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如今，最高級(jí)的生產(chǎn)系統(tǒng)的一個(gè)重要要求在于將ERP級(jí)到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的所有通訊集成在一起。為消除IT和自動(dòng)化間的障礙，設(shè)備所有者越來越傾向于開放的OPC UA標(biāo)準(zhǔn)。然而，當(dāng)面對(duì)具有實(shí)時(shí)要求的復(fù)雜過程時(shí)，OPC UA有其局限性。不過得益于時(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(fù)雜性正日益提高，進(jìn)而發(fā)展出越來越多分散控制的概念。由于通過工業(yè)以太網(wǎng)來連接智能外設(shè)這一情況越來越普遍，這些技術(shù)采用獨(dú)立且靈活的模塊化結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。獨(dú)立的子系統(tǒng)和模塊與控制器相連集成為整機(jī)這種情況將變得更為常見。

通訊是關(guān)鍵

“在這類生產(chǎn)解決方案中，決定性因素在于獨(dú)立單元間的高效通信。”貝加萊市場(chǎng)經(jīng)理Stefan Sch?negger說。“對(duì)設(shè)備生產(chǎn)商來講，實(shí)現(xiàn)工程能力而不受到專利權(quán)限制是至關(guān)重要的。”從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到ERP系統(tǒng)，開放的OPC UA標(biāo)準(zhǔn)正是這樣一個(gè)理想的通訊協(xié)議。

現(xiàn)在，所有主要的控制系統(tǒng)生產(chǎn)商都已經(jīng)采用了OPC UA。這一標(biāo)準(zhǔn)確保在同一個(gè)系統(tǒng)中，使用不同品牌控制器的多種機(jī)器可以方便地進(jìn)行合作。協(xié)議本身也是個(gè)獨(dú)立的平臺(tái)，協(xié)議棧可以與任何操作系統(tǒng)或嵌入式硬件進(jìn)行端口連接。“OPC UA是唯一有效結(jié)合了所有這些優(yōu)點(diǎn)的協(xié)議。”Sch?negger說。

實(shí)時(shí)通訊以達(dá)到最大生產(chǎn)力

只要工廠內(nèi)的機(jī)器如同獨(dú)立的單元一樣在持續(xù)運(yùn)行，例如發(fā)送/接收分離診斷數(shù)據(jù)和命令，那么OPC UA對(duì)M2M通訊來說就是最優(yōu)選擇。“盡管未來的工廠看起來會(huì)大不一樣。”Sch?negger說。“機(jī)器，機(jī)器人和傳送帶將需要進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊以達(dá)到生產(chǎn)力最大化。”

“從技術(shù)上來說，在OPC UA上增加實(shí)時(shí)功能是完全可行的。但是做起來卻需要耗費(fèi)大量精力，而且會(huì)存在不足。”Sch?negger補(bǔ)充道。這就是為什么有一大批自動(dòng)化廠商和機(jī)器人廠商從四面八方聚集起來。他們的目標(biāo)是：讓OPC UA利用TSN技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有IEEE 802.1 Ethernet標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擴(kuò)展。

汽車工業(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(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)，以后將被納入IEEE 802.1標(biāo)準(zhǔn)中。擴(kuò)展的目標(biāo)是通過Ethernet提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。“TSN標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的一大優(yōu)勢(shì)在于背后有汽車工業(yè)的支持。也就意味著，所需的半導(dǎo)體部件在獲取方面非常迅速，而且價(jià)格相對(duì)便宜。”Sch?negger解釋說。

在過去幾年內(nèi)，汽車內(nèi)部需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量急劇增加。“傳統(tǒng)的總線系統(tǒng)幾乎沒有帶寬來處理這些數(shù)據(jù)。”Sch?negger說。對(duì)汽車行業(yè)來說，第一步是采用802.1 AVB（音頻-視頻橋接）標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)可以同步優(yōu)先傳送音頻和視頻文件。也就是說，可以通過Ethernet對(duì)安裝在后保險(xiǎn)杠上的后部攝影器捕捉的影像及時(shí)傳輸。

為了實(shí)現(xiàn)在新行業(yè)中的發(fā)展目標(biāo)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，AVB工作組成為TSN的發(fā)起人。汽車行業(yè)希望能處理所有控制任務(wù)和應(yīng)用，而這要求通過Ethernet的功能安全。為了使其成為可能，需要實(shí)時(shí)范圍內(nèi)的時(shí)間周期和確定的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)作。“這些要求與我們?cè)谧詣?dòng)化生產(chǎn)線中面臨的要求完全一致。”Sch?negger說。這就是我們貝加萊和其它自動(dòng)化廠商決定將TSN增加到OPC UA實(shí)時(shí)功能的原因所在。

OPC UA TSN是產(chǎn)線同步的完美選擇。

IT與自動(dòng)化的碰撞

“借助OPC UA TSN，我們?cè)诨贗P地址的IT世界和滿足硬實(shí)時(shí)要求（如POWERLINK）的協(xié)議之間架起一座橋梁。”Sch?negger說。對(duì)所有帶有軟實(shí)時(shí)要求的機(jī)器級(jí)以上的工廠自動(dòng)化應(yīng)用來說，OPC UA TSN是一個(gè)完美的解決方案。這一方案包括了生產(chǎn)線同步，SCADA系統(tǒng)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(nèi)執(zhí)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(jié)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。”Sch?negger說。在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議中仍保留了針對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)和高速傳感器連接的硬實(shí)時(shí)領(lǐng)域，如POWERLINK。TSN在線性連接方面也有明顯劣勢(shì)。這可以采用IT解決方案中典型的星型布局得以優(yōu)化。常見于機(jī)械中的總線型布局（串聯(lián)）也有種種使用限制。

未來幾年，隨著OPC UA在產(chǎn)線自動(dòng)化方面的擴(kuò)展，機(jī)器和設(shè)備將會(huì)在結(jié)構(gòu)上發(fā)生翻天覆地的變化。“人們不再需要傳統(tǒng)的工廠級(jí)總線系統(tǒng)。”Sch?negger說。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(tǒng)的工廠級(jí)總線系統(tǒng)。

OPC UA和POWERLINK僅僅是基于軟件的棧協(xié)議，可以免費(fèi)獲取并接入任何平臺(tái)。“OPC UA和POWERLINK的結(jié)合為機(jī)器工程和系統(tǒng)工程提供了最大的自由。”Sch?negger說。至于控制器來自于哪家供應(yīng)商變得不再重要了。