貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（中國）有限公司技術(shù)傳播經(jīng)理宋華振

工業(yè)生產(chǎn)早期是以人力/畜力/水力等方式進(jìn)行傳動(dòng)，而控制也基本上都是人工的，感知和控制都是由人的大腦來(lái)完成的。維納控制論和香農信息論奠定了現代控制與通信的基礎，通過(guò)通信的“周期性”傳輸將物理對象的狀態(tài)反饋給系統，然后去不斷調整控制策略，這構成了整個(gè)現代控制的基礎，那么通信就成了關(guān)鍵一環(huán)。隨即在流程工業(yè)出現了計算機網(wǎng)絡(luò )，但是這個(gè)網(wǎng)絡(luò )主要在車(chē)間層而不是現場(chǎng)，現場(chǎng)層還是依賴(lài)于線(xiàn)纜的連接傳輸物理信號。而到了20世紀70年代有了總線(xiàn)技術(shù)，首先它是為了降低接線(xiàn)和系統配置診斷的工程成本，這個(gè)階段控制任務(wù)還是以主站為主。到了現場(chǎng)總線(xiàn)階段則可以實(shí)現分布式控制，從站具有了很強的本地執行能力，然后進(jìn)行統一協(xié)調。到了實(shí)時(shí)以太網(wǎng)階段，由于時(shí)間粒度已經(jīng)降低到了微秒級，那么協(xié)同控制，即主站和主站間、主站/從站間的通信瓶頸被消除了，網(wǎng)絡(luò )協(xié)同控制才能成為可能。這個(gè)中間總線(xiàn)主要是在物理層和數據鏈路層，各家總線(xiàn)為了軟件開(kāi)發(fā)方便，也定義了各自的應用層標準，Microsoft也針對Windows系統與現場(chǎng)連接開(kāi)發(fā)了OPC，包括流程領(lǐng)域FDT/DTM的規范，都是為了實(shí)現互操作層面的標準。

工業(yè)總線(xiàn)在ISO/OSI模型中通常還是由三層或五層結構來(lái)實(shí)現，以考慮實(shí)時(shí)性問(wèn)題。而到了近期，隨著(zhù)智能制造、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需求，又需要解決車(chē)間、MES/ERP、數字孿生、人工智能、云平臺等與現場(chǎng)連接的通信難題，即周期性和非周期性能不能在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )里傳輸，又需要解決語(yǔ)義互操作的跨平臺交互問(wèn)題。這個(gè)時(shí)候，人們又回到當時(shí)以太網(wǎng)初期階段，是否可以讓標準以太網(wǎng)有實(shí)時(shí)性呢？因此開(kāi)始了TSN技術(shù)的開(kāi)發(fā)。這一技術(shù)旨在借助于IT的廣泛性降低網(wǎng)絡(luò )實(shí)現成本，并由獨立于任何廠(chǎng)商的IEEE/IEC來(lái)發(fā)展產(chǎn)業(yè)共同的通信規范與標準。在應用層，原有的OPC只能針對Windows無(wú)法滿(mǎn)足要求，于是推出了統一架構OPC UA，OPC UA不僅解決IT與OT的通信連接，還解決信息建模，這就為數字孿生、人工智能提供了模型，便于更為快速的實(shí)現優(yōu)化應用，降低因此而需的工程集成成本。因此，工業(yè)通信的發(fā)展是一個(gè)不斷融合、簡(jiǎn)化，并以用戶(hù)需求為導向的過(guò)程，滿(mǎn)足工業(yè)更為簡(jiǎn)單的連接、更便利的工程集成、更為開(kāi)放的訴求。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年5月刊