如今，最高級的生產(chǎn)系統(tǒng)的一個重要要求在于將ERP級到現(xiàn)場級的所有通訊集成在一起。為消除IT和自動化間的障礙，設備所有者越來越傾向于開放的OPC UA標準。然而，當面對具有實時要求的復雜過程時，OPC UA有其局限性。不過得益于時間敏感型網(wǎng)絡（TSN），這一情況很快將得到改變。

自動化任務的復雜性正日益提高，進而發(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)來連接智能外設這一情況越來越普遍，這些技術采用獨立且靈活的模塊化結構的自動化技術來實現(xiàn)。獨立的子系統(tǒng)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。

通訊是關鍵

“在這類生產(chǎn)解決方案中，決定性因素在于獨立單元間的高效通信。”貝加萊市場經(jīng)理Stefan Schönegger說。“對設備生產(chǎn)商來講，實現(xiàn)工程能力而不受到專利權限制是至關重要的。”從現(xiàn)場級到ERP系統(tǒng)，開放的OPC UA標準正是這樣一個理想的通訊協(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。這一標準確保在同一個系統(tǒng)中，使用不同品牌控制器的多種機器可以方便地進行合作。協(xié)議本身也是個獨立的平臺，協(xié)議?？梢耘c任何操作系統(tǒng)或嵌入式硬件進行端口連接。“OPC UA是唯一有效結合了所有這些優(yōu)點的協(xié)議。”Schönegger說。

實時通訊以達到最大生產(chǎn)力

只要工廠內(nèi)的機器如同獨立的單元一樣在持續(xù)運行，例如發(fā)送/接收分離診斷數(shù)據(jù)和命令，那么OPC UA對M2M通訊來說就是最優(yōu)選擇。“盡管未來的工廠看起來會大不一樣。”Schönegger說。“機器，機器人和傳送帶將需要進行實時通訊以達到生產(chǎn)力最大化。”

“從技術上來說，在OPC UA上增加實時功能是完全可行的。但是做起來卻需要耗費大量精力，而且會存在不足。”Schönegger補充道。這就是為什么有一大批自動化廠商和機器人廠商從四面八方聚集起來。他們的目標是：讓OPC UA利用TSN技術，對現(xiàn)有IEEE 802.1 Ethernet標準進行擴展。

汽車工業(yè)正在推動TSN發(fā)展

時間敏感型網(wǎng)絡（TSN）是一個正在發(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Ethernet提供實時數(shù)據(jù)傳輸。“TSN標準發(fā)展的一大優(yōu)勢在于背后有汽車工業(yè)的支持。也就意味著，所需的半導體部件在獲取方面非常迅速，而且價格相對便宜。”Schönegger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)。”Schönegger說。對汽車行業(yè)來說，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，可以通過Ethernet對安裝在后保險杠上的后部攝影器捕捉的影像及時傳輸。

為了實現(xiàn)在新行業(yè)中的發(fā)展目標，擴大應用范圍，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和應用，而這要求通過Ethernet的功能安全。為了使其成為可能，需要實時范圍內(nèi)的時間周期和確定的網(wǎng)絡動作。“這些要求與我們在自動化生產(chǎn)線中面臨的要求完全一致。”Schönegger說。這就是我們貝加萊和其它自動化廠商決定將TSN增加到OPC UA實時功能的原因所在。

OPC UA TSN是產(chǎn)線同步的完美選擇

IT與自動化的碰撞

“借助OPC UA TSN，我們在基于IP地址的IT世界和滿足硬實時要求（如POWERLINK）的協(xié)議之間架起一座橋梁。”Schönegger說。對所有帶有軟實時要求的機器級以上的工廠自動化應用來說，OPC UA TSN是一個完美的解決方案。這一方案包括了生產(chǎn)線同步，SCADA系統(tǒng)連接，簡單控制任務解決和傳送帶操作。所有這些任務要求在2-10毫秒的范圍內(nèi)執(zhí)行，同時抖動范圍為幾百微秒。

貝加萊市場部經(jīng)理  Stefan Schönegger 

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

有限的布局

“即使是使用TSN，低于2毫秒的時間周期在技術上仍然不可行。”Schönegger說。在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議中仍保留了針對伺服驅動和高速傳感器連接的硬實時領域，如POWERLINK。TSN在線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優(yōu)化。常見于機械中的總線型布局（串聯(lián)）也有種種使用限制。

未來幾年，隨著OPC UA在產(chǎn)線自動化方面的擴展，機器和設備將會在結構上發(fā)生翻天覆地的變化。“人們不再需要傳統(tǒng)的工廠級總線系統(tǒng)。”Schönegger說。OPC UA TSN和POWERLINK的聯(lián)手將覆蓋整個工業(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，可以免費獲取并接入任何平臺。“OPC UA和POWERLINK的結合為機器工程和系統(tǒng)工程提供了最大的自由。”Schönegger說。至于控制器來自于哪家供應商變得不再重要了。