采訪——宋華振/貝加萊工業(yè)自動化（中國）有限公司 技術傳播經理

主題：從工業(yè)生產需求來看通信的發(fā)展趨勢

工業(yè)生產早期是以人力/畜力/水力等方式進行傳動，而控制也基本上都是人工的，感知和控制都是由人的大腦來完成的，到了維納控制論和香農信息論奠定了現(xiàn)代控制與通信的基礎，通過通信的“周期性”傳輸將物理對象的狀態(tài)反饋給系統(tǒng)，然后去不斷調整控制策略，這構成了整個現(xiàn)代控制的基礎，那么通信就成了關鍵一環(huán)，在流程工業(yè)就有了計算機網(wǎng)絡，但是這個網(wǎng)絡還是主要在車間層而不是現(xiàn)場，現(xiàn)場層還是依賴于線纜的連接傳輸物理信號，而到了70年代有了總線，首先它就是為了降低接線和系統(tǒng)配置診斷的工程成本，這個階段控制任務還是以主站為主，到了現(xiàn)場總線階段 則可以實現(xiàn)分布式控制，從站具有了很強的本地執(zhí)行能力，然后進行統(tǒng)一協(xié)調，到了實時以太網(wǎng)階段，由于時間粒度已經降低到了微秒級，那么協(xié)同控制，即，主站和主站間、主站/從站間的通信瓶頸被消除了，網(wǎng)絡協(xié)同控制才能成為可能，這個中間總線主要是在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，各家總線為了軟件開發(fā)方便，也定義了各自的應用層標準，Microsoft也針對Windows系統(tǒng)與現(xiàn)場連接開發(fā)了OPC，包括流程領域FDT/DTM的規(guī)范，都是為了實現(xiàn)互操作層面的標準，工業(yè)總線在ISO/OSI模型中通常還是由三層或五層結構來實現(xiàn)，以考慮實時性問題，而到了近期，隨著智能制造、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需求，又需要解決車間、MES/ERP、數(shù)字孿生、人工智能、云平臺等與現(xiàn)場連接的通信難題，即，周期性和非周期性能不能在一個網(wǎng)絡里傳輸，又需要解決語義互操作的跨平臺交互問題，這個時候，人們又回到當時以太網(wǎng)初期階段，是否可以讓標準以太網(wǎng)有實時性呢？就開始了TSN技術的開發(fā)，這一技術旨在借助于IT的廣泛性降低網(wǎng)絡實現(xiàn)成本，并由獨立于任何廠商的IEEE/IEC來發(fā)展產業(yè)共同的通信規(guī)范與標準，在應用層，那么原有的OPC只能針對Windows就無法滿足要求，推出了統(tǒng)一架構OPC UA，OPC UA不僅解決IT與OT的通信連接，還解決信息建模，這就為數(shù)字孿生、人工智能提供了模型，便于更為快速的實現(xiàn)優(yōu)化應用，降低因此而需的工程集成成本。

因此，工業(yè)通信的發(fā)展是一個不斷融合、簡化，并以用戶需求為導向的過程，滿足工業(yè)更為簡單的連接、更便利的工程集成、更為開放的訴求。

專題采訪

1 近兩年貴公司在工業(yè)通訊行業(yè)中的突出創(chuàng)新有哪些？

答：在工業(yè)通信領域，顯然貝加萊是積極的技術領先者，在90年代就已經在控制器中支持CAN總線，以及其他主流的現(xiàn)場總線，在最近兩年，貝加萊主要聚焦于TSN技術與OPC UA融合的開發(fā)，在2015年IEEE成立時間敏感型網(wǎng)絡的工作組時貝加萊即已參與了工作組，并在2019年9月在奧地利與TTTech、Rexroth、FESTO等公司共同發(fā)起了TSN的Kick-off會議，在2017年底的SPS展會就已經推出了工程樣機構成的演示系統(tǒng)，并參與美國IIC、歐洲LNI的測試床，2018年漢諾威展也與華為一起參與了TSN聯(lián)合測試床的發(fā)布，在2019年TSN的控制器（X20系列）、APC、TSN交換機就已經進入產品系列化階段，2020年的Automation Studio 4.9版本將發(fā)布集成于其中的OPC UA over TSN的配置工具，當然，TSN產品也會接受來自第三方的軟件工具配置，這個進度目前需要與IEEE/IEC 60802工作組共同推進，目前進行中。

2 安全問題在智能制造時代是工業(yè)通信需要重點關注的問題，其中包括制造與操作的功能安全與數(shù)據(jù)存儲于處理的信息安全。在這兩方面貴公司如何考慮？有何舉措幫助用戶？

答：是的，傳統(tǒng)上，工業(yè)總線如之前POWERLINK由于是一種工業(yè)實時網(wǎng)絡，它與IT的標準網(wǎng)絡實際上是通過硬件實現(xiàn)隔離，包括調度機制的不同，因此，通常也很難出現(xiàn)安全性問題，當采用OPC UA over TSN后，就必須考慮安全性問題，首先OPC UA本身就有其自有的安全機制，然后我們也會在系統(tǒng)中支持IEC相關標準，這方面的開發(fā)已經會集成到整個Automation Studio的網(wǎng)絡配置工具中，這是在產品與軟件集成方面的工作。

