专家解读：工业通讯 CC-Link IE TSN到底有多强？

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CC-Link IE TSN在全球率先将千兆以太网带宽与时间敏感网络(TSN) 相结合，在确保控制数据通信实时性的同时，实现在同一个网络中与其它开放式网络、以及与IT系统的数据通信，支持FA与IT的有效融合。TSN是IEEE以太网相关标准的补充，适用于各种开放式工业网络中。CC-Link IE TSN 使用时间分割和时间同步的方式，实现了控制信息通信(确保实时性)和管理信息通信(非实时通信)的共存，为实现智慧工厂提供了技术保障。

第一部：前言

当今的制造业，随着用户需求的多样化和复杂化，需要实现万物互联并最大限度地利用各种数据，以实现能自主进行最优化制造的“智慧工厂”。为此，CC-Link协会（CLPA）于2018年11月正式发布了CC-Link IE的次世代网络，即崭新的工业开放网络“CC-Link IE TSN”技术规范。

该网络在全球率先采用了标准以太网的扩展技术“TSN（Time Sensitive Networking）——时间敏感网络”。TSN技术正在制定IEEE国际标准，同时各家工业开放式网络也在探讨如何将其融入。

以往的标准以太网通信无法实现在同一链路上同时进行控制通信（确保实时性）和信息通信（非实时性通信），现在使用TSN技术中的时间分割通信方式就可以实现。另外，采用了高效的通信协议方式进一步强化了CC-Link IE的性能及功能，同时也实现了高速度和高精度的运动控制。实现了“FA与IT的融合”和“高速度.高精度控制” 的CC-Link IE TSN网络加快IoT智慧工厂的建设步伐。

从CC-Link IE TSN的网络规范发布至2020年4月，一年半时间已有100多种兼容产品在开发中或已经在市场销售，2020年将正式步入市场应用阶段。

第二部：CC-Link IE TSN的历史背景

实现智慧工厂，实时收集生产现场的数据，在通过边缘电脑进行技术处理后再无缝传输到IT系统至关重要。为了有效利用生产现场的数据，既能保证高速、稳定的通信控制又能向IT系统传输大容量信息的网络不可或缺。也就是生产现场的工业网络和IT系统网络的融合尤为重要。

目前生产现场使用着各种工业网络，却也面临着一些课题，如转换器、网络配线等建网产品不同的标准、为了保证通信的实时性各种网络也采用了不同的规范，同时IT网络与工业网络之间也存在网线和设备无法共享等课题。而且，为了实现智慧工厂，要求通过装置和设备的高性能化和高功能化提高生产效率，高水准的运动控制网络也成为必要，特别是在半导体、新能源锂电池制造等行业，这类需求尤为显著。

CC-Link IE TSN网络正是能够满足这些需求。它继承了现有CC-Link IE网络的特点，同时采用了TSN技术中的时间分割保证了实时性，并真正实现在同一链路上传输多种不同规范的网络数据。同时通过有效的网络协议，实现了高速度和高精度的运动控制。由此，CC-Link IE TSN可以突破从上位的IT系统到生产现场的FA系统的网络层次束缚实现一网到底，使扩展制造业的各种应用成为了无限可能。CC-Link

第三部：CC-Link IE TSN的主要优势

（1）FA（控制通信）和IT（信息通信）的融合
首先，实现FA与IT的融合。可进行网络的整合，系统构成的自由度增加，配线成本降低；通过采用TSN技术，CC-Link IE TSN 及TCP/IP、其他网络的各种协议可分割成时间段在同一网络线上混合存在；即使有非实时性信息通信混在，也可保证控制通信的实时性，对系统控制不造成影响，方便利用普通的IP通信设备。


（2）高速度、高精度控制的实现其次，高速度、高精度的控制实现。CC-Link IE TSN采用了在链路上的时间同步，实现在固定时间段内同时发送输入和输出的通信帧，由此大幅度削减了网络整体的循环数据的更新时间。而且，在同一链路中可以使用不同通信周期的设备，即在维持伺服放大器等需要高性能通信周期的设备性能的同时，可连接远程I/O等不需要高速通信周期的设备。因此能根据各种设备的特性实现通信周期的最优化、驱动控制性能的最大化，并缩短生产节拍时间。



