2018年11月27日-29日，一年一度的SPSIPCDrives展會又在德國紐倫堡舉行，作為歐洲最大的自動化展會，SPSIPCDrives每年的主題反映了歐洲自動化企業(yè)的關(guān)注熱點，本年度的主題是“smartanddigitalautomation”。而”Connectivity“應(yīng)該是從Automation(自動化)到Digital（數(shù)字化）、Smart(智能化)的基礎(chǔ)。傳感器、控制器、機器設(shè)備、人、云平臺之間的互聯(lián)互通是自動化展的老話題，但年年都有新東西。走遍SPS的十多個展館，從傳感器-控制器-云的縱向連接，到machinetomachine的橫向通信，各種解決方案充分展示了歷史、現(xiàn)狀和未來的交錯。企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要IT網(wǎng)絡(luò)和OT網(wǎng)絡(luò)的融合，實現(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，同時又要求這個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有QoS保證。在SPS2018展會上，各個工業(yè)以太網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)協(xié)會和主流廠商，既展現(xiàn)了對共同網(wǎng)絡(luò)框架的認同和支持，也在具體的實現(xiàn)方案上體現(xiàn)了“和而不同”，筆者這里簡單記錄下個人觀感，管窺之見，不當處請讀者指正。

OPC基金會：積極推動“OPCUAincludingTSNdowntothefieldlevel”

OPC基金會展臺的一個技術(shù)架構(gòu)圖反映了其當前的主要工作方向：

1）通過統(tǒng)一的OPCUA信息模型及協(xié)議，實現(xiàn)IT和OT網(wǎng)絡(luò)的融合和語義級通信；

2）通過Client/Server和Pub/Sub機制，以及對多種有線和無線協(xié)議的支持，滿足各種橫向和縱向通信需求；

3）通過融合TSN來滿足車間級和設(shè)備級的實時通信的QoS需求。

我們不妨回顧下OPC基金會較早發(fā)布的技術(shù)架構(gòu)圖：

兩者對比，不難發(fā)現(xiàn)最新一版主要添加了對5G網(wǎng)絡(luò)的支持和對TSN現(xiàn)場級通信的支持，在舊版架構(gòu)圖中，TSN主要是實現(xiàn)M2M通信，控制器和IO/伺服驅(qū)動的通信仍由傳統(tǒng)現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)。而OPCUAoverTSN實現(xiàn)現(xiàn)場級實時通信則是OPC基金會在本次SPS重點宣傳的內(nèi)容。OPC基金會在SPS上宣布推動”IniiativeforFieldLevelCommunication“，目標是實現(xiàn)包括IO、運動控制、安全系統(tǒng)在內(nèi)的現(xiàn)場級確定性通信。展臺上的IIC的TSNTestbed也實現(xiàn)了相關(guān)的原型應(yīng)用DEMO。

正在制定中的IEC/IEEE60802TSN-IA-Profile(TSNIndustryAutomationProfile)，既是OPCUAoverTSN的關(guān)鍵模塊，同時也為多種工業(yè)通信協(xié)議遷移到TSN上提供了支持。

各個技術(shù)組織的TSNTestbed

LNI4.0（LabsNetworkIndustrie4.0）是由幾個德國技術(shù)協(xié)會和相關(guān)企業(yè)發(fā)起的技術(shù)組織。在OPCUA基金會展臺展示了其TSNTestbed。

在展會第一天的ZVEI論壇上，LNI4.0的DominikRohrmus博士介紹了LNI的Testbed的定位，即主要面向M2M通信。LNI4.0的目標是能使終端設(shè)備做到"PlugandWork"，為此他們的Testbed采用了分布式配置模型。對于OPCUAoverTSN用于現(xiàn)場IO級別的實時通信，LNI4.0持保留態(tài)度，認為現(xiàn)階段實施成本過高。