另外一個方面，貝加萊基于我們本身的業(yè)務需要，為客戶提供了一個稱為SRM安全遠程維護的方案，SRM即Secure Remote Maintenance，它采用加密的VPN技術，通過硬件上現(xiàn)場端SiteManager和云端連接，在云端會有GateManager來管理這些遠程的設備的連接，并由客戶端的LinkManager進行遠程網(wǎng)絡的服務操作，整個是一個加密的VPN，確保信息與數(shù)據(jù)的安全，目前這是我們主推的一個方案，主要針對客戶的遠程數(shù)據(jù)訪問、程序上傳下載的一些遠程支持服務。

3 對于不同的企業(yè)，有其各自的通信技術具體需求，但其本質上是為了實現(xiàn)設備間的互聯(lián)。眾多工業(yè)通訊技術，貴公司如何以最佳匹配方案推薦給用戶？

答：在通信支持能力方面，貝加萊有非常強的技術支持，這表現(xiàn)在幾個方面：

（1）.對主流的總線支持，貝加萊的控制系統(tǒng)如X20CPU本身自帶標準以太網(wǎng)、POWERLINK、RS232，然后在每個CPU上可以插入的通信主站/從站模塊包括Profibus/Profinet、DeviceNet、Ethernet/IP、CANopen、Modbus，然后從站有這些對應的還有諸如CC-Link、SERCOSIII等主流總線的支持，最大的CPU可以插入3個不同的總線模塊，然后X20I/O模塊一樣的還有CAN、M-Bus等，因此，在貝加萊的控制器一個CPU即可實現(xiàn)3-10種不同的總線支持能力。

（2）.在實時通信方面，貝加萊本身也自2001年即推出POWERLINK實時以太網(wǎng)，是最早投入應用的工業(yè)實時網(wǎng)絡，POWERLINK目前是所有產品的標配，它本身具有100μS的實時能力。

（3）.為了應對IT與OT的融合，貝加萊進一步升級通信技術，進入OPC UA over TSN，將OPC UA的信息建模、跨平臺語義互操作、靈活通信與安全與TSN的實時性結合，整個服務未來工廠更為大的帶寬、復雜數(shù)據(jù)流的需求，將周期與非周期性數(shù)據(jù)集成。

4 隨著5G技術的不斷發(fā)展，將產生多種實用高效的先進通訊整體解決方案，作為一種遠程無線通信技術，您認為5G技術將如何促進智能制造的發(fā)展？貴公司未來是否會涉獵該項技術？

答：5G顯然是一個熱門技術，貝加萊也在積極的進行研究，當然，這需要一個過程，客觀的來說，5G與TSN作為在物理傳輸方面分別代表無線和有線兩個方面未來的關鍵技術，就個人理解，5G目前在工業(yè)來說主要以“Monitoring”的場景為主，而TSN會在“Control”方面，因為5G在工業(yè)應用還需要經過一些門檻，首先在性能諸如丟包率、延遲、實時性方面用于控制還尚顯不足，還有，大家都知道，工業(yè)場景對于可靠性、抗干擾等方面也需要相關的認證，這些都是國際上包括IETF、IEEE、IEC等電信與工業(yè)領域的專家正在共同解決的問題，制定相關的標準，短期來說，5G在工業(yè)還有一些路要走，但是，未來它肯定會扮演一個重要的傳輸角色，相信5G和TSN會齊頭并進。

5 智能制造時代突出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要性，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在各制造領域的拓展也在不斷創(chuàng)新，貴公司在此方面有何舉措？

答：貝加萊是早期提出邊緣計算的概念并在實際的應用中開始推進，邊緣計算作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)路徑在工業(yè)具有很重要的意義，早在2016年，貝加萊即推出“OrangeBox”這個概念，它解決工業(yè)互聯(lián)第一個問題，即“Brownfield”的問題，因為，你首先得把“老舊”工廠的設備也要連入系統(tǒng)，這個時候，自動化企業(yè)的I/O直接連接、各種總線支持能力、原有的軟件應用如OEE計算、控制策略機理模型、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)就得以發(fā)揮作用，再借助OPC UA可以被云端或邊緣側的平臺所獲取，當然，APROL本身也是一個數(shù)字化平臺，它本身就是一個開放的平臺，借助于工業(yè)人在現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、機理模型的優(yōu)勢，結合開放的數(shù)據(jù)庫技術、Web技術，可以方便的搭建一個“IT”與“OT”融合的橋梁，因為貝加萊本身就是一個不斷借助于IT技術來發(fā)展自動化的公司，這可以從我們的歷史上，包括前面提到的實時以太網(wǎng)、Web技術（早在2000系列就已經集成了Web Server,FTP Server,而這是已經淘汰的產品線），因此，在這方面貝加萊一直處于領先，2018年我們還推出APM-資產性能管理器，通過現(xiàn)場設備的開放連接，可以直接通過OPC UA/MQTT與云端連接，到Ability平臺，進行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、云端數(shù)據(jù)學習與分析，然后通過各種方式給予客戶優(yōu)化的預測、報警等。

6 其他您想談的話題。

答：目前市場上工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的聲音很大，但是，很多并非是源于工業(yè)，工業(yè)的現(xiàn)場最大的問題是它的工藝復雜性、機理模型往往是通過大量的時間和測試驗證積累的，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)描述了一個美好前景，但是，它又不能躲過這個模型建立的過程，因此，如果希望發(fā)揮工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的作用，必須從源頭去對工業(yè)現(xiàn)場的對象、流程進行了解，才能將模型與數(shù)據(jù)驅動兩者結合，各自發(fā)揮優(yōu)勢，即使是第一步連接，就目前來說都很難，這必須有效的宣貫標準，并制定實施戰(zhàn)略指導，專業(yè)的人做專業(yè)的事情。否則，就會停留于概念而無法落地。