說(shuō)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(lái)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(zhǔn)的大一統(tǒng)局面；可若是留意下主流玩家近期的各種動(dòng)作，就會(huì)覺(jué)得，新標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)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(dá)成共識(shí)，實(shí)則依然各自為營(yíng)，繼續(xù)借著“通用”、“開放”的旗號(hào)，圈著自己的地。這架勢(shì)怎么看都像極了當(dāng)年現(xiàn)場(chǎng)總線剛剛引入以太網(wǎng)技術(shù)時(shí)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(gè)人此刻的一點(diǎn)小看法。

首先我們知道，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接下來(lái)將會(huì)面臨的一項(xiàng)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(shí)時(shí)互操作，因此，新一代的工業(yè)總線必須同時(shí)具備大帶寬、高速率和實(shí)時(shí)確定性的特性。這是現(xiàn)階段各大廠商對(duì)其產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)接口和通訊協(xié)議上進(jìn)行升級(jí)的一個(gè)十分重要的方向。

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不過(guò)，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(gè)單一協(xié)議網(wǎng)絡(luò)所能夠支撐起來(lái)的，上面所說(shuō)的數(shù)據(jù)交互、信息融合與實(shí)時(shí)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(huì)有跨協(xié)議、跨網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的。這就促使自動(dòng)化廠商不得不在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議升級(jí)時(shí)為其產(chǎn)品系統(tǒng)尋找能夠與其他協(xié)議網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊、互操作的解決方案。而從通訊協(xié)議的模型架構(gòu)來(lái)看，這個(gè)方案基本上可以被分為數(shù)據(jù)傳輸和語(yǔ)義解析兩個(gè)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(dá)到數(shù)據(jù)通訊實(shí)時(shí)確定性的要求，對(duì)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(duì)海量數(shù)據(jù)交互與跨系統(tǒng)實(shí)時(shí)互操作的要求，它們只需要在提升通訊速率和帶寬的同時(shí)，引入一種通用的“實(shí)時(shí)確定性”機(jī)制即可。而「時(shí)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?cè)?jīng)提到的，TSN是在IEEE802.1標(biāo)準(zhǔn)框架下，基于特定應(yīng)用需求制定的一組協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，用于在以太網(wǎng)協(xié)議的MAC層建立一套“通用”的時(shí)間敏感機(jī)制，能夠確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)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)母咚俾省⒋髱捄蛯?shí)時(shí)確定性，同時(shí)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(jī)數(shù)量，基于TSN的實(shí)時(shí)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(cè)這也是各大廠家有意引入TSN的一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)力。

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語(yǔ)義解析層面，要實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的互操作，其難點(diǎn)與其說(shuō)是在于通訊協(xié)議本身，倒不如說(shuō)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(huì)長(zhǎng)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(lái)自第三方非盈利機(jī)構(gòu)（OPCFoundation）的通用技術(shù)來(lái)解決不同協(xié)議體系之間的互操作問(wèn)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(jìn)行交互處理，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的通訊操作。

PicSource：OPCFoundation

由于OPCUA技術(shù)本身是獨(dú)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(duì)于產(chǎn)品廠商來(lái)說(shuō)，并不需要借助任何通訊協(xié)議的更新，僅通過(guò)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(jìn)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(gè)設(shè)備系統(tǒng)（如：物料輸送、機(jī)器人與視覺(jué)系統(tǒng)）之間進(jìn)行高速、高動(dòng)態(tài)的同步互操作時(shí)，才有必要引入前面提到的具備高速率、大帶寬、實(shí)時(shí)確定性的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制-TSN。與此同時(shí)，這種做法還能夠?qū)?shù)據(jù)對(duì)外開放的主動(dòng)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(duì)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(huì)涉及產(chǎn)品與協(xié)議的內(nèi)核部分，加上它在促進(jìn)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(duì)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(huì)在去年年底發(fā)布了號(hào)稱業(yè)界首個(gè)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(gè)月正式對(duì)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(huì)在未來(lái)協(xié)議更新時(shí)融入TSN技術(shù)。

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

但同時(shí)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(shí)所采取的策略有著極為明顯的差異。

就TSN來(lái)說(shuō)，無(wú)論是產(chǎn)品廠商還是協(xié)議組織，在具體技術(shù)實(shí)施的過(guò)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(huì)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(huì)始終支持TSN技術(shù)的推廣落實(shí)；而從ETG去年年底發(fā)布千兆EtherCATG來(lái)看，目測(cè)EtherCAT協(xié)議本身應(yīng)該是會(huì)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)保持其自身獨(dú)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(shí)時(shí)通訊機(jī)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?yàn)閭鞒杏诟髯缘纳弦淮夹g(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(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的。

PicSource:BeckhoffAutomation

再?gòu)木唧w的產(chǎn)品方案來(lái)看，Beckhoff去年曾推出一款型號(hào)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(duì)接，融入異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；

PicSource:CLPA|CC-LinkIETSN

MITSUBISHI則是在其新一代自動(dòng)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(gè)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之中；

PicSource:new.siemens.com

西家號(hào)稱會(huì)在其自動(dòng)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(huì)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(shí)現(xiàn)各種跨系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集成的應(yīng)用場(chǎng)景；

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

PicSource:CLPA|CC-LinkIETSN

之所以會(huì)有這樣的局面，個(gè)人覺(jué)得其實(shí)是受到了兩個(gè)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(jì)與第三方系統(tǒng)對(duì)接互操作的方案時(shí)，各廠家也一定會(huì)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(jìng)爭(zhēng)力；通過(guò)設(shè)備互通，擴(kuò)大影響力范圍；設(shè)置軟性壁壘，保護(hù)現(xiàn)有技術(shù)體系...

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

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OPCUAoverProfiNetw/TSN

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