2025-02-14 行业资讯 0
虽然OICT融合（运营Operational、信息Information、通讯CommunicationTechnology）是一个行业共识，但真正推动其发展并非易事。在讨论智能制造的多种实现路径，包括边缘计算、大数据、工业互联网和工业物联网时，我们遇到的第一个问题往往是连接问题。没有解决这个问题，就无法推进其他工作的实现。IT与OT（操作技术）的融合面临着巨大的挑战。
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。这比传统的PLC集中式控制更为先进，通过统一的总线连接实现了分布式控制，并使接线变得简单，系统配置和诊断工作量也因此减少。然而，每家公司都开发了自己的总线标准，在IEC中有超过20种不同的标准。尽管这些总线带来了便利，但由于不同公司业务聚焦和技术路线不同，它们在物理介质、电平、带宽、节点数、校验方式和传输机制等方面各异，这导致同一标准设备可以互联，而不同标准设备则无法相互连接。
1.2 互连互通与语义互操作
实时以太网只是解决了物理层和数据链路层的问题，对于应用层而言，还未能解决语义互操作的问题。在应用层采用诸如Profibus或CANopen等协议，这些协议无法实现语义级别上的兼容性。此外，IT网络传输丰富数据结构和类型时需要更多信息，如单位，“5英寸+5厘米”这样的加法计算在自动化控制中是直接进行的处理，而对于IT网络来说，则需要额外信息，以便让不同的系统理解每个参数所表达的含义。
1.3 智能时代的工业通信
进入智能制造时代，我们不仅需要全局性的数据采集与分析，还需要提升生产效率。图2描述了从工厂到供应链各环节之间如何建立起数据连接。当我们试图将IT与OT融合时，我们会遇到以下复杂性：
总线复杂性带来的障碍：尽管现场总线为制造过程提供了一定的便利，但它同时也是访问OT的一大障碍，因为为了访问不同的数据，我们必须编写不同的网络驱动程序。此外，即使采用实时以太网，仍需编写不同的接口程序。
周期性与非周期性的数据传输：IT与OT中的数据需求差异很大，因此采用不同的机制来处理。这导致使用轮询机制来分配时间片，从站由主站分配时间片模式。
实时性的差异：由于微秒级运动控制任务对延迟非常敏感，所以要求低延迟且低抖动。而对于IT网络，其主要关注的是高负载能力而不是微秒级响应时间。
二 OPC UA TSN 的角色
OPCUA 和 TSN 在 ISO/OSI 模型中的位置如图3所示。OPCUA 主要解决应用层的问题，而 TSN 则位于数据链路层。
2.1 OPC UA 的角色及意义
a) OPC UA 角色
OPCUA 解决 IEC 关于交联技术报告中提到的交联、交通及语义交操作问题（见图4）。其中，OPCUA 主要专注于解决语义交操作上的困难。
b) OPC UA 核心问题 - 信息模型
尽管 OPCUA 有多重用途，但对于智能制造而言，最重要的是 M2M 协同以及 B2M 和 B2B 数据协同。这要求使用 OP CU A 标准规范化开发出的信息模型，如用于塑料行业中的注塑机及其辅助设备之间，以及 MES 系统之间（见图6）。
2.2 TSN 与 TSN 角色
TSN 技术是在音频/视频同步领域开始被应用，然后逐渐扩展至汽车产业无人驾驶/辅助驾驶领域。在2012年，由原有的 IEEE802.1Q 组织成立针对工业互联网的实时性工作组—IEEE802.1TSN 来支持这一需求。
TSN 应用解決之前討論過的话題：周期與非周期數據傳輸問題以及實時與非實時數據傳輸問題，這些都是原有標準以太網 IEEE802.3 無法滿足的地方。而今天，用 TS N 可以讓標準以太網具備傳輸實時數據能力，並且讓兩種類型數據在一個網絡中同時傳輸，這樣會顯著簡化整個智慧集成工作，並且更加簡單。（見圖8）
综上所述，在OICT融合过程中，OPCUA扮演着关键作用，同时TSN作为一种新的通信技术，有望进一步优化现有的工业通信体系，使其能够满足未来智能制造环境下的需求。
