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隨著工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化發(fā)展進(jìn)程的不斷深入，其對(duì)于工業(yè)通訊技術(shù)的需求也日益提升，從而推動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線等工業(yè)通訊技術(shù)的快速發(fā)展。在智能制造背景下，未來(lái)基于智能機(jī)器柔性生產(chǎn)將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線靈活重構(gòu)，工廠的設(shè)計(jì)和內(nèi)部物流將會(huì)更加靈活、高效和自動(dòng)化，這就需要合適的通訊架構(gòu)與全面的互聯(lián)互通通信。而這無(wú)疑將對(duì)于工業(yè)通訊技術(shù)提出新的需求， OPC UA、TSN、5G……，工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)將會(huì)走向何方？本期專題特邀請(qǐng)多位來(lái)自研究院所和企業(yè)的專家共同探討。

彭瑜：以太網(wǎng)延伸到現(xiàn)場(chǎng)層的技術(shù)進(jìn)展和困惑

上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師、PLCopen中國(guó)組織名譽(yù)主席彭瑜教授

毫無(wú)疑問(wèn)，現(xiàn)場(chǎng)層在工業(yè)通信中最為特殊，連接的設(shè)備數(shù)量最多，連接的信號(hào)形形色色。從工業(yè)數(shù)字通信發(fā)展的歷史看，現(xiàn)場(chǎng)總線從上世紀(jì)70年代開(kāi)始研究，到大規(guī)模投入應(yīng)用幾乎花了二十年的時(shí)間，形成的局面卻是幾十種互不兼容的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)在爭(zhēng)奪市場(chǎng)，列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158中就有二十余種。于是為了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集成和互操作還需要專門開(kāi)發(fā)像FDT、EDDL這樣的規(guī)范，使控制系統(tǒng)在需要集成多種現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)時(shí)能夠支持相互間的數(shù)據(jù)交換。對(duì)于最終用戶來(lái)說(shuō)只有接受這樣的現(xiàn)實(shí)，沒(méi)有別的選擇。

2018年OPC基金會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)層高調(diào)宣稱，OPC UA將在Pub/Sub機(jī)制的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)延伸至現(xiàn)場(chǎng)層，把設(shè)備I/O、運(yùn)動(dòng)控制、安全等要求的通信全部納入，成為一種從云到現(xiàn)場(chǎng)通信的互操作平臺(tái)（見(jiàn)下圖）。這招致全球工業(yè)界一片叫好聲。在基金會(huì)公布的路線圖中，2019~2020年重點(diǎn)的任務(wù)是：解決OPC UA通信的確定性（將UA的Pub/Sub的傳輸映射到TSN中）以及解決流程工業(yè)和工廠自動(dòng)化要求的現(xiàn)場(chǎng)通信。為此還專門成立了現(xiàn)場(chǎng)通信指導(dǎo)委員會(huì)（Field Level Communication Steering，F(xiàn)LC），參加委員會(huì)的包括各主要工業(yè)自動(dòng)化的廠商。

實(shí)際的進(jìn)展如何呢？在2019年將近年底的時(shí)候，德國(guó)一本專業(yè)的工業(yè)通信雜志刊登了曾擔(dān)任EtherCAT技術(shù)開(kāi)發(fā)組織執(zhí)行主任17年的Martin Rostan先生撰寫的文章，詰問(wèn)“現(xiàn)場(chǎng)總線的戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束了嗎？”他指出，到目前為止OPC UA只能支持控制器之間的通信，從控制器到現(xiàn)場(chǎng)的通信還要依賴現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)。倍福和庫(kù)卡一直持這樣的立場(chǎng)，西門子、羅克韋爾自動(dòng)化和三菱電機(jī)自動(dòng)化也主張相同的路徑。他絕對(duì)不能想象這些公司會(huì)把他們的系統(tǒng)架構(gòu)倒置，把他們的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)PROFINET、EtherNet/IP和CC-Link IE作為犧牲放置在FLC的祭壇上。他還說(shuō)，OPC TSN的方法基于7個(gè)IEEE 802.1的標(biāo)準(zhǔn)，由此又產(chǎn)生了7個(gè)附加的標(biāo)準(zhǔn)，僅僅IEEE 802.1Q這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就有2000頁(yè)。如果OPC UA延伸到現(xiàn)場(chǎng)通信，那么將來(lái)所有的有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)品在測(cè)試時(shí)都要符合這7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。相比起來(lái)，現(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)要精益的多。言下之意是即使在技術(shù)上可行，但測(cè)試成本居高不下，產(chǎn)品也很難在市場(chǎng)上推廣。

