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工業互聯網怎樣連怎樣走出第一步?

來源:濟南磐龍筆記本交換機維修作者:濟南磐龍工控機維修網址:http://caifu17199.cn


工業互聯網怎樣連怎樣走出第一步?





衆所周知,以太網已經成為家庭、企業及數據中心網絡連接和互通的最廣泛的通信協議标準。然而因為其确定性、實時性、可靠性等因素,傳統以太網并不适用于工業數據通訊。例如以太網存在的CSMA/CD機制,當網絡出現沖突時需不斷重發數據,這對于網絡實時性帶來挑戰;另外,因工業現場面臨惡劣的工況、嚴重的線間幹擾等,也導緻以太網可靠性大打折扣。

所以,因為以太網設計之初并非從工業網應用出發,促使工控領域的各大廠商紛紛研發出适合自己工控産品的工業以太網協議,比如西門子的Profinet、施耐德的Modbus TCP/IP、羅克韋爾的Ethernet/IP、還有EtherCATPowerlinkCC-Link等等。而工業以太網,相較于傳統以太網、現場總線等在實時性、傳輸速率等方面都有明顯的改觀。

不過,這些專有的工業以太網協議仍然面臨瓶頸,雖然它們在滿足機器運動控制等方面已經綽綽有餘。

因為當雲計算、大數據技術逐漸滲透到工業領域,工業數據通訊并不再僅限于機器到傳感層,也不僅限于機器到機器之間,而是擴展到了與人、雲和應用等更豐富的連接。有更多類型和更多海量的數據需要傳輸和處理,而對于數據處理的鍊條也變得更長,包括在邊緣側,包括雲端,包括與企業生産系統和管理系統的逐步打通。因此,如何應對通過更高帶寬進行海量數據的聯接和傳輸,如何做到更精準的确定性控制和更低時延,仍是工業制造的巨大挑戰。所以,一個打破碎片化的通訊協議,以及統一數據鍊路的服務标準,對于工業制造的未來更為重要。

工業數據通訊的大一統

TSN(時間敏感網絡)+ OPC UA(OPC統一架構)成為從傳感器到雲端建立全面通訊基礎結構的最佳拍檔。

TSN的工作原理是優先适用(IEEE P802.3br)機制,在傳輸中讓關鍵數據包優先處理。這意味着關鍵數據不必等待所有的非關鍵數據完成傳送後才開始,從而确保更确定、更快速的傳輸路徑。本質上來說,TSN建立了一套能使以太網具有實時性和确定性的新标準。

基于TSN提供的網絡通信的高确定性和低時延之上,OPC UA則提供了一個獨立于平台的面向服務的體系架構,它定義了統一的标準和信息模型,可以實現設備與設備、設備和企業,以及不同廠商設備之間的交互。

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TSN+OPC UA組合提供了一個實時、高确定性并真正獨立于設備廠商的通信網絡,将會在帶寬、安全、互操作、延遲和同步等方面帶來巨大改善。

舉例來說,在工廠數據采集、傳輸與生産運營中,都會需要對現場的機器狀态、生産能耗、質量相關、生産相關參數進行采集,有了TSN+OPC UA,數據不用再曆經PLC控制器、SCADA系統、MES系統就可以直接連入雲端。OPC UA作為一種數據傳輸的統一格式,無論是傳感器層還是雲平台層都可以部署,保持全棧信息模型的統一。

也就是說,TSN+OPC UA就像秦始皇統一度量衡一樣,徹底統一了數據鍊路的服務标準,也就是徹底統一了工業界近百種碎片化的通訊協議。一個統一的,有效的數據結構,對于數字化社會發展的貢獻,絕不亞于秦始皇書同文,車同軌的舉措。實現這種大一統之後,必然會造成一系列颠覆性的連帶反應,傳統工業的金字塔架構在很大概率上會被直接打破,變成扁平化結構,不用再經過層層設備,數據獲得可以直接跳步貫穿到數據分析和應用。

TSN+OPC UAITOT無縫融合

當然,TSN+OPC UA組合在工業領域的應用尚處于起步階段,越來越多的工業供應商、ICT廠商和芯片供應商也在共同加快對其測試和驗證。

在剛剛召開的2018漢諾威工業博覽會上,多家組織和廠商聯合就展開了一場針對TSN+OPC UA場景應用的測試驗證。包括工業互聯網産業聯盟(AII)Avnu聯盟、邊緣計算産業聯盟(ECC)Fraunhofer FOKUS、華為、施耐德電氣、和利時、美國國家儀器(NI)、貝加萊(B&R)TTTech、思博倫通信(Spirent Communications)等超過20家國際組織和業界知名廠商,聯合發布了包含六大工業互聯場景的TSN+OPC UA智能制造測試床。

歐洲最大的應用科學研究機構弗勞恩霍夫協會-開放通訊系統研究所(Fraunhofer FOKUS)Alexander Willner博士表示,自從可編程邏輯控制器(PLCs) 問世以來,工業自動化流程得到了極大優化。OT(運營技術)IT(信息與通信技術)之間的融合令人興奮,将帶來有趣的創新體驗。OPC UATSN的結合,讓工業領域得以實現實時信息交換和互操作。聯合測試床中演示的場景展示了我們各自的技術優勢,我們對數字網絡的未來充滿期待。

在過去從現場層、控制層到信息層,最佳方案是采用相似供應商的産品才容易集成和貫通,但是現在,由企業互相競争而造成的人為邊界已經有被打破的迹象,因為無論産品類型、品牌和功能等差異如何存在,都可以輕而易舉地實現從下到上的貫穿和整合。

當然,業内對于TSN+OPC UA的追崇并非因其高帶來的高可靠性、實時性那麼簡單,更重要的是,它們通過改寫工業通訊的底層架構,真正為智能制造轉型打開了大門。

無論是德國的工業4.0”、亦或中國的中國制造2025”等戰略,其背後的技術基礎均是物聯網的開啟。而TSN+OPC UA正是打通工業互聯最後一公裡的關鍵所在,也是真正實現OICT融合,加速智能制造的關鍵所在。

TSN+OPC UA通過改變工業數據通訊将會加速形成成熟的工業互聯網應用和生産體系,因為它帶來了數據流動的暢通無阻。


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