2025-02-14 数码 0
虽然OICT融合（运营Operational、信息Information、通讯CommunicationTechnology）已成为一个广泛认可的产业趋势，但实际推动这一过程的难度远大于想象。讨论智能制造的多种实现路径，如边缘计算、大数据、工业互联网和物联网时，我们遇到的第一个挑战便是连接问题。如果不能解决这个问题，就无法推进其他工作。
1.1 从现场总线到实时以太网
图1展示了对制造业现场通信网络的一个简化描述。相比传统的PLC集中式控制，现场总线为工业控制系统带来了诸多便利，它通过统一的总线实现了分布式控制，并简化了接线过程，从而降低了系统配置和诊断工作量。然而，每家公司都开发了自己的总线，而IEC标准中也有超过20种不同的总线类型。这导致不同厂商之间存在互联困难，因为每个总线在物理介质、电平、带宽、节点数等方面都有所不同。
图1：OPCUA TSN技术产生基础原因
这种情况促使实时以太网技术在21世纪初期被引入使用，2001年贝加莱发布POWERLINK，这是工业领域第一个实时以太网协议。在此之前，各类设备因物理层至应用层标准不一而无法互联。而实时以太网采用标准IEEE802.3网络，无论是在物理介质还是节点数上，都达成了统一。
1.2 互连与互操作性
尽管如此，现有的实时以太网仅解决了一部分问题，对于应用层仍然存在互操作性的缺陷。在应用层上，以往使用如Profibus或CANopen等协议，但这些协议并未实现语义上的共享理解，即“5+5”这样的计算在自动化控制中需要直接处理信号，而对于IT网络中的丰富数据结构和类型则需更多信息，如单位，“5英寸+5厘米”无法进行简单加法，因此需要语义规范与标准来确保不同系统之间能够理解彼此参数所表达的含义。
1.3 智能时代下的工业通信
随着智能制造时代到来，我们需要更全面的数据采集、传输及分析能力，以实现生产协同效率提升。在整个工厂链条从供应链到生产环节均需数据交换，这时候IT与OT融合将面临复杂性：
➀ 总线复杂性带来的障碍
IT访问OT会遇到巨大的障碍，由于不同的数据访问方式需要编写不同的网络驱动程序。
老型机器间采用不同物理介质且不兼容，需额外配备适配模块。
软件层次驱动程序也需调整，使得IT实施成本高昂，不经济可行性不足，则项目实施受阻。
➁ 周期性与非周期性的数据传输
OT周期性任务由主站轮询分配时间片模式；IT非周期性的任务无特定需求。
标准以太网无法满足微秒级确定性传输要求，所以发展出POWERLINK等基于以太网协议。
但这两种类型在同一网络内仍然不可兼容。
➂ 实时性的差异
微秒级运动控制任务要求极低延迟抖动；IT对实时性较少关注，但对负载有要求。
二 OPC UA TSN 的角色
图3显示OPCUA TSN位于ISO OSI模型中位置：
- OPCUA主要解决应用层的问题；
- TSN位于数据链路层，是OPCUA的一部分，为提供同步服务做准备；
- 相比较起早先出现的是OPCUA，所以我们首先介绍其角色意义，再探讨TSN作用范围。
2.1 OPC UA 角色意义
➀ OPCUA角色的核心内容
解决IEC关于三维（互联/互通/语义）中的最后一项—语义;
提供跨越企业内部M2M+B2M+B2B垂直行业界限;
➁ OAUA核心挑战—信息模型
图6展示塑料行业信息模型示例，该模型利用OAUA作为规范支持注塑机与辅助机间以及MES系统间交换关键业务流程;
OAUA基金会参与OMAC/PackML包装业垂直领域;MTConnect机械工具;AutomationML汽车业;BacNet楼宇环境;ISA MES系统;
因此，在整个OICT融合中，OAUA扮演重要角色，同时由于其公益属性获得全球4000多厂商支持成为最活跃规模最大组织之一。
