OPC UA TSN：不得不关注的智能制造通信全架构_杏彩体育官网 

今天的形势当我们辩论工业物联网、智能生产的时候，它的基础是基于网络协同而构建的，传统的IT主要对于高带宽的市场需求，而OT则特别强调其较低延时，尽管物理的介质、网络的模块都早已有了，而在异构网络连接中的“语义互操作”问题却没统一而完全一致的标准。图1体现了以下这些问题：缺少可连接性，主要展现出在语义互操作的接口标准与规范问题方面；而IoT的挑战则在于高带宽与较低延时在新的工业场景中同时经常出现――传统的工业现场主要基于“等时实时”的掌控循环，其必须较低延后的确定性网络，而当前如视觉、振动等应用于则必须同时不具备高带宽和较低延时特性。

至于边缘计算出来则必须大量的数据传输和智能分析。随着AR/VR和机器视觉的更加普遍的应用于，这些问题将比以往更为引人注目。

图1-工业物联网面对的挑战OPC UA TSN的角色这也是OPC UA TSN在过去几年里仍然显得十分风行的原因，OPC UA和TSN联合用作解决问题我们所面对的产业网络难题。图2-OPC UA和TSN的角色定位OPC UA主要解决问题“安全性的语义互操作”，OPC UA保证异构网络中的数据需要按照统一的标准来定义，这样，它主要探讨在ISO/OSI模型的应用于、不会话、回应三个层面，创建相连、用统一的信息模型规范来传达应用于场景中的“设备行规”。

TSN则解决问题“动态”与“非动态”数据的同一网络传输问题，它在ISO/OSI模型的数据链路层，TSN由一系列的标准包含，主要是解决问题时钟实时、数据调度、网络配备的问题。信息模型事实上，OPC UA比我们想象的更加强劲，它要解决问题的问题还包括了相连、安全性、信息模型多个层次的问题，图3是整个OPC UA的结构，我们可以看见它反对几个方面的问题：（1）相连问题：对于C/S架构的，还包括反对TCP，WebSocket/http的传输机制，另外也研发了针对Pub/Sub机制的相连，还包括近期的架构中对于MQTT/AMQP方面的反对，这使得通过OPC UA才可便利的与云端应用于系统展开相连，而且更加较低的流量消耗。

（2）信息模型：是包含OPC UA的核心，它所指为了构建协同所需的信息模型，还包括了基础元模型（DA，HA，AC，程序），以及预示信息模型，或称作行业信息模型，如PLCopen，Eruomap，MTConnect，PackML、Automation ML等。（3）安全性的传输机制，在整个C/S或Pub/Sub、信息模型的传输过程中，都还包括了安全性的相连创建、数据加密机制，这些依赖信息安全标准的构建。图3-OPC UA模型OPC UA对于整个工业4.0的构建都至关重要，除了在设备、产线层的掌控任务数据传输，OPC UA还能负责管理在运营管理层的数据交互，这些在工业4.0的构建中，如图4皆有定义，而OPC UA在系统的配备、管理证书、建模等皆有应用于空间，即，通过OPC UA构建对业务数据的交互-水平方向，以及横向方向从传感器到云端的相连，也还包括末端到端的相连，即有所不同业务单元如供应链的设计、生产生产、运营确保的数据相连。

图4-OPC UA在整个工业4.0构建中的角色因此，我们可以看见，OPC UA对于构建工业4.0、IIoT的传输至关重要，无所不在的传输才能奠下整个数字化、信息化的基础。TSN-热度仅次于的通信技术TSN并非今天才有，而是最先在音视频领域，还包括现在在航空航天、轨道交通、汽车等领域都早已开始了TSN的研发与应用于，工业领域是2015年的TSN工作组正式成立为起点，事实上，TSN是由一系列的IEEE标准包含，图5来自IEEE官方关于TSN标准的包含，它还包括了以下几个方面的标准：（1）时钟实时：基于IEEE802.1AS和IEEE802.1AS-Rev，使用广义准确时钟实时技术，对网络的延后展开测量和计算出来，并保证数据传输的高精度时间基准。

（2）整形器设计：为有所不同的应用于场景定义了有所不同的“shaper”（整形器），如为IEEE802.1Qav使用了基于信用的整形器（Credit-BasedShaper），为工业动态场景的IEEE802.1Qbv使用TAS（Time AwarenessShaper），以及守住式MAC的IEEE802.1Qbu+IEEE802.3br的人组，其它还包括为异步数据流所定义的ATS（基于IEEE802.1Qcr）。图5-TSN涉及标准（3）可靠性标准：IEEE802.1Q工作组还定义了IEEE802.1CB的帧拷贝与避免标准，以及IEEE802.1Qci帧检测过滤器与报错标准。（4）资源管理：还包括流腾出协议（Stream Reservation Protocol）的IEEE802.1Qat，用作配备用户和网络的强化的流腾出协议IEEE802.1Qcc，以及基本YANG模式的802.1Qcp和为Qbv，Qub，Qci所用的YANG标准IEEE802.1PQcw（尚能在制订中的标准）。

