OPC UA,TSN和经典工业以太网系统将在未来发挥什么作用?

合作实现更大的普遍性

OPC UA通过其地址空间形成通用应用程序接口,而TSN为标准以太网增加了实时功能,并实现了千兆位数据速度。因此,通过发布/订阅(发布/订阅)模型组合这两种技术是有意义的,但在工业4.0的背景下还存在工业通信的其他可能性。在这次采访中,ADI公司确定性以太网技术组的系统应用工程师Volker Goller提供了一些背景信息。

问:OPC UA承担哪些任务和功能以及TSN在OPC UA TSN系统中承担哪些任务和功能?


A:为了阐明OPC UA的作用,我想引用OPC基金会副总裁Stefan Hoppe的话:“OPC UA不是协议; 它是一种信息模型。“就此而言,他意味着OPC UA首先是一种信息模型。当然,还有一个用于连接客户端和服务器的协议,但OPC UA的优势在于地址空间,这就是使OPC UA成为通用应用程序接口的原因。OPC UA的灵活性允许将现有用户界面(工业以太网协议的配置文件)映射到OPC UA。因此,现在几乎工业以太网协议中的每个配置文件都已经在OPC UA地址空间中表示,或者正在进行工作以实现此目的。OPC UA尚未指定这些配置文件(I / O,驱动器,安全等),但这可能会改变。在工业4.0的框架下,
相比之下,TSN是IEEE-802.1以太网的扩展,具有一系列新的可能性,旨在使以太网更具确定性和实时性。由于未来许多制造商都会期待支持TSN的硬件,因此它也可以被视为实时通信的民主化。几乎每个协议都可以通过TSN获得实时功能。
在此背景下,成立了一个发布/小组工作组,目的是在TSN的帮助下为OPC UA指定一个实时的传输协议。这将使OPC UA具有实时功能,并成为工业以太网协议的潜在替代方案。对于高于经典PLC的级别,鉴于来自不同制造商的控制器能够与OPC UA实时交互,这将是非常受欢迎的。TSN还可以为OPC UA提供网络中的保证带宽,因此具有比当前可能更强的鲁棒性。
但是,pub / sub并不是将OPC UA与实时结合的唯一方法。正在努力开发用于DDS的OPC UA模型 - 一种广泛的,经过验证的实时协议。这将使得能够使用DDS / TSN操作分布式系统并使用OPC UA作为应用程序接口。
还有待观察将会发生什么。

问:未来的经典工业以太网系统和现场总线将面临哪些任务和功能?


答:经典的工业以太网协议不会消失。有些将继续以不同的形式存在(作为OPC UA中的配置文件或配置文件系列),其他将在未来基于TSN。经典现场总线将被以太网取代。

问:经典工业以太网系统可以在配置文件级别的OPC UA TSN上实现OPC UA TSN系统的哪些任务和功能?


答:再次明确说明,TSN不会自动暗示OPC UA。它们是两种完全独立的技术。OPC UA可以在控制器(控制器到控制器)的网络中发挥重要作用。具有TSN的发布/订阅在这里是有利的; 如果它还可以在现场级别发挥作用尚未得到证实,因为OPC UA不是一个小堆栈,至少不是如果你想利用所有的优势。

问:经典工业以太网系统的用户组织如何应对TSN挑战?


答:我会说所有用户组织都在回应TSN的机会。TSN承诺提供更多硬件选择,特别是基础设施组件,以及实现更高速度的方式 - 即1 Gbps或更高。最终,我们将看到的Profinet ® TSN,以及EtherNet / IP的® 在TSN和OPC UA的Pub / Sub。

问:TSN是否能够实现周期时间低至31.25μs,未来甚至可能更低?


答:为了在100 Mbps下低于250μs的周期时间,已建立的工业以太网协议将不得不对标准以太网进行重大修改。该IEEE不能很好地向设置非标准的方法,如在其上,例如,EtherCAT的总和帧协议® 乃至的Sercos为主。这些扩展不太可能纳入TSN标准。
在回答您的问题时,TSN将达到IEEE定义的限制,250μs,100 Mbps - 至少只要真正的并行操作与标准TCP / IP应用程序必须一致。对于更短的周期时间,通向1 Gbps的道路是开放的。

问:如何解决安全主题或TSN如何解决?


答:安全通常使用黑色通道原理。安全性定义在实际通信协议之上。然而,通信信道的可靠性是安全计算的一个因素。TSN的可靠性不会低于今天的系统。

问:OPC UA协议也可以通过传统的工业以太网系统传输,如时隙或隧道。为什么它甚至需要TSN呢?


答: TSN为标准以太网增加了确定性实时。在许多情况下,不同的协议在同一条电缆中共存。TSN在一根电缆中实现了实时和尽力而为的TCP / IP的强大并行存在。

问:TSN在经典工业以太网系统上有哪些优势?


答: TSN不是新的工业以太网协议。它是一种统一的扩展,可为标准以太网增加实时功能。优势已经奠定:硬件可用性,统一基础架构和速度无关的定义。

问:成本在这里扮演什么角色?


答:可扩展,标准化的硬件和基础设施承诺降低成本并提供统一的专有技术。

问:实施1 Gbps及更高数据速率的愿望到底有何意义?


答: 1 Gbps(及以上)是当今网络的逻辑进展。它会取代100 Mbps吗?并非如此,但1 Gbps允许新的应用程序,并且可以克服当今数据密集型应用程序出现的性能瓶颈。
TSN不是一种新的工业以太网协议,而是一种统一的扩展,可为标准以太网增加实时功能。

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