OPC UA +TSN解讀：工業通信下PLC網絡與IT融合與集成
發布時間：2021-12-20 22:01:05
隨著企業智能制造戰略的深入，IT與OT的融合進程加速，OT廠商和IT廠商也開始重視統一架構標準的建設工作。隨著TSN與OPC UA兩大標準的發展，IT與OT融合的諸多問題將被逐一解決，打通“從計劃層到執行層”的全業務流程數據，實現企業內部由上而下的業務縱向集成也水到渠成。
01 IT與OT融合與工業網絡
隨著企業智能制造戰略的深入，IT與OT的融合進程加速，OT廠商和IT廠商也開始重視統一架構標準的建設工作。隨著TSN與OPC UA兩大標準的發展，IT與OT融合的諸多問題將被逐一解決，打通“從計劃層到執行層”的全業務流程數據，實現企業內部由上而下的業務縱向集成也水到渠成。
隨著智能制造戰略的深入，推動企業的運營管理系統與制造執行系統的縱向集成與貫通已成為當前企業新的應用需求，也加速了IT與OT的融合進程。與此同時，OT廠商和IT廠商也開始重視統一架構標準的建設工作。
IT與OT融合時常被作為重要的產業趨勢，旨在通過兩者的融合打通運營管理系統與制造執行系統之間的數據鏈路，將二者整合在一個統一的信息平臺上，從而幫助企業提升在運營決策與制造執行等各方面的綜合效益。
然而，IT與OT融合并不容易，除了需要面對跨界投入不穩定、不確定的風險以及設備、人力等成本的挑戰外，IT與OT本身所具備的特性也為二者融合設置了障礙。
其一，支撐IT和OT的網絡協議是不一樣的。IT網絡以通用的TCP/IP協議為主，如以太網、4G、5G、WIFI等，這些標準協議下的數據通信對實時性和可靠性要求均不高。OT網絡以Profinet、POWERLINK、EtherCAT、Ethernet/IP、CC-Link IE等工業總線為主，不但實時性要求高，而且對可靠性要求更高。
其二，IT與OT的數據采集特點和屬性是不一樣的。OT主要對溫度閉環、運動控制、機器人等周期性數據進行采集，數據庫是實時數據庫和歷史數據庫相結合，這些場景中節點較多且單次采集數據量小，采用輪詢機制解決“周期性”問題。IT系統并不是周期性采集數據，如ERP、OA等運營數據都是隨機性讀寫和傳輸，采用的是關系型數據庫，但節點數量不多且單次數據傳輸量較大。
02 OPC UA +TSN兩大標準體系
為解決IT與OT在網絡協議標準以及數據采集方式上的差異，實現辦公網絡與工業網絡的融入，近年來，基于OPC UA和TSN兩大標準體系建設工作也在加速推進，OPC UA和TSN旨在解決兩個方面的問題。
其一，OPC UA統一架構提供統一的數據互聯基礎標準與規范，將Profinet、POWERLINK、EtherCAT、Ethernet/IP、CC-Link IE等不同標準的工業總線協議進行整合。目前各大標準擁有廠商正在依托OPC UA提供的基礎信息模型重新定義自己的標準。其中Profibus、BACnet等協議正在映射到OPC UA以及垂直行業的特定協作。
其二，為解決OT周期性數據傳輸與IT非周期性數據傳輸的問題。TSN基于MAC上SDN（軟件定義網絡）的思想對在該網段內的實時數據進行預先分配通道、預留通道，而其它非周期性數據則按照優先級，這兩種模式混合進行的方式來進行數據在同一網絡進行傳輸。
在2019漢諾威工業博覽會上，基于TSN與OPC UA構建的工業通信產品受到了業界的廣泛關注。如德國赫優訊就展示了基于OPC UA TSN技術的工業通信產品。貝加萊公司推出用于融合實時網絡的TSN機器交換機，可用于通過跨廠商通信解決方案OPC UA over TSN來建立網絡。作為OPC UA標準的核心建設者，西門子將時間敏感網絡（TSN）標準應用于以太網，從而在工業網絡中實現預留帶寬、服務質量（QoS）機制、低傳輸延遲以及多種協議（包括實時協議）的并行傳輸。
現階段一些主流的自動化廠商和頂級的IT公司如華為、Microsoft、CISCO等都成為了OPC UA的支持者，以及協會組織如OMAC、Euromap、Automation ML、ISA、FDT/DTM、MTConnect、BacNet。全球主要的現場總線基金會如PI、EPSG、ETG、SERCOSIII均積極支持參與OPC UA的融合與開發工作。德國工業4.0組織和美國工業互聯網組織IIC均將OPC UA列為了實現語義互操作的標準規范。
隨著TSN與OPC UA兩大標準的發展，OPC UA在水平方向將不同品牌的控制器設備進行集成。在垂直方向，TSN則實現設備到工廠再到云端的連接，推動IT與OT的融合。可以預見，在主流OT廠商和IT廠商均支持OPC UA和TSN的趨勢下，IT與OT融合的諸多問題開始被逐一解決，打通“從計劃層到執行層”的全業務流程數據，實現企業內部由上而下的業務縱向集成也水到渠成。
來源：智能制造之家
