2018年11月27日-29日，一年一度的SPSIPCDrives展會(huì)又在德國(guó)紐倫堡舉行，作為歐洲最大的自動(dòng)化展會(huì)，SPSIPCDrives每年的主題反映了歐洲自動(dòng)化企業(yè)的關(guān)注熱點(diǎn)，本年度的主題是“smartanddigitalautomation”。而”Connectivity“應(yīng)該是從Automation(自動(dòng)化)到Digital（數(shù)字化）、Smart(智能化)的基礎(chǔ)。傳感器、控制器、機(jī)器設(shè)備、人、云平臺(tái)之間的互聯(lián)互通是自動(dòng)化展的老話題，但年年都有新東西。走遍SPS的十多個(gè)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(lái)的交錯(cuò)。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(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，同時(shí)又要求這個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有QoS保證。在SPS2018展會(huì)上，各個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)協(xié)會(huì)和主流廠商，既展現(xiàn)了對(duì)共同網(wǎng)絡(luò)框架的認(rèn)同和支持，也在具體的實(shí)現(xiàn)方案上體現(xiàn)了“和而不同”，筆者這里簡(jiǎn)單記錄下個(gè)人觀感，管窺之見(jiàn)，不當(dāng)處請(qǐng)讀者指正。

OPC基金會(huì)：積極推動(dòng)“OPCUAincludingTSNdowntothefieldlevel”

OPC基金會(huì)展臺(tái)的一個(gè)技術(shù)架構(gòu)圖反映了其當(dāng)前的主要工作方向：

1）通過(guò)統(tǒng)一的OPCUA信息模型及協(xié)議，實(shí)現(xiàn)IT和OT網(wǎng)絡(luò)的融合和語(yǔ)義級(jí)通信；

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

3）通過(guò)融合TSN來(lái)滿足車(chē)間級(jí)和設(shè)備級(jí)的實(shí)時(shí)通信的QoS需求。

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

兩者對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)最新一版主要添加了對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的支持和對(duì)TSN現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信的支持，在舊版架構(gòu)圖中，TSN主要是實(shí)現(xiàn)M2M通信，控制器和IO/伺服驅(qū)動(dòng)的通信仍由傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)。而OPCUAoverTSN實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)實(shí)時(shí)通信則是OPC基金會(huì)在本次SPS重點(diǎn)宣傳的內(nèi)容。OPC基金會(huì)在SPS上宣布推動(dòng)”IniiativeforFieldLevelCommunication“，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)包括IO、運(yùn)動(dòng)控制、安全系統(tǒng)在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)確定性通信。展臺(tái)上的IIC的TSNTestbed也實(shí)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(shí)也為多種工業(yè)通信協(xié)議遷移到TSN上提供了支持。

各個(gè)技術(shù)組織的TSNTestbed

LNI4.0（LabsNetworkIndustrie4.0）是由幾個(gè)德國(guó)技術(shù)協(xié)會(huì)和相關(guān)企業(yè)發(fā)起的技術(shù)組織。在OPCUA基金會(huì)展臺(tái)展示了其TSNTestbed。

在展會(huì)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(biāo)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(duì)于OPCUAoverTSN用于現(xiàn)場(chǎng)IO級(jí)別的實(shí)時(shí)通信，LNI4.0持保留態(tài)度，認(rèn)為現(xiàn)階段實(shí)施成本過(guò)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(qiáng)調(diào)支持現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的實(shí)時(shí)通信，現(xiàn)場(chǎng)展示用美國(guó)NI的CompactRio控制器與博世力士樂(lè)的帶TSN接口的伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，可以通過(guò)觸摸屏加載不同的UDP網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制的帶寬不受影響。

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

主流實(shí)時(shí)以太網(wǎng)：邁向互聯(lián)互通

西門(mén)子主導(dǎo)的PI（PROFIBUS&PROFINETInternational）組織的展臺(tái)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(gè)部分：對(duì)應(yīng)7層架構(gòu)第2層的PROFINETRT/IRT機(jī)制和對(duì)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(lái)也許PROFINET服務(wù)都基于TSN運(yùn)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(mén)子的官方說(shuō)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(chǎng)級(jí)的周期性實(shí)時(shí)IO數(shù)據(jù)通信。在現(xiàn)場(chǎng)IO級(jí)，只有PROFINEToverTSN，在設(shè)備級(jí)，可以通過(guò)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(shí)際上可以共享統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)硬件架構(gòu)。從這個(gè)角度看，PI的架構(gòu)與OPC基金會(huì)的架構(gòu)是兼容的。

西門(mén)子展臺(tái)上展示了兩臺(tái)西門(mén)子的S7-1500PLC通過(guò)TSN實(shí)現(xiàn)M2M同步，控制兩臺(tái)KUKA機(jī)器人實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制，PLC與KUKA機(jī)器人之間采用PROFINET。

EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)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(tái)的XPlanar六自由度平面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)是展會(huì)上的一大亮點(diǎn)，也呼應(yīng)了高帶寬網(wǎng)絡(luò)在未來(lái)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的必要性。

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

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

CLPA（CC-LinkPartnerAssociation）則于SPS開(kāi)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(shí)間觸發(fā)調(diào)度機(jī)制，CC-LinkIETSN稱(chēng)最小通信周期可以達(dá)到31.25微秒，可以滿足高速高精運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的通信需求。

Unix/Linux有一個(gè)編程哲學(xué)是：機(jī)制與策略相分離?？v觀SPS2018，盡管對(duì)于TSN配置策略仍存在一些觀點(diǎn)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(jìng)爭(zhēng)中又相互融合的工業(yè)以太網(wǎng)，為制造自動(dòng)化提供了更大的空間。