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能效管理与自主可控

  • 时间:2018-12-28
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北京东土科技股份有限公司(以下简称“东土科技”)凭借在工业通信领域向上层工业操作系统和底层交换芯片的积极拓展,近年来一直着力于打造工业互联网大格局,扎根于网络化工业控制整体解决方案的研究实践,主要研究方向为工业以太网通信技术、基于IPv6的宽带实时现场总线技术、基于网络控制的现场控制器技术、基于云控制的工业服务器技术以及适应网络化控制的精密时钟技术、控制数据安全可信等技术。

在2018中国能效管理创新技术高峰论坛的现场,东土科技高级副总经理兼总工程师薛百华先生面对采访,又一次强调说:“我们的发展基调不会改变,那就是要打破过去在工业互联网发展中受制于人的技术和产品,夯实我国智能制造发展的根基,打造自主可控的智能制造完整生产链。”工业领域是实现整个创新价值的关键,除了芯片级的自主可控,还有操作系统级的自主可控、协议自主可控以及产品级的自主可控。

什么是自主可控

从芯片的角度来说,自主可控最简单的解释就是:所有东西都要掌握在自己手里。从设计理念上来说,自主可控是指,从前端到后端的自主设计与验证,到芯片流片与制造,再到芯片的封装测试,所有过程都在中国本土完成。不难看出,自主可控既保证了产业信息安全,又保证了国家信息安全。这一点对于能效管理来说亦是如此。

“能效管理是很重要的事情,虽然工作已经做得比较完善了,但还是需要我们再向前走一步。因为在能效管理的过程中,还有很多基础的部分没有发展起来,比如开关的发热问题等等,这与基础传感器没有做好、与传感器和元器件的结合没有做好这些问题是密切相关的。”

自主可控与安全问题

在能效管理过程中,能源的安全问题非常重要。目前,我国很多的发电厂、变电站中,很多基础的系统都来自于外国企业,如果出现恶意病毒事件,安全就无从谈起。“这也就是东土科技为什么一直强调我国应该在基础产业、基础半导体器件、传感器元器件方面做更多工作和研究的原因。”薛总表示,在这些方面,我国和国外的差距还是很大的,因此从三年前开始,东土科技就着力于做基础的元器件、基础的芯片、基础的操作系统。

2017年,东土科技研发的国内首颗A级自主可控网络交换芯片KD5660诞生,它的出现打破了我国芯片长期受制于人的窘境。薛总介绍说,KD5660是中国唯一实现芯片设计、验证、流片、封装、测试在大陆完成的芯片,是完全自主可控、安全可信的全国产化工业通信芯片。KD5660集成高可靠缓存与大容量MAC表,并独特地集成了以太网时钟同步特性,每一款东土芯片系列产品都支持二层交换、三层路由、IPv4/IPv6单播与多播、防攻击、ACL与QoS特性。KD5660系列支持24个千兆端口,最多支持 4个万兆端口作为上联,以及1个千兆端口作为系统管理接口。

在工业总线这个领域,东土科技的代表作是Intebus二线宽带总线及芯片。今年第二季度完成了该芯片MAC的验证,今年第三季度完成了芯片模拟前端的验证,11月27日完成了Intebus3000的投片。它的传输带宽可达100M,这样就可以给能源管理提供一个很宽的传输通道,“原来我们的能效管理不能自主可控,就是因为基础总线掌握在别人手里,基础CPU掌握在别人手里,东土科技的这款宽带总线芯片,很及时地解决了这一问题。”薛总表示。

在能效管理过程中,还有一个问题会涉及安全,就是管理过程中难免会用到无线传输手段。无线传输的方式有很多种,用软件定义无线电,要能兼容多模的方式。“多路的冗余是工业控制和能效安全管理的过程中必然会遇到的问题。只有通道安全可靠了,数据才能有效传输。”Intebus二线宽带总线芯片拥有一个很强大的技术特点,就是宽带冗余的多业务数据传输,“工业网络是要容错的,出现问题不能瘫痪,我们在工业控制器上设置一个主用端口、一个备用端口,当中间断掉之后,数据仍然可以向两个方向传输,保证了网络的可靠性和安全性。”

此外,一个能效管理系统,首先要自身安全,主动防御,通过密文加密,才会更可靠。Intebus二线宽带总线芯片设计有秘钥快速变化引擎:秘钥变化率1000次/s,破译起来是比较难的。但密码加密,不是越深越好,因为它是有时效性的,只要不让别人掌握变化规律就好,这是系统最关键的一个点。东土科技可以实现全线速100Mbit/s、200Mbit/s的变化。

越简单 越智能

东土科技从成立开始就立足工业网络,也就是工业以太网,一做就是10年。工业以太网发展出了TSN时间敏感网络,又继而发展出更多其他网络,包括跟OPCUA的结合,都是工业网络未来发展的方向。“通过这些发展,工业将变得简单化,工业简单化以后,工业的制造的各种成本才能降下来,比如管理成本、能效成本。”薛总说明了能效与智能的另一层关系。

“这些年,我国工业控制的发展其实有一个误区,工业控制做得很复杂,复杂之后就会导致问题产生。”薛总指出,越简单的系统才越可靠,因此,东土科技从工业网络走到了基础元器件——工业芯片,去探寻最简单有效的解决方案。除此之外,东土科技还做工业服务器,把原来的PLC、DCS等很多产品整合在一起,形成一个新的产品。“拿电力行业的服务器举例,一个服务器可以替代变电站专控层所有的装置,而且效果非常好。”

“专控层是以分布式概念发展起来的,但发展过程中受到单个CPU能力的限制。如果一个CPU的能力足够大,可以同时负责多项工作,就可以把所有的装备整合起来,这就是东土科技的工业服务器所具备的能力。一个110kV的变电站可以采用2~4台东土科技的工业服务器进行整合,系统变得简单了,可靠性就会提高。目前,东土科技的工业服务器已经在南网开始实践应用,而且效果非常好。”

中国制造2025的关键

在操作系统方面,东土科技布局的Intewell工业互联网操作系统/云平台已于2017年底举办的乌镇世界互联网大会期间发布。“Interwell的特点是把所有信息流打通,把OT和IT打通,把底层的传感器系统和自动化系统连接起来,形成一个完整的系统。这样做既节省能源又提高效率,还可以提高产品品质,产品质量的波动性就会变得很小。这才是智能工厂、中国制造2025最关键的地方。”

Intewell采用全球首创基于IPV6的实时宽带现场总线,将工业互联网技术应用到工业控制及智能制造的各个领域,实现软件定义工业控制单元、软件定义工业控制流程,广泛推进人工智能在智能工厂和协同制造中的深度应用,实现实时性和云服务统一。东土科技将Intewell视为网络信息化技术在制能制造领域广泛应用的支撑平台软件,是中国智能制造技术国产化自主可控的核心技术。目前,Intewell 工业互联网操作系统技术成熟、稳定性好,已成功应用于飞机控制、舰船控制及工业控制。

结语

唯有自主可控,才能不受制于人;唯有自主可控,才是真正的安全。在新时代下,需要更多像东土科技这样极具创新及开拓精神的民族品牌,助力中国工业乃至中国能源产业的转型升级,实现中国经济的可持续发展。

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