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大型實時工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)為運營者帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。隨著節(jié)點數(shù)量的激增，所涉及的工程的復(fù)雜性和成本也會相應(yīng)增加。這些挑戰(zhàn)往往需要向集成異構(gòu)協(xié)議格局的需求妥協(xié)。而被稱為時間敏感型網(wǎng)絡(luò)（TSN）的以太網(wǎng)標準擴展與OPC UA相結(jié)合，有望讓這一切得到實質(zhì)性的改進。目前許多測試平臺正在測試OPC UA TSN的實現(xiàn)。

OPC UA……正在走向?qū)崟r

近十五年來，工業(yè)制造依靠各種專有的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議來實現(xiàn)快速，可靠的通信。在這段時間里，工廠和設(shè)備的運營商經(jīng)常需要面對這樣的任務(wù)，即，把大量雜亂無章的協(xié)議整合進統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中。“這是一項非常耗時且成本高昂的任務(wù)。”貝加萊開放式自動化技術(shù)經(jīng)理Sebastian Sachse說道，“如果所有的機器都用同一種語言說話，情況會好很多。”

除了不同的協(xié)議之外，制造商還必須應(yīng)對快速增長的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量。配置大型實時網(wǎng)絡(luò)是一個繁瑣的過程，往往會超出工程工具的極限。而對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的實施來說，具有數(shù)百個現(xiàn)場節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)將變得越來越普遍。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟

2014年3月，AT＆T，思科，通用電氣，英特爾和IBM等五家公司組成了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）。這是一個非營利組織，其目標之一是定義參考體系結(jié)構(gòu)和框架，以使互操作性成為可能。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是IIC處理的主要議題之一。其他領(lǐng)域包括醫(yī)療保健，交通和金融。IIC不是自己制定標準，而是與IEEE，IETF，AVNU聯(lián)盟和OPC基金會等組織合作。

TSN測試平臺

“就工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)而言，IIC在一個方向進展非常值得關(guān)注：那就是TSN測試平臺。 ” Sachse指出，“我們需要的是，使機器和工廠網(wǎng)絡(luò)更加模塊化、靈活且更易于使用的技術(shù) - 而且市場上大多數(shù)人一致認為OPC UA TSN就是這種技術(shù)。”在OPC基金會大力推動OPC UA開發(fā)的同時， IIC大量參與了TSN的實現(xiàn)。

貝加萊很早就認識到TSN的潛力，并加入IIC的共同推動該項技術(shù)的發(fā)展。“該聯(lián)盟是第一個在現(xiàn)實條件下開始測試TSN的組織。”Sachse解釋道。自那時以來，貝加萊自動化專家一直通過參與TSN測試平臺來幫助推進技術(shù)，評估OPC UA TSN原型與其他成員的互操作性。截至2017年5月，聯(lián)盟成員包括：貝加萊、博世力士樂、施耐德電氣、美國國家儀器、庫卡、德國西克、思科、英特爾、百通/赫思曼、德國赫優(yōu)訊、瑞薩電子、ADI、TTTech和賽靈思。另外還有其他的參與者，包括：Calnex、Ixia、ISW斯圖加特大學(xué)和菲尼克斯電氣。

核心TSN功能的連續(xù)測試

TSN是以太網(wǎng)標準的延伸，并帶來了許多改進，使以太網(wǎng)具有實時性。測試平臺成員先后專門對三個核心功能進行了測試，包括：時間同步、流量調(diào)度（精確定時發(fā)送數(shù)據(jù)包和幀）以及使用中央網(wǎng)絡(luò)配置器（CNC）進行自動化系統(tǒng)的配置。

根據(jù)TSN標準：802.1AS-Rev，實現(xiàn)實時工業(yè)通信的TSN的基本要求是進行時間同步。該TSN標準包括精確時間協(xié)議（PTP）的定義，該協(xié)議同步網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的時鐘。在測試設(shè)置中，PTP的精度要求在100納秒以內(nèi)，超出了預(yù)期。

在測試平臺的插件中評估的第二個核心TSN功能是在IEEE 802.1Qbv的數(shù)據(jù)分組和幀的傳輸。時間感知調(diào)度程序確保對實時要求嚴格的數(shù)據(jù)始終進行優(yōu)先排序，以避免其受到一般網(wǎng)絡(luò)流量的影響。

動態(tài)配置

初始插件中使用的網(wǎng)絡(luò)具有靜態(tài)配置。目前的測試正在檢驗IEEE 802.1Qcc中定義的動態(tài)配置。當一個新的設(shè)備被添加到網(wǎng)絡(luò)中時，它會向中央網(wǎng)絡(luò)配置器提請注冊，中央網(wǎng)絡(luò)配置器會為它建立與其他設(shè)備的連接，并相應(yīng)地重新配置網(wǎng)絡(luò)。

TSN的各個組成部分完美地協(xié)同工作 - 不僅在理論上，而且在現(xiàn)實的測試中 - 都將實現(xiàn)使用標準以太網(wǎng)組件的實時通信。TSN測試平臺目前由兩個體系組成，一個位于德克薩斯州奧斯汀的美國國家儀器，另一個位于德國埃爾巴赫的博世力士樂。2017年4月，德國協(xié)會實驗室網(wǎng)絡(luò)工業(yè)4.0（LNI 4.0）宣布計劃與奧格斯堡的Mittelstand 4.0能力中心合作建立自己的TSN測試平臺。Mittelstand 4.0是德國支持德國中小企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的舉措。

該團隊設(shè)想可以通過卡車運輸?shù)囊苿友菔尽ｋm然他們的方法不同，但IIC和LNI 4.0共同的目標是：100％的互操作性。這兩項舉措之間的合作已經(jīng)在規(guī)劃中。 貝加萊還將參與LNI測試平臺。

即插即生產(chǎn)

“IIC測試平臺清楚地表明了創(chuàng)新周期如何縮短。”Sachse說道。這個測試平臺的準備工作在兩年前才開始，第一個核心功能已經(jīng)達到了技術(shù)成熟度。“對于一個全新的技術(shù)來說，速度非常快。”

市場正在發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。過去，控制系統(tǒng)供應(yīng)商曾經(jīng)試圖通過自己的通信技術(shù)來凸顯自己的特點。“那些日子已經(jīng)成為過去，”Sachse說道。OPC UA TSN將作為控制器層以上無縫通信的統(tǒng)一標準。

隨著新獲得的互操作性，所謂調(diào)試將僅僅是插入網(wǎng)絡(luò)電纜這么簡單。“歡迎來到即插即生產(chǎn)的時代，”Sachse微笑著說。

“我們需要的是使機器和工廠網(wǎng)絡(luò)更加模塊化，靈活且更易于使用的技術(shù) - 而且市場上大多數(shù)人一致認為OPC UA TSN就是這種技術(shù)。” ——貝加萊開放式自動化技術(shù)經(jīng)理Sebastian Sachse

OPC UA TSN使機器和工廠網(wǎng)絡(luò)更加模塊化，靈活且易于使用。

貝加萊開放式自動化技術(shù)經(jīng)理Sebastian Sachse

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一個總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機構(gòu)的創(chuàng)新驅(qū)動型自動化企業(yè)，2017年7月，貝加萊成為ABB集團的一個業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進的工程能力，為各個產(chǎn)業(yè)客戶提供機器與工廠自動化、運動控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標準如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強大的Automation Studio軟件開發(fā)環(huán)境，貝加萊不斷重新定義自動化工程的未來。貝加萊保持持續(xù)的創(chuàng)新精神，為客戶提供更為簡化以及超出預(yù)期的工業(yè)自動化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。