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What Role Will OPC UA, TSN, and Classic Industrial Ethernet Systems Play in the Future? 作者：Volker E. Goller，ADI公司 通過(guò)合作實(shí)現更大的普適性 OPC UA通過(guò)其地址空間形成通用應用接口，而TSN為標準以太網(wǎng)添加實(shí)時(shí)能力并實(shí)現千兆位數據速度。因此，通過(guò)發(fā)布/訂閱(pub/sub)模型將這兩種技術(shù)結合起來(lái)是有意義的，但在工業(yè)4.0的背景下，工業(yè)通信還有其他可能性。在本次采訪(fǎng)中，ADI公司確定性以太網(wǎng)技術(shù)部的系統應用工程師Volker Goller提供了一些背景信息。 問(wèn)：在OPC UA TSN系統中，OPC UA和TSN分別承擔哪些任務(wù)和功能？ 答：為了闡明OPC UA的作用，我想引用OPC基金會(huì )副總裁Stefan Hoppe的話(huà)：“OPC UA不是一種協(xié)議，而是一種信息模型�！彼囊馑际�，OPC UA首先且最重要的是一種信息模型。當然，它還是一種用于連接客戶(hù)端和服務(wù)器的協(xié)議，但OPC UA的優(yōu)勢在于地址空間，正是這一點(diǎn)使得OPC UA成為通用應用接口。OPC UA非常靈活，允許將現有用戶(hù)接口（工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的配置文件）映射到OPC UA。因此，現在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議中的幾乎每個(gè)配置文件在OPC UA地址空間中都有表示，或者正在開(kāi)發(fā)以實(shí)現其表示。OPC UA尚未明確這些配置文件（I/O、驅動(dòng)器、安全等），但很可能會(huì )改變。在工業(yè)4.0的框架下，OPC UA被視為未來(lái)非常有前途的通用語(yǔ)言。 相比之下，TSN是IEEE-802.1以太網(wǎng)的擴展，具有完整的一系列新能力，旨在讓以太網(wǎng)更具確定性和實(shí)時(shí)性。因為預計未來(lái)將有眾多制造商生產(chǎn)支持TSN的硬件，所以也可以把它視為實(shí)時(shí)通信的平民化。幾乎每種協(xié)議都可以通過(guò)TSN獲得實(shí)時(shí)能力。 在此背景下，成立了一個(gè)pub/sub工作組，目的是在TSN的幫助下，為OPC UA指定一種實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議。這將使OPC UA具備實(shí)時(shí)性，從而可以替代工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。它將受到傳統PLC以上層次的熱烈歡迎，因為來(lái)自不同制造商的控制器將能與OPC UA實(shí)時(shí)交互。TSN還能為OPC UA提供有保證的網(wǎng)絡(luò )帶寬，因而其魯棒性會(huì )比目前所能實(shí)現的要更高。 但是，pub/sub不是讓OPC UA具備實(shí)時(shí)能力的唯一途徑。業(yè)界也在努力開(kāi)發(fā)一種針對DDS的OPC UA模型，DDS是一種應用廣泛且經(jīng)過(guò)驗證的實(shí)時(shí)協(xié)議。這將使得分布式系統的運行具有DDS/TSN能力，并將OPC UA用作應用接口。 結果如何還有待觀(guān)察。 問(wèn)：未來(lái)哪些任務(wù)和功能會(huì )留給傳統工業(yè)以太網(wǎng)系統和現場(chǎng)總線(xiàn)？ 答：傳統工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議不會(huì )消失。在未來(lái)，有些仍會(huì )以不同形式存在（作為OPC UA中的配置文件或配置文件系列），有些則將基于TSN。傳統現場(chǎng)總線(xiàn)將被以太網(wǎng)取代。 問(wèn)：在OPC UA TSN系統中，除了配置文件級別的OPC UA TSN，傳統工業(yè)以太網(wǎng)系統可以履行哪些任務(wù)和功能？ 