說到當(dāng)前工業(yè)總線的發(fā)展，如果僅從各大廠商和協(xié)議組織的宣傳來看，業(yè)界似乎是正在形成某種基于OPCUA和TSN...這類第三方技術(shù)標(biāo)準的大一統(tǒng)局面；可若是留意下主流玩家近期的各種動作，就會覺得，新標(biāo)準帶來的很可能僅僅是游戲規(guī)則的變化，卻未必是通訊協(xié)議的統(tǒng)一，廠家們表面上達成共識，實則依然各自為營，繼續(xù)借著“通用”、“開放”的旗號，圈著自己的地。這架勢怎么看都像極了當(dāng)年現(xiàn)場總線剛剛引入以太網(wǎng)技術(shù)時的調(diào)調(diào)。

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那么，我們應(yīng)該如何看待OPCUA和TSN在當(dāng)前工業(yè)總線技術(shù)發(fā)展中所起的作用呢。本期，就和大伙分享下個人此刻的一點小看法。

首先我們知道，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接下來將會面臨的一項重大挑戰(zhàn)，就是要能夠承載系統(tǒng)中海量設(shè)備之間大規(guī)模的數(shù)據(jù)交互、信息融合與實時互操作，因此，新一代的工業(yè)總線必須同時具備大帶寬、高速率和實時確定性的特性。這是現(xiàn)階段各大廠商對其產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)接口和通訊協(xié)議上進行升級的一個十分重要的方向。

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不過，考慮到現(xiàn)在工業(yè)系統(tǒng)的總體規(guī)模和復(fù)雜性，往往并非是某個單一協(xié)議網(wǎng)絡(luò)所能夠支撐起來的，上面所說的數(shù)據(jù)交互、信息融合與實時互操作，將不僅限于在同一協(xié)議網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各元件設(shè)備之間，還會有跨協(xié)議、跨網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的。這就促使自動化廠商不得不在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議升級時為其產(chǎn)品系統(tǒng)尋找能夠與其他協(xié)議網(wǎng)絡(luò)進行實時通訊、互操作的解決方案。而從通訊協(xié)議的模型架構(gòu)來看，這個方案基本上可以被分為數(shù)據(jù)傳輸和語義解析兩個層面。

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數(shù)據(jù)傳輸層面，由于目前大部分工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議都已經(jīng)采用了以太網(wǎng)的物理介質(zhì)和TCP/IP的傳輸方式，只是為了達到數(shù)據(jù)通訊實時確定性的要求，對MAC層（也就是數(shù)據(jù)鏈路層）做了不同程度的修改。因此在應(yīng)對海量數(shù)據(jù)交互與跨系統(tǒng)實時互操作的要求，它們只需要在提升通訊速率和帶寬的同時，引入一種通用的“實時確定性”機制即可。而「時間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN」技術(shù)的出現(xiàn)，恰恰在這方面適應(yīng)了工業(yè)總線發(fā)展的這種需求。

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一方面，正如之前我們曾經(jīng)提到的，TSN是在IEEE802.1標(biāo)準框架下，基于特定應(yīng)用需求制定的一組協(xié)議標(biāo)準，用于在以太網(wǎng)協(xié)議的MAC層建立一套“通用”的時間敏感機制，能夠確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間確定性，并為不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互操作提供可能性。

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另一方面，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俾?、大帶寬和實時確定性，同時也是影音、汽車...等很多非工業(yè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用所需要的，考慮到這些行業(yè)巨大的設(shè)備裝機數(shù)量，基于TSN的實時以太網(wǎng)技術(shù)其應(yīng)用成本（尤其是芯片模組）將很可能比現(xiàn)在的工業(yè)以太網(wǎng)有大幅降低，目測這也是各大廠家有意引入TSN的一個重要驅(qū)動力。

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語義解析層面，要實現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的互操作，其難點與其說是在于通訊協(xié)議本身，倒不如說是主要源于各家產(chǎn)品在應(yīng)用數(shù)據(jù)模型上的差異?？紤]到工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品與應(yīng)用的復(fù)雜性和多樣性，這樣的差異必定是會長期存在的。所以我們可以看到一些主流廠家們正在試圖借助OPCUA這一來自第三方非盈利機構(gòu)（OPCFoundation）的通用技術(shù)來解決不同協(xié)議體系之間的互操作問題。其基本原理就是將設(shè)備或系統(tǒng)間互操作所需的應(yīng)用數(shù)據(jù)，交由內(nèi)置的OPCUA數(shù)據(jù)端口，以Server/Client或Pub/Sub的形式進行交互處理，從而實現(xiàn)相應(yīng)的通訊操作。

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由于OPCUA技術(shù)本身是獨立于通訊協(xié)議的，它的應(yīng)用將不僅限于以太網(wǎng)系統(tǒng)，同樣也適用于其他各類協(xié)議設(shè)備之間的通訊和互操作，因此對于產(chǎn)品廠商來說，并不需要借助任何通訊協(xié)議的更新，僅通過在其產(chǎn)品內(nèi)部集成OPCUA數(shù)據(jù)端口，便可以具備與其他協(xié)議設(shè)備進行數(shù)據(jù)通訊的技術(shù)基礎(chǔ)。只有在不同協(xié)議的多個設(shè)備系統(tǒng)（如：物料輸送、機器人與視覺系統(tǒng)）之間進行高速、高動態(tài)的同步互操作時，才有必要引入前面提到的具備高速率、大帶寬、實時確定性的數(shù)據(jù)傳輸機制-TSN。與此同時，這種做法還能夠?qū)?shù)據(jù)對外開放的主動權(quán)有效的掌握在廠商自己一側(cè)。

