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TSN+OPC UA——让我们一起推动它,加速智能制造发展

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TSN(时间敏感网络)+ OPC UA(OPC统一架构)成为从传感器到云端建立全面通讯基础结构的最佳拍档。TSN+OPC UA组合提供了一个实时、高确定性并真正独立于设备厂商的通信网络,将会在带宽、安全、互操作、延迟和同步等方面带来巨大改善。

作者:陈广成 来源:至顶网网络频道【原创】2018-05-02 10:55:17

关键字: 边缘计算 OPC UA TSN 智能制造 华为

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众所周知,以太网已经成为家庭、企业及数据中心网络连接和互通的最广泛的通信协议标准。然而因为其确定性、实时性、可靠性等因素,传统以太网并不适用于工业数据通讯。例如以太网存在的CSMA/CD机制,当网络出现冲突时需不断重发数据,这对于网络实时性带来挑战;另外,因工业现场面临恶劣的工况、严重的线间干扰等,也导致以太网可靠性大打折扣。

而工业以太网,相较于传统以太网、现场总线等在实时性、传输速率等方面都有明显的改观,并已经占据了以太网市场的半壁江山。

不过,这些专有的工业以太网协议仍然面临瓶颈,虽然它们在满足机器运动控制等方面已经绰绰有余。因为当云计算、大数据技术逐渐渗透到工业领域,工业数据通讯并不再仅限于机器到传感层,也不仅限于机器到机器之间,而是扩展到了与人、云和应用等更丰富的连接,有更多类型和更多海量的数据需要传输和处理,而对于数据处理的链条也变得更长,包括在边缘侧,包括云端,包括与企业生产系统和管理系统的逐步打通。因此,如何应对通过更高带宽进行海量数据的联接和传输,如何做到更精准的确定性控制和更低时延,仍是工业制造面临的巨大挑战。

TSN+OPC UA将IT和OT无缝融合

TSN(时间敏感网络)+ OPC UA(OPC统一架构)成为从传感器到云端建立全面通讯基础结构的最佳拍档。

TSN的工作原理是优先适用(IEEE P802.3br)机制,在传输中让关键数据包优先处理。这意味着关键数据不必等待所有的非关键数据完成传送后才开始,从而确保更确定、更快速的传输路径。本质上来说,TSN建立了一套能使以太网具有实时性和确定性的新标准。

基于TSN提供的网络通信的高确定性和低时延之上,OPC UA则提供了一个独立于平台的面向服务的体系架构,它定义了统一的标准和信息模型,可以实现设备与设备、设备和企业,以及不同厂商设备之间的交互。

TSN+OPC UA组合提供了一个实时、高确定性并真正独立于设备厂商的通信网络,将会在带宽、安全、互操作、延迟和同步等方面带来巨大改善。

举例来说,在工厂数据采集、传输与生产运营中,都会需要对现场的机器状态、生产能耗、质量相关、生产相关参数进行采集,TSN+OPC UA在整体上使得在工厂的各个环节的横向与纵向数据实现了透明交互,并且配置效率更高,程序与应用模块化更强。

当然,TSN+OPC UA组合在工业领域的应用尚处于起步阶段,越来越多的工业供应商、ICT厂商和芯片供应商也在共同加快对其测试和验证。

TSN+OPC UA——让我们一起推动它,加速智能制造发展

TSN+OPC UA智能制造测试床联合发布

在刚刚召开的2018汉诺威工业博览会上,多家组织和厂商联合展开了一场针对TSN+OPC UA场景应用的测试验证。包括工业互联网产业联盟(AII)、Avnu联盟、边缘计算产业联盟(ECC)、Fraunhofer FOKUS、华为、施耐德电气、和利时、美国国家仪器(NI)、贝加莱(B&R)、TTTech、思博伦通信(Spirent Communications)等超过20家国际组织和业界知名厂商,联合发布了包含六大工业互联场景的TSN+OPC UA智能制造测试床(以下简称“测试床”)。

欧洲最大的应用科学研究机构弗劳恩霍夫协会-开放通讯系统研究所(Fraunhofer FOKUS)的Alexander Willner博士表示,“自从可编程逻辑控制器(PLCs) 问世以来,工业自动化流程得到了极大优化。OT(运营技术)与IT(信息与通信技术)之间的融合令人兴奋,将带来有趣的创新体验。OPC UA和TSN的结合,让工业领域得以实现实时信息交换和互操作。联合测试床中演示的场景展示了我们各自的技术优势,我们对数字网络的未来充满期待。”

推动TSN+OPC UA不断成熟与完善

据了解,测试床通过模拟丰富的真实智能制造场景,现场演示验证了智能制造的关键技术点——TSN+OPC UA,该技术是预测性维护、数据分析、机器学习和人工智能等新技术的关键推动因素,可以帮助工业企业提升效率,例如减少停机时间,提高设备综合效率和降低总体成本等。

在本次发布的TSN+OPC UA智能制造测试床中,华为与多家厂商共同打造了六大工业互联场景,包括:

· 与AII打造的“电机预测性维护网络(TSN for Predictive Maintenance)”

· 与美国国家仪器打造的“马达同步(Motor Synchronization)”

· 与和利时打造的“赛车游戏(Race-Car Game)”

· 与Linmot打造的“绘图运动控制(Plotter Motion Control)”

· 与施耐德电气打造的“LED同步(LED Synchronization)”

· 与贝加莱打造的“OPC UA Over TSN”

测试床验证了TSN网络在复杂环境情况下的高确定性和低时延性,保障工业场景下的严格同步运动控制。其中,华为TSN交换机提供了高可靠性和超低时延的工业控制网络。此外,思博伦通信的测试设备用于生成TSN和非TSN流量,以验证新的工业网络架构和服务带来的好处。

华为欧洲解决方案产品管理及营销总监罗济军博士指出,“未来工业领域将有数以百亿计的设备连接上网,传统工业以太网无法承受巨大的数据传输量,需要一种新的架构来满足高带宽、高速率和海量连接等方面诉求。未来华为将与业界更多的组织和厂商深入合作,共建工业互联网生态,推进TSN技术和标准的不断完善,真正实现TSN网络下的‘全网通’,推动制造行业数字化转型。”

加速智能制造转型步伐

当然,无论是华为还是其他厂商及标准组织进行的对TSN+OPC UA的测试验证及探索并非因其带来的高可靠性、实时性那么简单,它们通过改写工业通讯的底层架构,真正为智能制造转型打开了大门。

无论是德国的“工业4.0”、亦或中国的“中国制造2025”等战略,其背后的技术基础均是物联网的开启。就像华为发布的全球产业展望GIV 2025中说的那样,它们的核心都是依托创新的ICT技术,加速IT、CT、DT与OT的融合,推进工业互联网进程,从而优化、重构制造价值链,创新商业模式。而TSN+OPC UA正是打通工业互联最后一公里的关键所在,也是真正实现OICT融合,加速智能制造的关键所在。

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