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2018年3月4至6日, 广州

18.12.2017 即插即生产的时代——OPC UA TSN

前言导读

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。

 

选自:贝加莱工业自动化

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