如今，最高級的生產(chǎn)系統的一個(gè)重要要求在于將ERP級到現場(chǎng)級的所有通訊集成在一起。為消除IT和自動(dòng)化間的障礙，設備所有者越來(lái)越傾向于開(kāi)放的OPC UA標準。然而，當面對具有實(shí)時(shí)要求的復雜過(guò)程時(shí)，OPC UA有其局限性。不過(guò)得益于時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò )（TSN），這一情況很快將得到改變。

自動(dòng)化任務(wù)的復雜性正日益提高，進(jìn)而發(fā)展出越來(lái)越多分散控制的概念。由于通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)連接智能外設這一情況越來(lái)越普遍，這些技術(shù)采用獨立且靈活的模塊化結構的自動(dòng)化技術(shù)來(lái)實(shí)現。獨立的子系統和模塊與控制器相連集成為整機這種情況將變得更為常見(jiàn)。

通訊是關(guān)鍵

“在這類(lèi)生產(chǎn)解決方案中，決定性因素在于獨立單元間的高效通信?！必惣尤R市場(chǎng)經(jīng)理Stefan Sch?negger說(shuō)?！皩υO備生產(chǎn)商來(lái)講，實(shí)現工程能力而不受到專(zhuān)利權限制是至關(guān)重要的?！睆默F場(chǎng)級到ERP系統，開(kāi)放的OPC UA標準正是這樣一個(gè)理想的通訊協(xié)議。

現在，所有主要的控制系統生產(chǎn)商都已經(jīng)采用了OPC UA。這一標準確保在同一個(gè)系統中，使用不同品牌控制器的多種機器可以方便地進(jìn)行合作。協(xié)議本身也是個(gè)獨立的平臺，協(xié)議?？梢耘c任何操作系統或嵌入式硬件進(jìn)行端口連接?！癘PC UA是唯一有效結合了所有這些優(yōu)點(diǎn)的協(xié)議?！盨ch?negger說(shuō)。

實(shí)時(shí)通訊以達到最大生產(chǎn)力

只要工廠(chǎng)內的機器如同獨立的單元一樣在持續運行，例如發(fā)送/接收分離診斷數據和命令，那么OPC UA對M2M通訊來(lái)說(shuō)就是最優(yōu)選擇?！氨M管未來(lái)的工廠(chǎng)看起來(lái)會(huì )大不一樣?！盨ch?negger說(shuō)?！皺C器，機器人和傳送帶將需要進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊以達到生產(chǎn)力最大化?！?/p>

“從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，在OPC UA上增加實(shí)時(shí)功能是完全可行的。但是做起來(lái)卻需要耗費大量精力，而且會(huì )存在不足?！盨ch?negger補充道。這就是為什么有一大批自動(dòng)化廠(chǎng)商和機器人廠(chǎng)商從四面八方聚集起來(lái)。他們的目標是：讓OPC UA利用TSN技術(shù)，對現有IEEE 802.1 Ethernet標準進(jìn)行擴展。

汽車(chē)工業(yè)正在推動(dòng)TSN發(fā)展

時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò )（TSN）是一個(gè)正在發(fā)展的擴展標準，以后將被納入IEEE 802.1標準中。擴展的目標是通過(guò)Ethernet提供實(shí)時(shí)數據傳輸?！癟SN標準發(fā)展的一大優(yōu)勢在于背后有汽車(chē)工業(yè)的支持。也就意味著(zhù)，所需的半導體部件在獲取方面非常迅速，而且價(jià)格相對便宜?！盨ch?negger解釋說(shuō)。

在過(guò)去幾年內，汽車(chē)內部需要傳輸的數據量急劇增加?！皞鹘y的總線(xiàn)系統幾乎沒(méi)有帶寬來(lái)處理這些數據?！盨ch?negger說(shuō)。對汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)，第一步是采用802.1 AVB（音頻-視頻橋接）標準，該標準可以同步優(yōu)先傳送音頻和視頻文件。也就是說(shuō)，可以通過(guò)Ethernet對安裝在后保險杠上的后部攝影器捕捉的影像及時(shí)傳輸。

為了實(shí)現在新行業(yè)中的發(fā)展目標，擴大應用范圍，AVB工作組成為T(mén)SN的發(fā)起人。汽車(chē)行業(yè)希望能處理所有控制任務(wù)和應用，而這要求通過(guò)Ethernet的功能安全。為了使其成為可能，需要實(shí)時(shí)范圍內的時(shí)間周期和確定的網(wǎng)絡(luò )動(dòng)作?！斑@些要求與我們在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中面臨的要求完全一致?！盨ch?negger說(shuō)。這就是我們貝加萊和其它自動(dòng)化廠(chǎng)商決定將TSN增加到OPC UA實(shí)時(shí)功能的原因所在。

OPC UA TSN是產(chǎn)線(xiàn)同步的完美選擇。

IT與自動(dòng)化的碰撞

“借助OPC UA TSN，我們在基于IP地址的IT世界和滿(mǎn)足硬實(shí)時(shí)要求（如POWERLINK）的協(xié)議之間架起一座橋梁?！盨ch?negger說(shuō)。對所有帶有軟實(shí)時(shí)要求的機器級以上的工廠(chǎng)自動(dòng)化應用來(lái)說(shuō)，OPC UA TSN是一個(gè)完美的解決方案。這一方案包括了生產(chǎn)線(xiàn)同步，SCADA系統連接，簡(jiǎn)單控制任務(wù)解決和傳送帶操作。所有這些任務(wù)要求在2-10毫秒的范圍內執行，同時(shí)抖動(dòng)范圍為幾百微秒。

貝加萊市場(chǎng)部經(jīng)理  Stefan Sch?negger  

OPC UA TSN和POWERLINK的結合將覆蓋工業(yè)生產(chǎn)的整個(gè)通訊范圍

有限的布局

“即使是使用TSN，低于2毫秒的時(shí)間周期在技術(shù)上仍然不可行?！盨ch?negger說(shuō)。在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議中仍保留了針對伺服驅動(dòng)和高速傳感器連接的硬實(shí)時(shí)領(lǐng)域，如POWERLINK。TSN在線(xiàn)性連接方面也有明顯劣勢。這可以采用IT解決方案中典型的星型布局得以?xún)?yōu)化。常見(jiàn)于機械中的總線(xiàn)型布局（串聯(lián)）也有種種使用限制。

未來(lái)幾年，隨著(zhù)OPC UA在產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化方面的擴展，機器和設備將會(huì )在結構上發(fā)生翻天覆地的變化?！叭藗儾辉傩枰獋鹘y的工廠(chǎng)級總線(xiàn)系統?！盨ch?negger說(shuō)。OPC UA TSN和POWERLINK的聯(lián)手將覆蓋整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的通訊范圍。

使用OPC UA TSN后，人們不再需要傳統的工廠(chǎng)級總線(xiàn)系統。

OPC UA和POWERLINK僅僅是基于軟件的棧協(xié)議，可以免費獲取并接入任何平臺?！癘PC UA和POWERLINK的結合為機器工程和系統工程提供了最大的自由?！盨ch?negger說(shuō)。至于控制器來(lái)自于哪家供應商變得不再重要了。