我們知道把以太網(wǎng)單對(duì)雙絞線電纜延伸到現(xiàn)場(chǎng)層始于2011年汽車工業(yè)的推動(dòng)。接著在流程行業(yè)中，在幾個(gè)最終用戶組織的催促鼓動(dòng)下，由若干個(gè)解決方案供應(yīng)商組成的小組開(kāi)始了技術(shù)研究，目標(biāo)是研發(fā)一種以太網(wǎng)先進(jìn)物理層，既能適用于所有工業(yè)通信協(xié)議，又可解決長(zhǎng)距離傳送，并可用于化工、石化等工業(yè)的易爆易燃的危險(xiǎn)區(qū)。經(jīng)過(guò)5年的研究證實(shí)了這一解決方案的可行性。接著在2018年，在FieldComm組織聯(lián)合ODVA、PI等組織的推動(dòng)下，西門子、ABB、羅克韋爾自動(dòng)化、橫河、E+H、P+F、KROHNE、菲尼克斯等一些儀表供應(yīng)商和其他相關(guān)的廠商，組織了一個(gè)將以太網(wǎng)用于現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)劃，推動(dòng)了制定工業(yè)級(jí)的基于IEEE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。其首要目的是將現(xiàn)場(chǎng)的各類傳感器/執(zhí)行器及各種現(xiàn)場(chǎng)儀表和儀表裝置與基于IP的互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)接。目前進(jìn)度是2019年IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)已經(jīng)正式批準(zhǔn)，接下來(lái)的工作重心轉(zhuǎn)移到IEC，要在2020年和2021年完成在危險(xiǎn)區(qū)防護(hù)方法等標(biāo)準(zhǔn)和一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)在2022年即可投入使用。實(shí)際上德國(guó)P+F等公司已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的樣機(jī)和系統(tǒng)，就等相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布和進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試。經(jīng)過(guò)幾年時(shí)間構(gòu)筑這一技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)正在形成，囊括了從標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)部署的電纜和接插件，到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的試制到測(cè)試規(guī)范等，最終到在各行各業(yè)中應(yīng)用，所有有關(guān)的項(xiàng)目都在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。

上述兩項(xiàng)與現(xiàn)場(chǎng)層通信相關(guān)的重要技術(shù)，在OSI 7層模型中后者是物理層，前者為應(yīng)用層，都是為了適應(yīng)智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的急迫需求在迅速發(fā)展中。不過(guò)從工作的進(jìn)展和有效性來(lái)說(shuō)，OPC UA over TSN延伸到現(xiàn)場(chǎng)顯然還差火候，還需要做許多的工作。特別是如果不能找到技術(shù)的可行性和未來(lái)相關(guān)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性之間的平衡，其市場(chǎng)前景還是難以預(yù)料的。

戴文斌：共同推動(dòng)全新的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

上海交通大學(xué)副教授戴文斌

通訊是生產(chǎn)性企業(yè)在向數(shù)字化轉(zhuǎn)型、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同的過(guò)程中非常重要的一環(huán)。那很多人可能有這樣的疑問(wèn)：未來(lái)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)是什么樣的形態(tài)？有哪些特征？我們?cè)趺慈?shí)現(xiàn)它？我們就一一來(lái)聊聊這幾個(gè)問(wèn)題。

首先，我們暢想一下未來(lái)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)到底是個(gè)什么形態(tài)。在工業(yè)4.0的藍(lán)圖中，以工業(yè)物理系統(tǒng)（Industrial Cyber-PhysicalSystems）為核心的未來(lái)工業(yè)系統(tǒng)中設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與系統(tǒng)、系統(tǒng)與系統(tǒng)間都是以無(wú)線的形式連接在一起，而目前絕大多數(shù)的工業(yè)系統(tǒng)中都很難發(fā)現(xiàn)無(wú)線的蹤影。究其原因，主要是目前所有的無(wú)線通訊技術(shù)仍然無(wú)法滿足控制對(duì)實(shí)時(shí)性與可靠性的要求，雖然5G、Wi-Fi、WirelessHART等協(xié)議在工業(yè)已經(jīng)得到了應(yīng)用，但仍以監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互以及視頻信號(hào)傳輸為主。即使5G主要面向低延時(shí)與高可靠的應(yīng)用場(chǎng)景，但工業(yè)系統(tǒng)所遵從的最差情況與IT系統(tǒng)中廣泛使用的最好情況或者平均情況還是存在很大的距離，5G目前還是無(wú)法應(yīng)用在實(shí)時(shí)控制中，在實(shí)時(shí)性與可靠性上與實(shí)時(shí)控制，特別是運(yùn)動(dòng)控制的需求還有一定的距離。因此，目前的無(wú)線技術(shù)仍然無(wú)法取代工業(yè)總線技術(shù)，以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的工業(yè)總線，甚至在遺留系統(tǒng)中有相當(dāng)一大部分通訊仍然依仗基于RS485的總線，該總線在未來(lái)很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍然將是工業(yè)總線通訊的主力軍。而在監(jiān)控層以上的工業(yè)通訊將逐步出現(xiàn)有線與無(wú)線并存的局面，最終無(wú)線方案將占上風(fēng)。