（3）上线、运营、保全工时的削减采用TSN规定的时间同步协议，CC-Link IE TSN对应的设备可补正设备间的时间差异，进行高精度的时间同步。因主站和从站的各自时间戳均以微秒为单位进行校对，所以在网络发生异常、解析运行记录时，可以按照正确的时间排序追溯发生异常前的历史事件，由此能查明故障原因并尽快排除故障恢复系统。而且，也实现了向IT系统提供具备正确时间属性的生产现场信息。这样，用户通过使用AI（人工智能）数据解析应用工具等进行预测保全时，其精度可以得到进一步的提高。使用普通软件工具进行诊断，通过多样的诊断方法扩大诊断范围，获取正确的诊断信息，在网络故障发生时可迅速进行原因分析和系统复位；正确的时间戳记录数据能够用于解析应用之中，可提高预知保全精度。


（4）通过丰富的开发方式实现对应产品量的扩充CC-Link IE TSN不仅可以用硬件，也可以使用软件进行开发。在采用ASIC、FPGA实现高速控制的开发方式的基础上，增加了在标准以太网芯片上用软件协议栈的方式开发主站及从站产品的方法。通信速度也在原有的1Gbps基础上，增加了对应100Mbps的选择项。通过如此多样化的开发方式，各种设备对应CC-Link IE TSN就变得更加简单，而丰富的对应产品也将为用户带来便利和效益。通过多样的开发方式扩大兼容产品数量，可迅速扩充对应产品阵容，从专用ASIC/FPGA嵌装的高功能产品到使用普通以太网芯片用软件协议栈开发的低成本产品，可对应各种类型的产品开发；丰富的兼容产品组合，可进行灵活的兼容产品构成组合。


第四部：CC-Link IE TSN的应用领域

（1）控制通信和信息通信的融合可进行线型、星型等混合连接的自由配置，也可进行环型连接，在异常发生时利用环回功能可持续通信，可于IT系统的无缝连接以及无线通信。


（2）使用普通IP通信产品及高度的驱动控制设备

伺服、视觉可高精度地时间同步，因此在移动工件时视觉传感器也可把握正确的工件位置，可大幅度降低节拍时间。



（3）广泛的行业适用性

在充分利用以太网设备的同时，因重新定义协议实现了高速的控制通信，使适应汽车、电力电子、3C等各个领域的应用。



第五部：CC-Link IE TSN的发展方向

（1）用于智慧工厂的5G等无线技术的采用进一步实现效率化当今网络系统使用无线技术的要求日益强烈，CLPA于2019年6月与相关合作企业共同成立了“无线对应工作组”，推进应用从现有的Wi-Fi到未来的5G等无线技术。

（2）加强互联互通性至今，CLPA积极与OPC Foundation、PI组织（ProfibusInternational）、FDT Group（DTM技术）等规范/标准团体开展着公开的合作，今后将通过TSN技术进一步强化与其他工业开放网络的互联互通相关合作，共同实现最大限度地利用万物互连的信息数据。
（3）国际标准、行业标准、国家标准等标准化活动推进继CC-Link IE已取得的IEC61784国际标准外，还将推进在半导体、FPD行业的全球行业标准SEMI、中国、韩国等各国的国家标准等的申请认证。

（4）光纤的使用对应
为了对应长距离使用以及在耐高噪音的领域的应用，CLPA也正在加速网络的光纤对应。今年正值CLPA成立20周年，我们将与所有的客户和合作伙伴一起，加速推进工业开放式网络CC-Link IE TSN的发展，使其成为构建自主制造的“智慧工厂”的最优化网络基盘。本文系根据三菱官方新闻和CC-Link协会全球事务局长 川副真生的文章整理编辑而成。

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