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工業(yè)通訊技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，其發(fā)展呈現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)層和控制層專用網(wǎng)絡(luò)向管理層通用網(wǎng)絡(luò)延伸，有線到無線補(bǔ)充，以及新使能技術(shù)（如TSN、5G）不斷融合應(yīng)用的新趨勢(shì)。

近些年，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)進(jìn)入了控制領(lǐng)域，形成了新型的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該技術(shù)遵從TCP/IP框架，具有接口簡(jiǎn)單、協(xié)議開放、互通便捷等突出優(yōu)勢(shì)，逐步成為行業(yè)主流技術(shù)，已經(jīng)形成了多個(gè)有影響力的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。不同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)滿足著不同層次、不同場(chǎng)景的通訊要求：比如用于本地控制系統(tǒng)內(nèi)部的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，常見的有EtherCAT、PROFINET和Ethernet/IP等；應(yīng)用于控制器之間互通互聯(lián)的OPC UA；以及用于傳輸?shù)皆频腗QTT、AMQP等。

如今，OT與IT融合發(fā)展是工業(yè)通信必然的發(fā)展趨勢(shì)，TSN（Time SensitiveNetworking，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)作為一種綜合、統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的新興工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，正在打破過去以協(xié)議為維度由某一廠商主導(dǎo)的局面。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，TSN作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的核心，連接存量的傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)線、負(fù)責(zé)采集海量工業(yè)數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)、以及需要高質(zhì)量傳輸?shù)男滦凸I(yè)應(yīng)用，承載各類控制和運(yùn)行維護(hù)流量。但是，TSN僅僅是為以太網(wǎng)提供了一套MAC層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它解決的是網(wǎng)絡(luò)通訊中數(shù)據(jù)傳輸及獲取的可靠性和確定性的問題；而如果要真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的互操作，還需要有一套通用的數(shù)據(jù)解析機(jī)制，這就是OPC UA。在工廠數(shù)據(jù)采集、傳輸與生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，都會(huì)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器狀態(tài)、生產(chǎn)能耗、質(zhì)量相關(guān)、生產(chǎn)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集，OPC UA overTSN在整體上使得工廠各個(gè)環(huán)節(jié)的橫向與縱向數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了透明交互，并且配置效率更高，程序與應(yīng)用模塊化更強(qiáng)。

5G通訊技術(shù)是當(dāng)下的熱門話題之一，其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也成為了人們討論和研究的重要方向。5G技術(shù)是4G技術(shù)的延伸，比4G具有更高速率、更大帶寬、更短時(shí)延。它推動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)從消費(fèi)領(lǐng)域擴(kuò)展到工業(yè)領(lǐng)域，讓工業(yè)界真正進(jìn)入無線時(shí)代，實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”要求的物物相連和“柔性”生產(chǎn)，讓人工智能有了更加敏銳的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

據(jù)了解，5G技術(shù)可滿足泛在互聯(lián)的需求。傳統(tǒng)制造工廠其工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)辦公網(wǎng)絡(luò)等為內(nèi)網(wǎng)，可認(rèn)為是封閉網(wǎng)絡(luò)，外界無法訪問。隨著智能制造的發(fā)展與應(yīng)用推廣，需要內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互通，工廠內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)和功能架構(gòu)向扁平化方向發(fā)展。

另外，更優(yōu)的工業(yè)互聯(lián)解決方案也需要5G技術(shù)。首先，傳統(tǒng)工業(yè)通信采用主從式，通過PLC等主控設(shè)備實(shí)現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器的間接通信，5G使得機(jī)器與機(jī)器通信更高效。其次，5G使得園區(qū)、廠區(qū)內(nèi)用于物流配送的車輛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛成為可能。再者，用于大型制造裝備遠(yuǎn)程運(yùn)維，通過5G可以傳輸更多非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如視頻等。最后，還可以用在工業(yè)上的AR/VR技術(shù)中，比如生產(chǎn)運(yùn)維、技工培訓(xùn)等浸入式體驗(yàn)。

近年來，我國(guó)一直將智能制造作為制造業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，并努力成為制造強(qiáng)國(guó)。工業(yè)通訊恰是工業(yè)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)，通訊技術(shù)的發(fā)展直接影響著打造智能工廠、無人工廠的進(jìn)度。盡管目前有多項(xiàng)通訊技術(shù)正在齊頭并進(jìn)地向前發(fā)展，我們?nèi)匀灰庾R(shí)到：從工作的進(jìn)展和有效性來說，OPC UA over TSN延伸到現(xiàn)場(chǎng)顯然還不夠成熟，還需要做許多工作，其市場(chǎng)前景也難以預(yù)料。另一方面，圍繞工業(yè)應(yīng)用需求，5G技術(shù)還需要進(jìn)一步提升改進(jìn)，比如在確定性、可靠性和安全性等方面；各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景下，通信性能的測(cè)試驗(yàn)證等。但總而言之，我國(guó)的工業(yè)通訊技術(shù)正在持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步，這為工業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造奠定著良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年5月刊