当前位置 当前位置: 首页 > 新闻频道 > 行业资讯 > 论OPC UA和TSN对总线技术发展的作用

论OPC UA和TSN对总线技术发展的作用

时间:2019-07-15来源: 麥總mcrazy 智造商

导语:​说到当前工业总线的发展,如果仅从各大厂商和协议组织的宣传来看,业界似乎是正在形成某种基于OPCUA和TSN...这类第三方技术标准的大一统局面;

说到当前工业总线的发展,如果仅从各大厂商和协议组织的宣传来看,业界似乎是正在形成某种基于OPCUA和TSN...这类第三方技术标准的大一统局面;可若是留意下主流玩家近期的各种动作,就会觉得,新标准带来的很可能仅仅是游戏规则的变化,却未必是通讯协议的统一,厂家们表面上达成共识,实则依然各自为营,继续借着“通用”、“开放”的旗号,圈着自己的地。这架势怎么看都像极了当年现场总线刚刚引入以太网技术时的调调。

 论 OPC UA 和 TSN 对总线技术发展的作用·.jpg

PicSource:new.siemens.com

那么,我们应该如何看待OPCUA和TSN在当前工业总线技术发展中所起的作用呢。本期,就和大伙分享下个人此刻的一点小看法。

首先我们知道,工业网络接下来将会面临的一项重大挑战,就是要能够承载系统中海量设备之间大规模的数据交互、信息融合与实时互操作,因此,新一代的工业总线必须同时具备大带宽、高速率和实时确定性的特性。这是现阶段各大厂商对其产品在网络接口和通讯协议上进行升级的一个十分重要的方向。

CC-Link IE TSN.jpg

PicSource:CLPA|CC-LinkIETSN

不过,考虑到现在工业系统的总体规模和复杂性,往往并非是某个单一协议网络所能够支撑起来的,上面所说的数据交互、信息融合与实时互操作,将不仅限于在同一协议网络内的各元件设备之间,还会有跨协议、跨网络系统的。这就促使自动化厂商不得不在网络协议升级时为其产品系统寻找能够与其他协议网络进行实时通讯、互操作的解决方案。而从通讯协议的模型架构来看,这个方案基本上可以被分为数据传输和语义解析两个层面。

 Festo.jpg

PicSource:Festo

数据传输层面,由于目前大部分工业以太网协议都已经采用了以太网的物理介质和TCP/IP的传输方式,只是为了达到数据通讯实时确定性的要求,对MAC层(也就是数据链路层)做了不同程度的修改。因此在应对海量数据交互与跨系统实时互操作的要求,它们只需要在提升通讯速率和带宽的同时,引入一种通用的“实时确定性”机制即可。而「时间敏感网络TSN」技术的出现,恰恰在这方面适应了工业总线发展的这种需求。

BELDEN.jpg

PicSource:BELDEN

一方面,正如之前我们曾经提到的,TSN是在IEEE802.1标准框架下,基于特定应用需求制定的一组协议标准,用于在以太网协议的MAC层建立一套“通用”的时间敏感机制,能够确保网络数据传输的时间确定性,并为不同协议网络之间的互操作提供可能性。

论 OPC UA 和 TSN 对总线技术发展的作用.jpg

PicSource:AvnuAlliance

另一方面,数据传输的高速率、大带宽和实时确定性,同时也是影音、汽车...等很多非工业领域的网络通讯应用所需要的,考虑到这些行业巨大的设备装机数量,基于TSN的实时以太网技术其应用成本(尤其是芯片模组)将很可能比现在的工业以太网有大幅降低,目测这也是各大厂家有意引入TSN的一个重要驱动力。

OPC UA.jpg

PicSource:OPCFoundation

语义解析层面,要实现跨网络系统之间的互操作,其难点与其说是在于通讯协议本身,倒不如说是主要源于各家产品在应用数据模型上的差异。考虑到工业领域产品与应用的复杂性和多样性,这样的差异必定是会长期存在的。所以我们可以看到一些主流厂家们正在试图借助OPCUA这一来自第三方非盈利机构(OPCFoundation)的通用技术来解决不同协议体系之间的互操作问题。其基本原理就是将设备或系统间互操作所需的应用数据,交由内置的OPCUA数据端口,以Server/Client或Pub/Sub的形式进行交互处理,从而实现相应的通讯操作。

OPC Foundation.jpg 

PicSource:OPCFoundation

由于OPCUA技术本身是独立于通讯协议的,它的应用将不仅限于以太网系统,同样也适用于其他各类协议设备之间的通讯和互操作,因此对于产品厂商来说,并不需要借助任何通讯协议的更新,仅通过在其产品内部集成OPCUA数据端口,便可以具备与其他协议设备进行数据通讯的技术基础。只有在不同协议的多个设备系统(如:物料输送、机器人与视觉系统)之间进行高速、高动态的同步互操作时,才有必要引入前面提到的具备高速率、大带宽、实时确定性的数据传输机制-TSN。与此同时,这种做法还能够将数据对外开放的主动权有效的掌握在厂商自己一侧。

