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

毫無疑問，現(xiàn)場層在工業(yè)通信中最為特殊，連接的設(shè)備數(shù)量最多，連接的信號形形色色。從工業(yè)數(shù)字通信發(fā)展的歷史看，現(xiàn)場總線從上世紀(jì)70年代開始研究，到大規(guī)模投入應(yīng)用幾乎花了二十年的時間，形成的局面卻是幾十種互不兼容的現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)在爭奪市場，列入國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158中就有二十余種。于是為了現(xiàn)場設(shè)備集成和互操作還需要專門開發(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)場總線/工業(yè)以太網(wǎng)時能夠支持相互間的數(shù)據(jù)交換。對于最終用戶來說只有接受這樣的現(xiàn)實(shí)，沒有別的選擇。

2018年OPC基金會的領(lǐng)導(dǎo)層高調(diào)宣稱，OPC UA將在Pub/Sub機(jī)制的基礎(chǔ)上開發(fā)延伸至現(xiàn)場層，把設(shè)備I/O、運(yùn)動控制、安全等要求的通信全部納入，成為一種從云到現(xiàn)場通信的互操作平臺（見下圖）。這招致全球工業(yè)界一片叫好聲。在基金會公布的路線圖中，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)和工廠自動化要求的現(xiàn)場通信。為此還專門成立了現(xiàn)場通信指導(dǎo)委員會（Field Level Communication Steering，F(xiàn)LC），參加委員會的包括各主要工業(yè)自動化的廠商。

實(shí)際的進(jìn)展如何呢？在2019年將近年底的時候，德國一本專業(yè)的工業(yè)通信雜志刊登了曾擔(dān)任EtherCAT技術(shù)開發(fā)組織執(zhí)行主任17年的Martin Rostan先生撰寫的文章，詰問“現(xiàn)場總線的戰(zhàn)爭結(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)場的通信還要依賴現(xiàn)場總線/工業(yè)以太網(wǎng)。倍福和庫卡一直持這樣的立場，西門子、羅克韋爾自動化和三菱電機(jī)自動化也主張相同的路徑。他絕對不能想象這些公司會把他們的系統(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，OPC TSN的方法基于7個IEEE 802.1的標(biāo)準(zhǔn)，由此又產(chǎn)生了7個附加的標(biāo)準(zhǔn)，僅僅IEEE 802.1Q這個標(biāo)準(zhǔn)就有2000頁。如果OPC UA延伸到現(xiàn)場通信，那么將來所有的有關(guān)現(xiàn)場的產(chǎn)品在測試時都要符合這7個標(biāo)準(zhǔn)。相比起來，現(xiàn)在的現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)要精益的多。言下之意是即使在技術(shù)上可行，但測試成本居高不下，產(chǎn)品也很難在市場上推廣。

我們知道把以太網(wǎng)單對雙絞線電纜延伸到現(xiàn)場層始于2011年汽車工業(yè)的推動。接著在流程行業(yè)中，在幾個最終用戶組織的催促鼓動下，由若干個解決方案供應(yīng)商組成的小組開始了技術(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，又可解決長距離傳送，并可用于化工、石化等工業(yè)的易爆易燃的危險區(qū)。經(jīng)過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等組織的推動下，西門子、ABB、羅克韋爾自動化、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，組織了一個將以太網(wǎng)用于現(xiàn)場的計劃，推動了制定工業(yè)級的基于IEEE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。其首要目的是將現(xiàn)場的各類傳感器/執(zhí)行器及各種現(xiàn)場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)委員會已經(jīng)正式批準(zhǔn)，接下來的工作重心轉(zhuǎn)移到IEC，要在2020年和2021年完成在危險區(qū)防護(hù)方法等標(biāo)準(zhǔn)和一致性測試標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計在2022年即可投入使用。實(shí)際上德國P+F等公司已經(jīng)成功開發(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)的測試。經(jīng)過幾年時間構(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)場設(shè)備的試制到測試規(guī)范等，最終到在各行各業(yè)中應(yīng)用，所有有關(guān)的項目都在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。

上述兩項與現(xiàn)場層通信相關(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。不過從工作的進(jìn)展和有效性來說，OPC UA over TSN延伸到現(xiàn)場顯然還差火候，還需要做許多的工作。特別是如果不能找到技術(shù)的可行性和未來相關(guān)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性之間的平衡，其市場前景還是難以預(yù)料的。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