假設(shè)未來(lái)無(wú)線技術(shù)能夠滿足工業(yè)的要求，那新時(shí)代的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)又有哪些特征呢？其一，是即插即用的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠大幅度提升系統(tǒng)的靈活性。想象一下，未來(lái)工廠中所有節(jié)點(diǎn)都能夠生產(chǎn)訂單自組織形成滿足任務(wù)需求的靈活網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)生產(chǎn)完成時(shí)又能隨時(shí)退出這個(gè)網(wǎng)絡(luò)而加入新的網(wǎng)絡(luò)。真正的智能工廠是可以根據(jù)用戶自

己的選擇來(lái)動(dòng)態(tài)重構(gòu)生產(chǎn)流程以滿足大規(guī)模定制化需求而無(wú)需人工干預(yù)，而不僅僅是在有限的集合中選擇自己的偏好。下一代工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)TSN已經(jīng)在這方面邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，在實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)時(shí)延以及納秒級(jí)抖動(dòng)的基礎(chǔ)上，同時(shí)也定義了時(shí)間同步、數(shù)據(jù)調(diào)度、負(fù)載整形等多種優(yōu)化機(jī)制。其二，是保證數(shù)據(jù)的安全，現(xiàn)有的工業(yè)通訊中由于實(shí)時(shí)性的限制以及不連接互聯(lián)網(wǎng)的情況下，數(shù)據(jù)安全的問(wèn)題沒(méi)有曝露。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)下，當(dāng)這些系統(tǒng)連接到公網(wǎng)后，數(shù)據(jù)安全問(wèn)題就會(huì)集中爆發(fā)。因此，未來(lái)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該在保證實(shí)時(shí)性與可靠性的基礎(chǔ)上，也能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密與監(jiān)控，保證數(shù)據(jù)的隱私。

最后，我們要如何去實(shí)現(xiàn)這樣的未來(lái)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)？顯然，以目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考構(gòu)架中仍然沿用TCP/UDP over IP的IT網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是很難實(shí)現(xiàn)這些特性的。因此，期待國(guó)內(nèi)各界能夠共同推動(dòng)全新的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，綜合考慮實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性以及成本因素。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)任重道遠(yuǎn)，腳踏實(shí)地走好每一步，認(rèn)認(rèn)真真解決每一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，少一點(diǎn)概念炒作，多一點(diǎn)落地方案，把卡住的脖子套出來(lái)。

劉丹：工業(yè)通信的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所副總工程師、教授級(jí)高工劉丹

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)界由原來(lái)比較封閉的自動(dòng)化/運(yùn)營(yíng)技術(shù)（Operation Technology，OT）領(lǐng)域，逐漸向信息技術(shù)（Information Technology，IT）領(lǐng)域開(kāi)放，OT和IT融合發(fā)展是工業(yè)通信必然的發(fā)展趨勢(shì)。

工業(yè)通信技術(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(wú)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(wú)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)。目前全球范圍內(nèi)，工廠中新增工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要基于工業(yè)以太網(wǎng)，新現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備市場(chǎng)增長(zhǎng)緩慢或下降，可預(yù)見(jiàn)未來(lái)工業(yè)以太網(wǎng)將替代傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線。由于時(shí)間敏感網(wǎng)（TSN）在傳統(tǒng)以太網(wǎng)上增加可提供確定性服務(wù)的各種功能和性能，滿足了工業(yè)應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)、硬實(shí)時(shí)性能需求而引起廣泛關(guān)注，現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)紛紛與之融合，未來(lái)TSN可將作為工廠底層網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。另外，在流程工業(yè)由于對(duì)物理層有總線供電、本質(zhì)安全等特殊要求，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外正在開(kāi)展可用于流程工業(yè)的二線制以太網(wǎng)（SPE）或高級(jí)物理層（APL）技術(shù)研究和應(yīng)用。5G移動(dòng)通信因其超低延時(shí)、超高帶寬、廣連接而成為當(dāng)前工業(yè)通信最熱點(diǎn)技術(shù)之一。目前，5G已在視頻檢測(cè)、云化機(jī)器人、智能物流等工業(yè)應(yīng)用方面得到成功應(yīng)用案例，但5G在底層自動(dòng)化控制、機(jī)器與機(jī)器（M2M）通信等實(shí)時(shí)通信方面的應(yīng)用還處于研究試驗(yàn)階段。