IIC工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC（IndustrialInternetConsortium）展出了面向柔性制造的TSNTestbed，強調(diào)支持現(xiàn)場級的實時通信，現(xiàn)場展示用美國NI的CompactRio控制器與博世力士樂的帶TSN接口的伺服驅(qū)動器進行實時通信，可以通過觸摸屏加載不同的UDP網(wǎng)絡(luò)負載，實時運動控制的帶寬不受影響。

此外，德國FraunhoferFOKUS也搭建了TSNIOPLab，用于TSN兼容性和互操作性測試。AVNU聯(lián)盟作為最早推動TSN的組織之一，也展出了他的兼容性測試軟件工具和測試架構(gòu)。邊緣計算聯(lián)盟ECC也在OPC基金會展臺提供了一個展板介紹其Testbed。

主流實時以太網(wǎng)：邁向互聯(lián)互通

西門子主導(dǎo)的PI（PROFIBUS&PROFINETInternational）組織的展臺上充分展現(xiàn)了PROFINET技術(shù)和OPCUA、TSN的融合，PI的做法是把PROFINET分解為兩個部分：對應(yīng)7層架構(gòu)第2層的PROFINETRT/IRT機制和對應(yīng)5-7層的PROFINET服務(wù)，然后與TSN／OPCUA融合。上層PROFINET服務(wù)可以基于傳統(tǒng)的RT/IRT，也可以基于TSN，在未來也許PROFINET服務(wù)都基于TSN運行。

由于PROFINET服務(wù)和OPCUA同屬于5-7層的上層協(xié)議，PI和西門子的官方說法是：”withPROFINETatthefieldlevelandOPCUAatthecontrollevel.“OPCUA主要用于垂直通信和M2M的非周期性通信，PROFINET服務(wù)用于現(xiàn)場級的周期性實時IO數(shù)據(jù)通信。在現(xiàn)場IO級，只有PROFINEToverTSN，在設(shè)備級，可以通過PROFINET’sOPCUAcompanionspecification建立PROFINET設(shè)備信息與OPCUA信息模型的映射。如果L2統(tǒng)一采用TSN，那么PROFINET和OPCUA實際上可以共享統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)硬件架構(gòu)。從這個角度看，PI的架構(gòu)與OPC基金會的架構(gòu)是兼容的。

西門子展臺上展示了兩臺西門子的S7-1500PLC通過TSN實現(xiàn)M2M同步，控制兩臺KUKA機器人實現(xiàn)運動協(xié)調(diào)控制，PLC與KUKA機器人之間采用PROFINET。

EtherCAT技術(shù)協(xié)會ETG在SPS上發(fā)布了EtherCATG，把EtherCAT的帶寬從100M提高到1G和10G，倍福公司展臺的XPlanar六自由度平面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)是展會上的一大亮點，也呼應(yīng)了高帶寬網(wǎng)絡(luò)在未來運動控制系統(tǒng)的必要性。

倍福展臺展出了EtherCAT系統(tǒng)和TSN交換機的融合方式，EtherCAT主站之間可以通過TSN交換數(shù)據(jù)，借助于TSN耦合器，EtherCAT主站可以通過TSN交換機連接到一個EtherCAT從站網(wǎng)段。

Powerlink/B&R則是明確地提出OPCUAoverTSN，并強調(diào)Powerlink和OPCUA／TSN的無縫集成。

CLPA（CC-LinkPartnerAssociation）則于SPS開幕第一天公布了CC-LinkIETSN規(guī)范。結(jié)合千兆以太網(wǎng)帶寬和TSN的時間觸發(fā)調(diào)度機制，CC-LinkIETSN稱最小通信周期可以達到31.25微秒，可以滿足高速高精運動控制系統(tǒng)的通信需求。

Unix/Linux有一個編程哲學(xué)是：機制與策略相分離?？v觀SPS2018，盡管對于TSN配置策略仍存在一些觀點分歧，但并不影響TSN基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建設(shè)。"要想富，先修路"，在相互競爭中又相互融合的工業(yè)以太網(wǎng)，為制造自動化提供了更大的空間。