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從目前看，各大廠商和協(xié)議組織都基于用戶在跨系統(tǒng)互操作方面的應(yīng)用需求，對OPCUA和TSN這樣的第三方通用技術(shù)，有著比較積極的表現(xiàn)。

在OPCUA方面，由于它只是在數(shù)據(jù)端口層面的技術(shù)，基本不會涉及產(chǎn)品與協(xié)議的內(nèi)核部分，加上它在促進跨系統(tǒng)互操作方面所起到的積極作用，因此大部分業(yè)內(nèi)廠家對其還是保持著比較開放的態(tài)度的。

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而有關(guān)TSN，CC-Link協(xié)會在去年年底發(fā)布了號稱業(yè)界首個基于TSN技術(shù)的千兆工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議CC-LinkIETSN，PI組織則是在上個月正式對外發(fā)布了其基于TSN的PROFINET協(xié)議規(guī)范，SERCOS也早已經(jīng)宣布會在未來協(xié)議更新時融入TSN技術(shù)。

這些都在在一定程度上說明OPCUA和TSN在工業(yè)領(lǐng)域普及甚至“標(biāo)準化”的趨勢正在逐步形成。

但同時我們也需要注意到，主流玩家在引入TSN和OPCUA這兩種通用第三方技術(shù)時所采取的策略有著極為明顯的差異。

就TSN來說，無論是產(chǎn)品廠商還是協(xié)議組織，在具體技術(shù)實施的過程中，都還是基于其現(xiàn)有技術(shù)體系將其融入其中的，這也就決定了各自落地的方案是有所不同的。

PicSource：EtherCATTechnologyGroup

從以太網(wǎng)協(xié)議的角度看，ETG（EtherCAT技術(shù)組織）早在2017年11月就曾經(jīng)發(fā)表了關(guān)于TSN的白皮書，稱EtherCAT技術(shù)并不會因TSN而發(fā)生改變，并闡述了TSN與EtherCAT在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的角色分工和相互關(guān)系，表示會始終支持TSN技術(shù)的推廣落實；而從ETG去年年底發(fā)布千兆EtherCATG來看，目測EtherCAT協(xié)議本身應(yīng)該是會在未來一段時間內(nèi)繼續(xù)保持其自身獨特的技術(shù)路線的。當(dāng)然這也和EtherCAT在MAC層采用數(shù)據(jù)列車的實時通訊機制有很大關(guān)系。

另外，即便是那些選擇引入TSN技術(shù)的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，比如：CC-LinkIETSN、ProfiNet@TSN、SERCOSoverTSN...，也都因為傳承于各自的上一代技術(shù)而有所不同，相互之間依然是需要借助OPCUA這樣的第三方通用技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的。

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再從具體的產(chǎn)品方案來看，Beckhoff去年曾推出一款型號為EK1000的橋接模塊，能夠?qū)⑵洮F(xiàn)有的EtherCAT架構(gòu)和TSN系統(tǒng)對接，融入異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；

PicSource:CLPA|CC-LinkIETSN

MITSUBISHI則是在其新一代自動化產(chǎn)品全面使用了CC-LinkIETSN作為通訊端口協(xié)議，并以此將控制層和設(shè)備層系統(tǒng)架構(gòu)整合在了同一個協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之中；

PicSource:new.siemens.com

西家號稱會在其自動化產(chǎn)品中引入逐步OPCUA和ProfiNet@TSN；B&R也在去年年底宣布將會在今年發(fā)布集成OPCUA和TSN技術(shù)的產(chǎn)品...

PicSource：OPCFoundation

而與使用TSN的各自為政不同，主流廠家當(dāng)前在OPCUA上的步調(diào)倒是顯得十分一致。

例如：很多廠家都已經(jīng)陸續(xù)在控制層和信息層的產(chǎn)品中集成了OPCUA，以實現(xiàn)各種跨系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集成的應(yīng)用場景；

再比如：為了實現(xiàn)跨協(xié)議設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互，多個自動化廠家在去年年底共同確認，將支持基于TSN技術(shù)在控制層以下的現(xiàn)場設(shè)備層展開OPCUA的應(yīng)用。

PicSource:CLPA|CC-LinkIETSN

之所以會有這樣的局面，個人覺得其實是受到了兩個方面因素的影響：

一方面，工業(yè)領(lǐng)域IT/OT、FA/PA...等方面跨系統(tǒng)融合的需求，要求廠家能夠給出相應(yīng)的開放性解決方案；

另一方面，在設(shè)計與第三方系統(tǒng)對接互操作的方案時，各廠家也一定會基于自身業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，做出相應(yīng)的戰(zhàn)略部署，包括：借助新技術(shù)，提升系統(tǒng)性能和競爭力；通過設(shè)備互通，擴大影響力范圍；設(shè)置軟性壁壘，保護現(xiàn)有技術(shù)體系...

而如果一定要預(yù)測下工業(yè)總線未來的發(fā)展格局，我的研判是，三分天下：

OPCUAoverEtherCAT

OPCUAoverProfiNetw/TSN

OPCUAover...TSN