智能制造的基本功能要素之一是實(shí)現(xiàn)工廠業(yè)務(wù)管理、制造執(zhí)行和自動(dòng)控制系統(tǒng)間的縱向集成，這就要求工業(yè)通信不僅僅是數(shù)據(jù)的傳輸，更是基于語(yǔ)義的互操作。OPC UA是新一代的基于語(yǔ)義和面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的OPC規(guī)范，將傳統(tǒng)OPC的所有功能集成到一個(gè)可擴(kuò)展框架，并實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)支持。鑒于其強(qiáng)大的建模能力，OPA UA天然適合用于工廠IT系統(tǒng)和OT系統(tǒng)的集成與互聯(lián)互通。

智能傳感器、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)作為賦能技術(shù)，必將大幅提升工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的功能性能并促使其向智能化加速發(fā)展。當(dāng)引入了新一代信息技術(shù)，從大系統(tǒng)大網(wǎng)絡(luò)角度，工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)架構(gòu)將演變成具有泛在感知、精準(zhǔn)控制、優(yōu)化反饋、智能決策等智能化功能的智能工業(yè)系統(tǒng)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)質(zhì)上也是向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的演變。這些使能技術(shù)加速了制造模式的創(chuàng)新和智能制造系統(tǒng)的演進(jìn)。

宋華振：從工業(yè)生產(chǎn)需求來(lái)看通信的發(fā)展趨勢(shì)

貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司技術(shù)傳播經(jīng)理宋華振

工業(yè)生產(chǎn)早期是以人力/畜力/水力等方式進(jìn)行傳動(dòng)，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(lái)完成的。維納控制論和香農(nóng)信息論奠定了現(xiàn)代控制與通信的基礎(chǔ)，通過(guò)通信的“周期性”傳輸將物理對(duì)象的狀態(tài)反饋給系統(tǒng)，然后去不斷調(diào)整控制策略，這構(gòu)成了整個(gè)現(xiàn)代控制的基礎(chǔ)，那么通信就成了關(guān)鍵一環(huán)。隨即在流程工業(yè)出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，但是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)主要在車間層而不是現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)層還是依賴于線纜的連接傳輸物理信號(hào)。而到了20世紀(jì)70年代有了總線技術(shù)，首先它是為了降低接線和系統(tǒng)配置診斷的工程成本，這個(gè)階段控制任務(wù)還是以主站為主。到了現(xiàn)場(chǎng)總線階段則可以實(shí)現(xiàn)分布式控制，從站具有了很強(qiáng)的本地執(zhí)行能力，然后進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)。到了實(shí)時(shí)以太網(wǎng)階段，由于時(shí)間粒度已經(jīng)降低到了微秒級(jí)，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(luò)協(xié)同控制才能成為可能。這個(gè)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(kāi)發(fā)方便，也定義了各自的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，Microsoft也針對(duì)Windows系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)連接開(kāi)發(fā)了OPC，包括流程領(lǐng)域FDT/DTM的規(guī)范，都是為了實(shí)現(xiàn)互操作層面的標(biāo)準(zhǔn)。

工業(yè)總線在ISO/OSI模型中通常還是由三層或五層結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以考慮實(shí)時(shí)性問(wèn)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(tái)等與現(xiàn)場(chǎng)連接的通信難題，即周期性和非周期性能不能在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里傳輸，又需要解決語(yǔ)義互操作的跨平臺(tái)交互問(wèn)題。這個(gè)時(shí)候，人們又回到當(dāng)時(shí)以太網(wǎng)初期階段，是否可以讓標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)有實(shí)時(shí)性呢？因此開(kāi)始了TSN技術(shù)的開(kāi)發(fā)。這一技術(shù)旨在借助于IT的廣泛性降低網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)成本，并由獨(dú)立于任何廠商的IEEE/IEC來(lái)發(fā)展產(chǎn)業(yè)共同的通信規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。在應(yīng)用層，原有的OPC只能針對(duì)Windows無(wú)法滿足要求，于是推出了統(tǒng)一架構(gòu)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(shí)現(xiàn)優(yōu)化應(yīng)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(gè)不斷融合、簡(jiǎn)化，并以用戶需求為導(dǎo)向的過(guò)程，滿足工業(yè)更為簡(jiǎn)單的連接、更便利的工程集成、更為開(kāi)放的訴求。

