OPC UA、TSN和传统工业以太网系统未来发展趋势
2021-04-08 07:47

OPC UA经过其地址空间构成通用使用接口,而TSN为规范以太网添加实时才能并完成千兆位数据速度。因而,经过发布/订阅(pub/sub)模型将这两种技能结合起来是有意义的,但在工业4.0的布景下,工业通讯还有其他或许性。在本次采访中,ADI公司确定性以太网技能部的体系使用工程师Volker Goller供给了一些布景信息。

OPC UA TSN体系

  问:在OPC UA TSN体系中,OPC UA和TSN别离承当哪些使命和功用?

  答:为了说明OPC UA的效果,我想引证OPC基金会副总裁Stefan Hoppe的话:“OPC UA不是一种协议,而是一种信息模型。”他的意思是,OPC UA首要且最重要的是一种信息模型。当然,它仍是一种用于衔接客户端和服务器的协议,但OPC UA的优势在于地址空间,正是这一点使得OPC UA成为通用使用接口。OPC UA十分灵敏,答应将现有用户接口(工业以太网协议的配置文件)映射到OPC UA。因而,现在工业以太网协议中的简直每个配置文件在OPC UA地址空间中都有表明,或许正在开发以完成其表明。OPC UA没有清晰这些配置文件(I/O、驱动器、安全等),但很或许会改动。在工业4.0的框架下,OPC UA被视为未来十分有出路的通用言语。

  相比之下,TSN是IEEE-802.1以太网的扩展,具有完好的一系列新才能,旨在让以太网更具确定性和实时性。由于估计未来将有许多制造商出产支撑TSN的硬件,所以也能够把它视为实时通讯的平民化。简直每种协议都能够经过TSN取得实时才能。

  在此布景下,成立了一个pub/sub工作组,意图是在TSN的协助下,为OPC UA指定一种实时传输协议。这将使OPC UA具有实时性,然后能够代替工业以太网协议。它将遭到传统PLC以上层次的热烈欢迎,由于来自不同制造商的控制器将能与OPC UA实时交互。TSN还能为OPC UA供给有确保的网络带宽,因而其鲁棒性会比现在所能完成的要更高。

  可是,pub/sub不是让OPC UA具有实时才能的仅有途径。业界也在尽力开发一种针对DDS的OPC UA模型,DDS是一种使用广泛且经过验证的实时协议。这将使得分布式体系的运转具有DDS/TSN才能,并将OPC UA用作使用接口。

  成果怎么还有待调查。

  问:未来哪些使命和功用会留给传统工业以太网体系和现场总线?

  答:传统工业以太网协议不会消失。在未来,有些仍会以不同方式存在(作为OPC UA中的配置文件或配置文件系列),有些则将根据TSN。传统现场总线将被以太网替代。

  问:在OPC UA TSN体系中,除了配置文件等级的OPC UA TSN,传统工业以太网体系能够实行哪些使命和功用?

  答:需求再次弄清,TSN并不会主动完成OPC UA。它们是两种彻底独立的技能。OPC UA能够在控制器网络(控制器到控制器)中发挥重要效果。pub/sub与TSN在这里很有优势;它是否也能在现场层面发挥效果尚有待证明,由于OPC UA不是一个小仓库,至少如果您希望使用其悉数优势,它不会是一个小仓库。

  问:传统工业以太网体系的用户安排怎么应对TSN应战?

  答:我想说,一切用户安排都在呼应TSN带来的时机。TSN有望供给更多硬件挑选,尤其是基础设施组件,而且完成更高速度,即1 Gbps或更高。终究,咱们将看到Profinet® TSN,以及EtherNet/IP® over TSN和OPC UA Pub/Sub。

  问:TSN能否支撑实时并将周期时间降至31.25μs,在未来乃至或许更低?

  答:在100 Mbps的速度,要使周期时间低于250μs,现有工业以太网协议将不得不对规范以太网进行严重修正。关于非规范办法,例如EtherCAT®乃至Sercos所根据的集总帧协议,IEEE并不是很友爱。这些扩展不大或许被归入TSN规范。

  针对您的问题,TSN将到达IEEE界说的极限,即100 Mbps时250μs——至少只需规范TCP/IP使用的真实并行操作有必要有用。如需更短的周期时间,通往1 Gbps的路途已敞开。

  问:TSN怎么处理或预期怎么处理安全问题?

  答:安全一般运用Black channel准则。安全性界说在实践通讯协议之上。可是,通讯信道的牢靠性是安全考虑要素之一。TSN不会比今日的体系更不牢靠。

  问:OPC UA协议也能够经过传统工业以太网体系传输,如时隙或地道。那么为什么它还需求TSN呢?

  答:TSN在规范以太网基础上添加了确定性和实时性。在许多情况下,不同的协议共存于同一根电缆中。TSN支撑在一根电缆中完成实时和“尽力而为”型TCP/IP的稳健共存。

  问:TSN相关于传统工业以太网体系到底有哪些优势?

  答:TSN不是一种新的工业以太网协议。它是对规范以太网的一致扩展,添加了实时才能。咱们已说明其优势:硬件可用性、一致基础设施以及与速度无关的界说。

  问:本钱在这里扮演什么人物?

  答:可扩展的规范化硬件和基础设施有望降低本钱并一致技能窍门。

  问:完成1 Gbps或更高数据速率的希望起着什么样的效果?

  答:1 Gbps(及以上)是当今网络的逻辑发展。它是否会替代100 Mbps?不会彻底替代,可是

  1 Gbps支撑新的使用,而且能够战胜当今数据密集型使用的功能瓶颈。

  TSN不是一种新的工业以太网协议,而是对规范以太网添加实时才能的一致扩展。

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