倍福：打造高效、灵活、安全的工业通讯网络

一直以来，工业通讯技术与工业控制系统相伴而生，是工业控制发展的关键技术。当前，随着数字化时代的到来，新型工业制造模式对于工业控制系统提出了新的需求，也同时对于工业通讯技术提出了新的挑战。作为一家技术驱动型公司，从Ethernet传统现场总线到EtherCAT，倍福一直致力为用户打造打造高效、灵活、安全的工业通讯网络。面对新的需求和挑战，倍福将如何融合5G、TSN等新技术，推动面向未来工业通讯网络的创新和发展，本期专题特邀德国倍福公司技术推广经理范斌进行深入解读。

自动化博览：近两年倍福在工业通讯技术上的突出创新有哪些？

范斌：倍福敏锐捕捉工控通讯行业中的新技术，并持续跟踪。这包括倍福与EtherCAT技术协会、OPC基金会、TSN、5G相关组织的密切合作。近两年，倍福研发了EtherCAT G/G10，该技术基于EtherCAT，带宽升至千兆和万兆。EtherCAT G主要面向需要更大数据量实时传输的工业控制场合，如视频或者图像文件传输的场景，高端测量测试等场景。该技术是基于EtherCAT技术的创新，主要表现在以下两大方面：首先考虑到EtherCAT技术的一致性的问题，EtherCAT G因为采用完全相同的运行机制，全面兼容EtherCAT技术，因此，现有的EtherCAT产品可以在EtherCAT G的网络中继续使用，并且网络自动适配不同的协议产品；其次，通过分支控制器，EtherCAT G网络的效率相对于EtherCAT可以提升7倍。

德国倍福公司技术推广经理范斌

自动化博览：对于不同的企业，有其各自的通信技术具体需求，但其本质上是为了实现设备间的互联。众多工业通讯技术，倍福如何以最佳匹配方案推荐给用户？

范斌：倍福有不同的方案适配不同的通信技术需求。设备间的互联有如下几种情况：

（1）控制系统内部的互联。这类需求的要求一般是高效、高精度、灵活性和易诊断。倍福的产品支持各种常见的工业以太网和现场总线协议。倍福的控制器、I/O、伺服驱动器，电机及其它的柔性运动控制输送系统可以自组系统，也可以通过常见的协议链接第三方的设备。

（2）控制器与控制器的互联互通。因为实施了OPC UA，倍福的控制器之间，或者倍福的控制器与第三方控制器之间可以通过OPC UA进行互联互通。

（3）控制器与云的链接。倍福通过TwinCAT IoT和TwinCAT Analysis软件，可以将PLC的数据通过MQTT、AMQP等方式连接到云上，而且可以在云上进行相关的监控、数据存储和数据分析。

（4）因为倍福有I/O耦合器也支持OPC UA，因此，用户可以将来自现场最底层的I/O数据直接通过OPC UA传送到边缘服务器或者云上，而不经过本地的运算。

对于不同的用户需求，倍福的这些方案可以集成匹配，比如可以在同一台控制器上实现所有的互通互联的接口，也可以将每一层采用独立的控制器/边缘服务器实现相应的功能，非常灵活。而这一切便捷高效的选择和切换都是源于倍福基于PC的控制系统。

自动化博览：安全问题在智能制造时代是工业通信需要重点关注的问题，其中包括制造与操作的功能安全与数据存储于处理的信息安全。在这两方面倍福如何考虑？有何举措帮助用户？

范斌：安全问题至关重要。安全分为信息安全security和功能安全safety。

信息安全主要是源于来自外网的恶意攻击，这种攻击通常是利用IP进行传输的，主要的应对方式是增加防火墙等IT方式。倍福公司的EtherCAT系统，因为不采用IP传输，所以在系统内部并没有信息安全的问题。因此当控制系统是一个独立的控制系统而没有任何对外连接的时候，基本不存在经过网络传输的信息安全问题。如果控制系统有对外的IP链接，则需要确保该台控制器已经有足够的防火墙保护。

而功能安全是控制系统的一部分，通过专用的或者集成到通讯中的黑色通道，实现功能安全网络的数据传输，将安全PLC的指令发送到安全设备实现安全保护的功能。对于功能安全，倍福有两种方案可选，一种是传统的独立的功能安全系统，独立的安全PLC通过单独的安全网络链接所有的安全设备；而另一种则是将安全网络集成在了控制通讯网络中，安全PLC通过黑色通道与每一个安全设备进行数据交换，在此使用FSoE（Functional safety over EtherCAT）协议。这样做的好处是安全网络和PLC网络合二为一，降低成本和工程量，甚至节省了空间。

自动化博览：随着5G技术的不断发展，将产生多种实用高效的先进通讯整体解决方案，作为一种远程无线通信技术，您认为5G技术将如何促进智能制造的发展？倍福未来是否会涉猎该项技术？

范斌：倍福是工业物联与自动化5G联盟的创始会员。我们持续跟踪着该技术在工业领域的应用，受华为的邀请合作进行相关测试。5G技术的三个特性非常瞩目，即带宽优势，海量机器通讯，以及高可靠低延迟特性。然而，对于某一个应用来讲，不能同时实现这三个特性。比如，如果需利用其低延迟合可靠性的特性，可能无法获得峰值带宽和用户体验数据速率。目前，我们测试了如下几个场景：

·控制器之间采用5G通讯，实现两个控制系统的同步；

·风机控制系统内部，轮毂和机舱之间的通讯采用5G，从而取代滑环结构；

·港口车辆AGV的远程监控；

·机床的手持设备与机床之间的通讯。

如上的应用分别利用了5G技术的不同特性：第一个应用利用了5G的可靠性和低延迟性；而其他应用利用了其移动性。因此，在工业领域具体的应用中，需要根据应用的需求配合使用。

自动化博览：智能制造时代突出了工业互联网的重要性，工业互联网在各制造领域的拓展也在不断创新，倍福在此方面有何举措？

范斌：工业互联网对于制造业的重要性主要体现在如下几个方面：更高效的传输性能；更好的互通互联性；开放性；标准化。在设备的控制系统实现了更高效的数据传输后，提高了自身的控制能力和工作效率；而设备拥有了互通互联的能力后，设备间可以更好地协同工作，为实现智能化提供了基础。同时，因为设备可以更高效联网进行互联互通的操作，就要求设备具有标准化和开放性。标准化是编程的标准化，接口的标准化；而开放性则指程序的开放性，通讯的开放性。

倍福自80年代提出的基于PC的控制概念正是符合智能制造的理念。在2003年，倍福推出并开放的EtherCAT技术也为工业互联网打好了基础。而标准化、开放性是倍福产品研发一直秉承的基本路线。目前，倍福的产品家族，包括TwinCAT软件平台、适用于不同场合的工业PC和嵌入式PC、支持几百种信号类型和总线协议的I/O端子以及运动控制系统，都是PC控制+EtherCAT理念的最佳实践。此外，随着智能制造和工业互联网的发展，我们推出了OPC UA、EtherCAT、IoT、大数据、HMI、Vision等新的产品，逐渐完善倍福系统与智能制造和工业互联网应用的适配。我们通过密切跟踪新的技术，如TSN和5G等，在适当的时候，也将推出相应的产品。

摘自《自动化博览》2020年5月刊

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