張晗宜：淺談TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）的應(yīng)用趨勢(shì)

百通赫思曼中國(guó)區(qū)高級(jí)技術(shù)經(jīng)理張晗宜

機(jī)器智能技術(shù)的進(jìn)步，也推動(dòng)了自動(dòng)化領(lǐng)域的進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化目前正在從工業(yè)3.0升級(jí)到工業(yè)4.0，升級(jí)轉(zhuǎn)型的內(nèi)容包括智能設(shè)備的部署，高級(jí)分析軟件和機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)合使生產(chǎn)設(shè)施更加智能化等。同時(shí)整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)的框架也從“自動(dòng)化金字塔結(jié)構(gòu)”過(guò)渡到“自動(dòng)化柱狀結(jié)構(gòu)”，如下圖所示：

在新的柱狀架構(gòu)中，控制層將消失：部分控制功能下移至現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，以分布式控制的方式實(shí)現(xiàn)例如運(yùn)動(dòng)控制或者安全控制等。另外部分控制功能上移到管理層，通過(guò)例如PLC虛擬化的方式實(shí)現(xiàn)集中式控制。

而位于現(xiàn)場(chǎng)層和管理層之間的連接層為底層和上層的互聯(lián)互通，提供高帶寬、低延遲、低抖動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)傳感器到上層甚至到云端的應(yīng)用。

TSN對(duì)不同種類數(shù)據(jù)的“調(diào)度”處理行為類似高速公路，例如應(yīng)急車道是預(yù)留出來(lái)給“高優(yōu)先級(jí)”的“應(yīng)急車輛”通行的，因此哪怕其他車道上流量較高，應(yīng)急車輛的通行始終不會(huì)受到影響。TSN會(huì)為不同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)（或者是不同種類的應(yīng)用數(shù)據(jù)，即根據(jù)不同應(yīng)用劃分優(yōu)先級(jí)）分配網(wǎng)絡(luò)“通道”，從而保證每種不同應(yīng)用數(shù)據(jù)對(duì)延遲、抖動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)通信傳輸?shù)囊蠖寄軌虻玫綕M足。基于TSN網(wǎng)絡(luò)的這種特性能夠帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)之一，即可以將原先各自獨(dú)立的應(yīng)用系統(tǒng)整合到一張網(wǎng)里，既可以節(jié)約企業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)投資的成本，也可以實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)自動(dòng)化工廠內(nèi)所有應(yīng)用的互聯(lián)互通。因此在IIoT和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐步開(kāi)始部署的今天，TSN可以作為承載整個(gè)自動(dòng)化車間網(wǎng)絡(luò)的信息高速公路。

TSN除在傳統(tǒng)自動(dòng)化工廠內(nèi)的應(yīng)用之外，在當(dāng)今另一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)行業(yè)也有著極大應(yīng)用空間——無(wú)人駕駛。

如今的汽車內(nèi)部裝備了大量車載電子控制單元和數(shù)字傳感器，甚至裝配了GPU顯卡來(lái)實(shí)時(shí)運(yùn)算處理攝像頭傳回的畫面數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，新技術(shù)的革新推動(dòng)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)物理連接端口以及高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)通信的更大需求。

傳統(tǒng)的汽車內(nèi)部有包括CAN總線，F(xiàn)lexRay等不同控制協(xié)議，這些協(xié)議之間并不兼容，因此物理上需要部署各自獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。其劣勢(shì)在于物理上獨(dú)立部署多套網(wǎng)絡(luò)需要單獨(dú)布線，從而增加了線纜的成本和重量，而線纜重量的增加也直接影響到汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，其次這些傳統(tǒng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的帶寬相對(duì)于以太網(wǎng)都非常小，無(wú)法滿足當(dāng)今汽車無(wú)人駕駛系統(tǒng)對(duì)帶寬的需求。

TSN技術(shù)將為當(dāng)今的汽車行業(yè)帶來(lái)革命性的技術(shù)進(jìn)步——將原本非以太網(wǎng)且互不兼容的車內(nèi)總線協(xié)議替換成基于TSN的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議。以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化特性使得從車內(nèi)各傳感器之間到云端服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，同時(shí)只需要物理上部署一套網(wǎng)絡(luò)，既節(jié)約了線纜的成本也減輕了汽車的重量，TSN可以為車內(nèi)控制系統(tǒng)提供低延時(shí)、低抖動(dòng)、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)傳輸，相信在不久的將來(lái)TSN會(huì)在汽車行業(yè)和無(wú)人駕駛領(lǐng)域有廣泛的部署和應(yīng)用。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年5月刊