CC-Link协会(中国)研发经理杨凯 | 谈 CC-Link IE TSN

12月17日,“2021中国运动控制/直驱产业高峰论坛”在深圳坪山隆重召开,五百多位业内人士汇聚一堂,共谋行业发展大计。在分论坛运动控制技术篇上,CC-Link协会(中国)研发经理杨凯以CC-Link IE TSN为主题作出分享。

以下内容根据演讲整理:

大家下午好!我是主要是负责CC-Link的产品推广和研发的杨凯。2018年底我们推出了CC-Link IE TSN技术,今天是第三次站在这个讲台上介绍我们的TSN,这次我们带来的主题是关于CC-Link IE TSN兼容产品开发的内容。

首先请允许我介绍一下CC-Link协会。CC-Link协会致力于在全球范围内推广CC-Link技术,随着信息技术的不断发展,从基于485的CC-Link技术到现在基于TSN的CC-Link IE TSN技术,我们一直在不断地提升我们的技术能力,满足我们的用户需求。

2020年9月,ADI正式成为CC-Link协会第十家理事会成员。下属两个部门,技术部和市场部,技术部主要负责技术标准的制订和产品测试,市场部负责全球的网络技术推广。

为了更好地服务于我们的会员单位,我们在全球十一个国家和地区设立了分支机构,在六个国家和地区设立了一致性测试中心,在中国,CC-Link协会中国支部的办公地点就在上海,一致性测试在上海同济大学。

CC-Link协会组织机构

截止到2020年9月底,我们的CC-Link协会会员单位数达到了3858家,通过了一致性测试的兼容产品有2178个,其中包括51个CC-Link IE TSN产品,这些产品在全球范围内得到广泛的应用。

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CC-Link IE TSN技术的四个特点
CC-Link IE TSN技术的特点,可以归纳为四个。第一是FA与IT的融合;第二是高速度和个高精度的控制实现;第三个是数据报文简单诊断和配置;第四是通过多样的开发方式扩充兼容产品。

FA与IT的融合,当我们采用CC-Link IE TSN的网络之后,我们可以看到所有的像集成I/0控制、运动控制、安全通信和TCP/IP通信,可以在同一个链路中进行数据的传输。控制通信的实时性保证,TSN技术改善的就是传统的以太网在传输过程中遇到的像数据堵塞、数据风暴、数据传输的不确定性等问题,我们CC-Link IE TSN采用TSN标准簇的两块,一是时间同步,采用的标准是IEEE802.1AS,时间同步精度能达到微秒级,在流量整形调度方面,是基于IEEE802.1Qbv,为关键性数据流分配较高的优先级,确保这些数据在通过链路节点时能优先通过。

FA与IT的融合

高速度和高精度的控制实现,对于传统的CC-Link IE Field网络,其通信机制是采用令牌的方式,当从站收到令牌后响应主站的请求,其他从站一直处于等待令牌的状态,而CC-Link IE TSN的通信机制时主从双向同时发送数据,整体的通信效率得到了很大的提升。

高速度・高精度的控制实现
在运动控制性能最大化方面,对于同一条链路上的不同的设备,我们可以分不同的采样周期,比如说在同一个链路上,我们有伺服、IO设备,还有温度传感器,伺服通信频率要求比较高,可以分配高速的通信周期,其它设备可以分配中速或低速的通信周期,从而使网络性能达到最大化。

数据报文简单诊断和配置方面,我们可能通过CSP+文件进行设网络的组态和配置,可以用支持SMP协议的软件,如wireshark进行数据的抓包分析。

对于时间同步,在TSN的规范中,有BCMA最佳主时钟算法的机制,在对同一条链路,不仅是主站,从站也可以可以作为整条链路的主时钟,由网络自主选择最优模块作为主时钟,当模块出现故障的时候,或者精度变差的时候,网络会选择当前情况下最优的模块作为主时钟。

在故障精确定位方面,由于每个事件都有时间戳,当有故障的时候,我们可以根据这样一个时间戳来追溯故障源,从而尽快做出判断,解决问题。

传统的CC-Link的兼容产品开发只支持从站的开发,而CC-Link IE TSN将支持主从站的多样化的开发方式。

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CC-Link IE TSN的开发选择
如果需要开发CC-Link相关的产品,首先是要加入CC-Link协会,加入了以后根据自身的需求开发相关产品。对于开发方式的选择,我们会提供相应的建议,开发好产品后需要通过一次性测试,一次性测试中心放在了上海的同济大学,协会也会提供相关软件给会员单位进行预测试。
CC-Link IE TSN对应产品开发流程
对于CC-Link IE TSN的兼容产品开发,将有多家公司提供多样的开发方式供会员单位选择。对于协会来说,我们提供的解决方案就是三菱电机的开发解决方案,它分为软件和硬件两方面,比方对于从站来说,硬件是CP620,这个片子自带M4的内核和两个千兆的PHY,高度集成的片子对于开发成本和设计空间会节省很多,对于远程SDK开发方式,我们软件包是基于意法的开发板。
CC-Link IE TSN开发工具

对于主站的开发,我们将提供通信芯片CP610,推荐的MPU是NXP的LS1023A,运行的实时操作系统是Intime。

开发方式有软硬件两种方式,两者开发的区别在哪?比如从站产品的开发:硬件的通信周期是在31.25us,同步精度能达到1us,如果是软件,最小通信周期是10ms,同步精度只能是1ms。
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CC-Link IE TSN的开发示例

在开发方面,我们协会能提供那些帮助呢?为了能够帮助大家快速开发CC-Link IE TSN的产品,我们会提供CP620十片样片,然后会提供一个开发板以及相应的软件代码。

远程站开发示例
除了这些提供的芯片和软件代码以外,为了更好的帮助我们的会员单位实现产品的开发,我们协会为大家准备了从主站到从站的一整套设备系统,如果有开发需求,我们可以无偿借给大家。除此之外,在协会官方网站可以下载相关的测试工具进行预测试。
CC-Link IE TSN系统拓扑图
测试平台构建清单

从2018年10月份到现在,我们有哪些佳能产品可以分享给大家呢?首先就是三菱电机的产品,PLC,伺服、变频器以及GOT都已经支持CC-Link IE TSN。软赢Softservo的产品也支持了CC-Link IE TSN网络,这两个产品在展会的展台上也准备了样机,在研华的工控机上搭载软赢的WMX3软件,实时控制三菱电机的J5伺服以及上海斯达普的步进产品。

CC-Link IE TSN 产品

除了上述产品,还有TSN交换机产品,包括百通赫斯曼、摩莎MOXA的TSN交换机已经通过了协会的兼容性测试。2020年工博会上,我们也展示了网关类产品,如OPTEX的IO-LINK转CC-Link IE Field/CC-Link IE TSN的网关,国内的一些厂家也正在进行远程I/O、伺服类的产品开发,相信在未来会有越来越多的产品支持CC-Link IE TSN网络。

今天的介绍就到这里,谢谢大家!

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