答：需要再次澄清，TSN并不會(huì )自動(dòng)實(shí)現OPC UA。它們是兩種完全獨立的技術(shù)。OPC UA可以在控制器網(wǎng)絡(luò )（控制器到控制器）中發(fā)揮重要作用。pub/sub與TSN在這里很有優(yōu)勢；它是否也能在現場(chǎng)層面發(fā)揮作用尚有待證實(shí)，因為OPC UA不是一個(gè)小堆棧，至少如果您希望利用其全部?jì)?yōu)勢，它不會(huì )是一個(gè)小堆棧。 問(wèn)：傳統工業(yè)以太網(wǎng)系統的用戶(hù)組織如何應對TSN挑戰？ 答：我想說(shuō)，所有用戶(hù)組織都在響應TSN帶來(lái)的機會(huì )。TSN有望提供更多硬件選擇，尤其是基礎設施組件，并且實(shí)現更高速度，即1 Gbps或更高。最終，我們將看到Profinet® TSN，以及EtherNet/IP® over TSN和OPC UA Pub/Sub。 問(wèn)：TSN能否支持實(shí)時(shí)并將周期時(shí)間降至31.25μs，在未來(lái)甚至可能更低？ 答：在100 Mbps的速度，要使周期時(shí)間低于250μs，現有工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議將不得不對標準以太網(wǎng)進(jìn)行重大修改。對于非標準方法，例如EtherCAT®甚至Sercos所基于的集總幀協(xié)議，IEEE并不是很友好。這些擴展不大可能被納入TSN標準。 針對您的問(wèn)題，TSN將達到IEEE定義的極限，即100 Mbps時(shí)250μs——至少只要標準TCP/IP應用的真正并行操作必須有效。如需更短的周期時(shí)間，通往1 Gbps的道路已開(kāi)放。 問(wèn)：TSN如何解決或預期如何解決安全問(wèn)題？ 答：安全一般運用Black channel原則。安全性定義在實(shí)際通信協(xié)議之上。然而，通信信道的可靠性是安全考慮因素之一。TSN不會(huì )比今天的系統更不可靠。 問(wèn)：OPC UA協(xié)議也可以通過(guò)傳統工業(yè)以太網(wǎng)系統傳輸，如時(shí)隙或隧道。那么為什么它還需要TSN呢？ 答：TSN在標準以太網(wǎng)基礎上增加了確定性和實(shí)時(shí)性。在很多情況下，不同的協(xié)議共存于同一根電纜中。TSN支持在一根電纜中實(shí)現實(shí)時(shí)和“盡力而為”型TCP/IP的穩健共存。 問(wèn)：TSN相對于傳統工業(yè)以太網(wǎng)系統到底有哪些優(yōu)勢？ 答：TSN不是一種新的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。它是對標準以太網(wǎng)的統一擴展，增加了實(shí)時(shí)能力。我們已闡明其優(yōu)勢：硬件可用性、統一基礎設施以及與速度無(wú)關(guān)的定義。 問(wèn)：成本在這里扮演什么角色？ 答：可擴展的標準化硬件和基礎設施有望降低成本并統一技術(shù)訣竅。 問(wèn)：實(shí)現1 Gbps或更高數據速率的期望起著(zhù)什么樣的作用？ 答：1 Gbps（及以上）是當今網(wǎng)絡(luò )的邏輯進(jìn)展。它是否會(huì )取代100 Mbps？不會(huì )完全取代，但是 1 Gbps支持新的應用，并且可以克服當今數據密集型應用的性能瓶頸。TSN不是一種新的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，而是對標準以太網(wǎng)增加實(shí)時(shí)能力的統一擴展。 作者簡(jiǎn)介 Volker E. Goller是ADI公司的一名系統應用工程師。他在復雜運動(dòng)控制和嵌入式傳感器到時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的各種工業(yè)應用領(lǐng)域擁有超過(guò)30年的豐富經(jīng)驗。作為一名商用軟件開(kāi)發(fā)人員，Volker為無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)應用開(kāi)發(fā)了各種通信協(xié)議和堆棧，同時(shí)積極參與行業(yè)領(lǐng)先組織的新通信標準制定。聯(lián)系方式：volker.goller@analog.com |
