【中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng) 企業(yè)動(dòng)態(tài)】 從現(xiàn)場(chǎng)總線時(shí)代到OPC UA TSN的發(fā)展趨勢(shì)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)影響的不僅是技術(shù)，也影響著產(chǎn)業(yè)的商業(yè)模式。

在70年代末，現(xiàn)場(chǎng)總線出現(xiàn)，總線技術(shù)是伴隨著控制技術(shù)而發(fā)展的，當(dāng)大量的儀表信號(hào)經(jīng)過長(zhǎng)距離傳輸至中央控制室的時(shí)候，帶來了接線的復(fù)雜以及干擾，這些為控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行帶來了不便，而現(xiàn)場(chǎng)總線則將這些物理信號(hào)數(shù)字化，大幅度減少了接線以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，并且通過總線，也帶來了配置、診斷與維護(hù)的便利。

但是，現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)在種類太多，由于各個(gè)公司都形成了自身的總線，在歷史上據(jù)說“有多少個(gè)控制器廠商，就有多少種現(xiàn)場(chǎng)總線”，即使僅以IEC61158標(biāo)準(zhǔn)為參考，也多達(dá)18種，如圖1。

現(xiàn)場(chǎng)總線的差異是巨大的，包括電平、電纜、接頭、終端電阻、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度、帶寬、最大節(jié)點(diǎn)數(shù)、節(jié)點(diǎn)間距、校驗(yàn)位、診斷方式多個(gè)維度的差異，這使得現(xiàn)場(chǎng)總線雖然解決了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、分布式控制，但由于總線本身的差異，使得其無法互連。

在2001年，由貝加萊推出了第一個(gè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)POWERLINK，采用了通用的以太網(wǎng)技術(shù)，這使得基本的帶寬、間距、數(shù)據(jù)幀、物理信號(hào)、連接端子(RJ45或M12)等統(tǒng)一，物理層和數(shù)據(jù)鏈路層采用了以太網(wǎng)技術(shù)，而應(yīng)用層則采用了廣為使用的CANopen，所謂“CANopen Over Ethernet”,之后，各家公司分別推出了相應(yīng)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)，如圖2。

實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線，帶寬、節(jié)點(diǎn)數(shù)、循環(huán)周期、時(shí)鐘同步都大幅提升，因此更為適應(yīng)于分布式控制，而且以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀較大，適合于較大的數(shù)據(jù)容量。

但是，隨著智能制造的推進(jìn)，對(duì)于制造“協(xié)同”有著更高的要求，而這個(gè)時(shí)候就需要在不同的機(jī)器間進(jìn)行溝通，而各個(gè)機(jī)器所采用的卻非相同的通信協(xié)議，這使得需要實(shí)現(xiàn)“語義互操作”，即在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行語義的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的構(gòu)建，而另一方面，網(wǎng)絡(luò)對(duì)于IT與OT的數(shù)據(jù)融合有了新的要求，IT數(shù)據(jù)更強(qiáng)調(diào)容量、安全（Security），而OT則強(qiáng)調(diào)確定性、安全（Safety）、穩(wěn)定與可靠，如何實(shí)現(xiàn)這兩種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的融合，并在語義層定義規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，這是OPC UA之所以被推進(jìn)的原因。工業(yè)界將聚焦點(diǎn)放在了OPC UA +TSN的融合上，如圖3。

參考一下Internet協(xié)議族，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，OPC UA TSN解決了整個(gè)Internet幾個(gè)層級(jí)的問題，TSN解決了1+2層的協(xié)議問題，而OPC UA TSN則解決了采用通用的Internet進(jìn)行傳輸?shù)膯栴}，也即，OPC UA TSN解決了Internet對(duì)應(yīng)在工業(yè)領(lǐng)域的七層架構(gòu)問題，在解決實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，TSN采用了VLAN技術(shù)，而當(dāng)無需進(jìn)行實(shí)時(shí)性傳輸時(shí)的數(shù)據(jù)則采用IP、TCP方式來傳輸，OPC UA對(duì)于底層的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式支持各種應(yīng)用層協(xié)議，http(s)、UADP等，以及OPC UA C/S模式、Pub/Sub模式（IEC62451-Part13），整體架構(gòu)如圖4所示.

而OPC UA在這里最為關(guān)鍵的是OPC UA信息模型，以及OPC UA設(shè)備特定行規(guī)的定義，這是OPC UA的角色。

-->開放戰(zhàn)勝封閉

開放的世界互聯(lián)，才能使得制造業(yè)分享來自于互聯(lián)網(wǎng)世界豐富的資源：

基礎(chǔ)設(shè)施資源：由于互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)傳輸均已經(jīng)大量發(fā)展，進(jìn)而變得成本低廉，尤其是今天的移動(dòng)終端已經(jīng)完全可以代替過去的HMI來為工程師顯示現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)。

豐富的軟件資源：豐富的仿真、建模軟件、開源技術(shù)、人工智能、機(jī)器視覺、智能傳感器技術(shù)為自動(dòng)化帶來更多的低成本資源。

-->OICT融合帶來全局優(yōu)化

通過工業(yè)互聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)OICT的融合，使得整個(gè)制造業(yè)可以實(shí)現(xiàn)更為廣泛的生產(chǎn)效能提升。

協(xié)同制造：通過設(shè)備間的互聯(lián)，消除中間浪費(fèi)環(huán)節(jié)、縮短工藝切換時(shí)間等可以提高生產(chǎn)整體效率，尤其是在個(gè)性化制造時(shí)代，壓縮工藝切換的時(shí)間對(duì)于提升生產(chǎn)效率，降低成本至關(guān)重要。

邊緣計(jì)算：通過OPC UA TSN對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的獲取，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全局的優(yōu)化，邊緣計(jì)算主要基于策略性、規(guī)劃、調(diào)度性問題而產(chǎn)生，由于今天IT技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲(chǔ)、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理能力使得過去難以實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化得以實(shí)現(xiàn)。

-->商業(yè)模式即將發(fā)生的變化

全生命周期服務(wù)：機(jī)器制造商可以為客戶提供基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的服務(wù)，包括預(yù)測(cè)性維護(hù)、工藝設(shè)計(jì)能力租賃、基于時(shí)間的服務(wù)租用等延伸性的服務(wù)，更為緊密的發(fā)揮自身的技術(shù)能力，獲得盈利，而對(duì)用戶也降低了自身的資源消耗。

低成本運(yùn)營(yíng)：基于分布式計(jì)算工業(yè)云服務(wù)與應(yīng)用APP，用戶無需部署自己的高昂費(fèi)用的基礎(chǔ)設(shè)施，以及購(gòu)買大量的軟件，而僅需通過低廉的成本購(gòu)買或租用APP的使用權(quán)，來讓自己的公司輕資產(chǎn)運(yùn)行。

互聯(lián)網(wǎng)帶給我們的不僅僅是連接，也會(huì)帶來業(yè)務(wù)模式的變化。

ACW 2018，貝加萊將在D區(qū)--創(chuàng)新區(qū)展示最新的OPC UA TSN技術(shù)展示，并于14日C-222主題分享“OPC UA TSN—互聯(lián)網(wǎng)改變自動(dòng)化世界”，歡迎光臨咨詢。