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欢迎来到即插即生产的时代

- OPC UA TSN

   大型实时工业通信网络为运营者带来了严峻的挑战。随着节点数量的激增,所涉及的工程的复杂性和成本也会相应增加。这些挑战往往需要向集成异构协议格局的需求妥协。而被称为时间敏感型网络(TSN)的以太网标准扩展与OPC UA相结合,有望让这一切得到实质性的改进。目前许多测试平台正在测试OPC UA TSN的实现。



OPC UA……正在走向实时


   近十五年来,工业制造依靠各种专有的工业以太网协议来实现快速,可靠的通信。在这段时间里,工厂和设备的运营商经常需要面对这样的任务,即,把大量杂乱无章的协议整合进统一的网络中。“这是一项非常耗时且成本高昂的任务。”贝加莱开放式自动化技术经理Sebastian Sachse说道,“如果所有的机器都用同一种语言说话,情况会好很多。”


   除了不同的协议之外,制造商还必须应对快速增长的网络节点数量。配置大型实时网络是一个繁琐的过程,往往会超出工程工具的极限。而对于工业物联网(IIoT)的实施来说,具有数百个现场节点的网络将变得越来越普遍。


工业互联网联盟


   2014年3月,AT&T,思科,通用电气,英特尔和IBM等五家公司组成了工业互联网联盟(IIC)。这是一个非营利组织,其目标之一是定义参考体系结构和框架,以使互操作性成为可能。


   工业物联网是IIC处理的主要议题之一。其他领域包括医疗保健,交通和金融。IIC不是自己制定标准,而是与IEEE,IETF,AVNU联盟和OPC基金会等组织合作。


TSN测试平台


   “就工业物联网而言,IIC在一个方向进展非常值得关注:那就是TSN测试平台。” Sachse指出,“我们需要的是,使机器和工厂网络更加模块化、灵活且更易于使用的技术 - 而且市场上大多数人一致认为OPC UA TSN就是这种技术。”在OPC基金会大力推动OPC UA开发的同时, IIC大量参与了TSN的实现。


   贝加莱很早就认识到TSN的潜力,并加入IIC的共同推动该项技术的发展。“该联盟是第一个在现实条件下开始测试TSN的组织。”Sachse解释道。自那时以来,贝加莱自动化专家一直通过参与TSN测试平台来帮助推进技术,评估OPC UA TSN原型与其他成员的互操作性。截至2017年5月,联盟成员包括:贝加莱、博世力士乐、施耐德电气、美国国家仪器、库卡、德国西克、思科、英特尔、百通/赫思曼、德国赫优讯、瑞萨电子、ADI、TTTech和赛灵思。另外还有其他的参与者,包括:Calnex、Ixia、ISW斯图加特大学和菲尼克斯电气。


核心TSN功能的连续测试


   TSN是以太网标准的延伸,并带来了许多改进,使以太网具有实时性。测试平台成员先后专门对三个核心功能进行了测试,包括:时间同步、流量调度(精确定时发送数据包和帧)以及使用中央网络配置器(CNC)进行自动化系统的配置。


   根据TSN标准:802.1AS-Rev,实现实时工业通信的TSN的基本要求是进行时间同步。该TSN标准包括精确时间协议(PTP)的定义,该协议同步网络中所有设备的时钟。在测试设置中,PTP的精度要求在100纳秒以内,超出了预期。


   在测试平台的插件中评估的第二个核心TSN功能是在IEEE 802.1Qbv的数据分组和帧的传输。时间感知调度程序确保对实时要求严格的数据始终进行优先排序,以避免其受到一般网络流量的影响。


动态配置


   初始插件中使用的网络具有静态配置。目前的测试正在检验IEEE 802.1Qcc中定义的动态配置。当一个新的设备被添加到网络中时,它会向中央网络配置器提请注册,中央网络配置器会为它建立与其他设备的连接,并相应地重新配置网络。


   TSN的各个组成部分完美地协同工作 - 不仅在理论上,而且在现实的测试中 - 都将实现使用标准以太网组件的实时通信。TSN测试平台目前由两个体系组成,一个位于德克萨斯州奥斯汀的美国国家仪器,另一个位于德国埃尔巴赫的博世力士乐。2017年4月,德国协会实验室网络工业4.0(LNI 4.0)宣布计划与奥格斯堡的Mittelstand 4.0能力中心合作建立自己的TSN测试平台。Mittelstand 4.0是德国支持德国中小企业数字化转型的举措。


   该团队设想可以通过卡车运输的移动演示。虽然他们的方法不同,但IIC和LNI 4.0共同的目标是:100%的互操作性。这两项举措之间的合作已经在规划中。贝加莱还将参与LNI测试平台。


即插即生产


   “IIC测试平台清楚地表明了创新周期如何缩短。”Sachse说道。这个测试平台的准备工作在两年前才开始,第一个核心功能已经达到了技术成熟度。“对于一个全新的技术来说,速度非常快。”


   市场正在发生根本性转变。过去,控制系统供应商曾经试图通过自己的通信技术来凸显自己的特点。“那些日子已经成为过去,”Sachse说道。OPC UA TSN将作为控制器层以上无缝通信的统一标准。

随着新获得的互操作性,所谓调试将仅仅是插入网络电缆这么简单。“欢迎来到即插即生产的时代,”Sachse微笑着说。


   “我们需要的是使机器和工厂网络更加模块化,灵活且更易于使用的技术 - 而且市场上大多数人一致认为OPC UA TSN就是这种技术。” ——贝加莱开放式自动化技术经理Sebastian Sachse



OPC UA TSN使机器和工厂网络更加模块化,灵活且易于使用。



贝加莱开放式自动化技术经理Sebastian Sachse



关于贝加莱


   贝加莱是一个总部位于奥地利并拥有遍布全球分支机构的创新驱动型自动化企业,2017年7月,贝加莱成为ABB集团的一个业务单元。作为全球工业自动化领域的领导者,贝加莱融合了前沿技术与先进的工程能力,为各个产业客户提供机器与工厂自动化、运动控制、HMI以及集成安全技术的完整解决方案。通过工业物联网通信标准如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及贝加莱强大的Automation Studio软件开发环境,贝加莱不断重新定义自动化工程的未来。贝加莱保持持续的创新精神,为客户提供更为简化以及超出预期的工业自动化领域前沿技术与方案。


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发布时间:2017年12月4日 13:46 人气: 审核编辑:袁键灏

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