工业通讯.jpg

PicSource:IIC

从目前看,各大厂商和协议组织都基于用户在跨系统互操作方面的应用需求,对OPCUA和TSN这样的第三方通用技术,有着比较积极的表现。

在OPCUA方面,由于它只是在数据端口层面的技术,基本不会涉及产品与协议的内核部分,加上它在促进跨系统互操作方面所起到的积极作用,因此大部分业内厂家对其还是保持着比较开放的态度的。

 OPC UA ·.jpg

PicSource:sercos.org

而有关TSN,CC-Link协会在去年年底发布了号称业界首个基于TSN技术的千兆工业以太网协议CC-LinkIETSN,PI组织则是在上个月正式对外发布了其基于TSN的PROFINET协议规范,SERCOS也早已经宣布会在未来协议更新时融入TSN技术。

这些都在在一定程度上说明OPCUA和TSN在工业领域普及甚至“标准化”的趋势正在逐步形成。

但同时我们也需要注意到,主流玩家在引入TSN和OPCUA这两种通用第三方技术时所采取的策略有着极为明显的差异。

就TSN来说,无论是产品厂商还是协议组织,在具体技术实施的过程中,都还是基于其现有技术体系将其融入其中的,这也就决定了各自落地的方案是有所不同的。

360截图20190715094115841.jpg

PicSource:EtherCATTechnologyGroup

从以太网协议的角度看,ETG(EtherCAT技术组织)早在2017年11月就曾经发表了关于TSN的白皮书,称EtherCAT技术并不会因TSN而发生改变,并阐述了TSN与EtherCAT在异构网络系统中的角色分工和相互关系,表示会始终支持TSN技术的推广落实;而从ETG去年年底发布千兆EtherCATG来看,目测EtherCAT协议本身应该是会在未来一段时间内继续保持其自身独特的技术路线的。当然这也和EtherCAT在MAC层采用数据列车的实时通讯机制有很大关系。

另外,即便是那些选择引入TSN技术的工业以太网协议,比如:CC-LinkIETSN、ProfiNet@TSN、SERCOSoverTSN...,也都因为传承于各自的上一代技术而有所不同,相互之间依然是需要借助OPCUA这样的第三方通用技术来实现数据交互的。

Beckhoff Automation.jpg

PicSource:BeckhoffAutomation

再从具体的产品方案来看,Beckhoff去年曾推出一款型号为EK1000的桥接模块,能够将其现有的EtherCAT架构和TSN系统对接,融入异构网络;

CC-Link IE TSN1.jpg

PicSource:CLPA|CC-LinkIETSN

MITSUBISHI则是在其新一代自动化产品全面使用了CC-LinkIETSN作为通讯端口协议,并以此将控制层和设备层系统架构整合在了同一个协议网络之中;

 MITSUBISHI.jpg

PicSource:new.siemens.com

西家号称会在其自动化产品中引入逐步OPCUA和ProfiNet@TSN;B&R也在去年年底宣布将会在今年发布集成OPCUA和TSN技术的产品...

OPC Foundation·.jpg 

PicSource:OPCFoundation

而与使用TSN的各自为政不同,主流厂家当前在OPCUA上的步调倒是显得十分一致。

例如:很多厂家都已经陆续在控制层和信息层的产品中集成了OPCUA,以实现各种跨系统网络集成的应用场景;

再比如:为了实现跨协议设备之间的数据交互,多个自动化厂家在去年年底共同确认,将支持基于TSN技术在控制层以下的现场设备层展开OPCUA的应用。

TSN 技术.jpg 

PicSource:CLPA|CC-LinkIETSN

之所以会有这样的局面,个人觉得其实是受到了两个方面因素的影响:

一方面,工业领域IT/OT、FA/PA...等方面跨系统融合的需求,要求厂家能够给出相应的开放性解决方案;

另一方面,在设计与第三方系统对接互操作的方案时,各厂家也一定会基于自身业务发展的需求,做出相应的战略部署,包括:借助新技术,提升系统性能和竞争力;通过设备互通,扩大影响力范围;设置软性壁垒,保护现有技术体系...

而如果一定要预测下工业总线未来的发展格局,我的研判是,三分天下:

OPCUAoverEtherCAT

OPCUAoverProfiNetw/TSN

OPCUAover...TSN


标签:

176 点赞

分享到:

上一篇:从水利工程看自动化技术

下一篇:别小看缝纫机,服装行业的第一个工业互联网...

中国传动网版权与免责声明:凡本网注明[来源:中国传动网]的所有文字、图片、音视和视频文件,版权均为中国传动网(www.chuandong.com)独家所有。如需转载请与0755-82949061联系。任何媒体、网站或个人转载使用时须注明来源“中国传动网”,违反者本网将追究其法律责任。

本网转载并注明其他来源的稿件,均来自互联网或业内投稿人士,版权属于原版权人。转载请保留稿件来源及作者,禁止擅自篡改,违者自负版权法律责任。

TOP

联系我们

广告联系:0755-82048561
展会合作:0755-83736589
杂志投稿:0755-82048562

网站简介|会员服务|联系方式|帮助信息|版权信息|网站地图|友情链接|法律支持|意见反馈

版权所有 2006-2016 中国传动网(ChuanDong.com)

  • 经营许可证
    粤B2-20150019

  • 粤ICP备
    14004826号

  • 不良信息
    举报中心

  • 网络110
    报警服务

网站客服热线

0755-82949061

网站问题客服

2737591964