,作为国际工业物联网联盟IIC成员,NI成立了TSN任务小组,与思科、英特尔等众多行业领导者共同定义、标准化和推动TSN的应用。随着TSN技术的日益成熟,及其与OPC UA的进一步结合,更是在本身就火热的TSN上加了一把火:业界第一批TSN产品Intel、Broadcom、Marvel TSN芯片的接连推出;以及思科、Hirschmann等公司推出支持TSN的交换机……当然也包含NI在这两年持续推出的多款支持TSN的分布式边缘计算平台:

l 2016年,NI针对工业物联网推出首款IP67级,适用于极端环境的IC-317x系列工业控制器,为​自​动​化​图​像​处​理​和​控​制​应​用​提​供​最​高​级​别​的​处​理​能​力​和​连​接性;

l NIWEEK 2016上,NI发布支持TSN的嵌入式控制器CompactRIO cRIO-9035和cRIO-9039,在提供多个实时处理器与FPGA间基于TSN网络同步的基础上将最高同步精度达到<100ns,特别适用于搭建分布式控制系统及协调OT+IT流量调度;

l NIWEEK 2017上,NI再次推出全新基于TSN的CompactDAQ机箱——cDAQ-9185​和​cDAQ-9189。作为专注于分布式测量及同步领域的以太网机箱,该款CompactDAQ最高同步精度<100ns,多跳精度<1μs;

l 2017年底,NI宣布推出坚固耐用的分布式同步FieldDAQ设备,并将TSN 引入最严苛的测试单元和室外环境。由于FieldDAQ集成了TSN,因而可支持大部分工业I/O和控制厂商(比如博世、贝加莱和施耐德电气)的第三方TSN解决方案;

图5. NI持续延展TSN产品矩阵,在全球TSN生态联盟中实力表姿态。

当然,全新FieldDAQ是除工业控制器、CompactDAQ和CompactRIO之外的又一产品系列,它的推出更将预示NI TSN产品的进一步扩充。在未来,NI还会继续大力推进TSN技术落地,并将其应用在更多的工业互联场景中。

以生态包围产品,NI携行业标杆企业共同“搅动”TSN风口

对内,专注积累自身技术优势;对外,积极开拓产业合作边界,作为测试测量行业的领先企业,NI不仅是工业互联网联盟(IIC)的会员,Avnu联盟的董事会成员(Board of Directors),还是中国边缘计算产业联盟(ECC)的常务理事成员,在全球工业互联生态中占据重要一席。在TSN领域,NI同样积极打造自身“TSN生态”。

早在NIWEEK 2016,NI就联合Cisco、Intel推出了全球首个TSN体验技术平台;2017年初,NI正式开启工业物联网实验室(Industrial IoT Lab),其中运营重点之一就是TSN柔性制造,希望联盟思科、Avnu联盟、英特尔以及赛灵思等业内巨头,通过TSN现场测试平台的演示,展示来自12家公司在TSN网络上的合作。2017年底,NI更是在其全球首个TSN体验技术平台中加入了年度新品——基于TSN的CompactDAQ机箱。通过和传统基于UDP进行信息传输的比较,再次验证了TSN能够保持时间敏感数据的优先传输,从而实现实时性和确定性,确保IT和OT的无缝融合。

其实,早在去年年底的2017边缘计算产业峰会上,作为边缘计算产业联盟(ECC)理事会常务理事成员的NI就已宣布将与联盟中的一部分核心企业展开合作,致力于将国外领先的技术优势,例如TSN技术,与国内垂直行业应用场景的特殊性相结合,加速边缘计算在各行业的落地,而华为正是ECC的创始成员之一。相信不久的将来,也将看到更多由NI助力的应用落地中国工业场景。

关于NI

NI以软件为中心的平台集成了模块化硬件和庞大的生态系统,助力工程师和科学家应对各种挑战。 这一久经验证的方法可让用户完全自主地定义所需的一切来加速测试测量和控制应用的系统设计。 NI解决方案可帮助用户构建超出预期的高性能系统,快速适应需求的变化,最终改善人类的生活。

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