回头在OPC UA TSN的前沿全球主要厂商探讨OPC UA规范。在2018年SPS上OPC UA基金会的组织了媒体会议，联合推展OPC UA over TSN的技术推展与构建，由全球核心的OICT厂商ABB、华为、SIEMENS、贝加莱、博世力士乐、施耐德等主要的厂商皆重新加入其中。图6-2018年SPS全球主要的OICT厂商联合反对OPC UA工业互操作标准贝加莱作为整形器的主要参与者TSN的系列标准主要差异在于数据流管理的“整形器”Shpaer方面的制订，这些贝加莱也作为大力的参与者，自2015年正式成立工作组即积极参与其中，并与TTTech、华为等公司一起研发TSN产品、交换机、测试与检验系统，并积极参与工作组的会议，充分发挥自身在工业领域非常丰富的应用于与研发经验。

图7-贝加莱积极参与TSN的整形器标准制订工作2016年在维也纳由TTTech和贝加莱联合的组织了TSN整形器工作组启动会议，此次会议定义该工作组目的“以定坐落于符合在传感器、执行器、控制器以及云端所有工业自动化场景市场需求的对外开放、统一、标准的工业物联网通信方案”作为最先将TSN产品公布的公司，在2017的SPS上，贝加莱首先展览了OPC UA TSN的产品展示系统，由200个I/O车站、5个高清摄像头联合、1个工业PC、2台交换机联合包含的系统，测试其号召超过100μS，沦为了2017年SPS的亮点。图8-贝加莱在2018年SPS展览上的OPC UA TSN系统图8是2018年贝加莱在德国SPS上展览的OPC UA TSN的融合DEMO。

场景应用于OPC UA典型应用于看起来OPC UA和TSN仅有是一些技术标准与规范，那么，它在实际的应用于中如何呈现出呢？这里我们仅有拿几个非常简单的例子不予解释-因为OPC UA TSN的应用领域之普遍远非我们想象。1.mappVIEW有可能你没想起，对于HMI的设计竟然也有OPC UA的事，是的，在贝加莱的mappVIEW中就使用了OPC UA作为“中间服务器”，传统的HMI和控制器之间有密切的初始化关系，因此，程序的改动不会造成HMI画面的改动，而HMI改动也不会造成程序的改动，有了OPC UA做到中间隔绝后，就可以构建程序与HMI的独立国家（软件工程称作“关注点分离出来”-SeparteofConcern），这样可以构建模块化的软件设计。

图9-基于OPC UA构建的mappVIEW由于OPC UA反对“角色”，这使得针对有所不同的用户（总经理、电气经理、操作者人员）有有所不同的采访数据的权限，而这些仅有非常简单配备才可，而需要以前简单的编程。事实上，与传统嵌入式HMI的研发有所不同，基于OPC UA本身的http，WebService，可以研发基于Web技术的画面，还包括自适应能力、多点触碰能力、表格、曲线的绘制都会显得非常简单。mappVIEW精彩的HMI设计即基于OPC UA本身的SoA，服务器架构。

2.Euromap横向行业信息模型是另一个OPC UA的关键，对于有所不同行业，其所必须的数据传输、信息模型是有所不同的，如在塑料行业，模具、机械手、模腔温度、压力等参数是必需的，而在制药行业审核跟踪是适当的，在机床行业主轴扭矩是适当的，这些行业的差异使得对信息的建构也有所不同。信息模型不会修改行业工程应用于所消耗的时间，而需要简单编程，通过非常简单的模型调用才可取得涉及的参数，图10即表明了塑料行业的信息模型。图10-Euromap横向行业信息模型也构建到OPC UA规范中3.OPC UA TSN拓展了IIoT应用于在今天，我们探究工业物联网（IIoT）的时代却遇上十分多的艰难，因为最必要的艰难在于现场有非常丰富的现场总线和各种应用于协议，这些造成了IT对现场的采访必需撰写十分多的驱动程序和减少额外的设备，而OPC UA TSN解决问题了这些问题，就像图11右图，在贝加莱的系统中，通过OPC UA TSN，即可以在一个传统的动态网络域中维持原先的应用于，并可以通过具有OPC UA TSN模块的网络构建兼容性通信，也可以与第三方网络通过OPC UA TSN构建通信，避免了在纵向构建中的网络障碍。

对于云端应用于某种程度如此，由于OPC UA TSN构建了异构网络中的语义互操作，不仅在纵向，在横向、端对端的交互中某种程度扮演着关键角色，而TSN则将延后更加较低、比特率更高的视觉、AR/VR等也需要同时传输。图11-基于OPC UA TSN的架构OPC UA TSN解决问题了传统工业现场的传输复杂性问题，而使得IIoT、智能生产前进中的OICT融合以求极致构建。因此，我们可以告诉OPC UA TSN对智能生产、IIoT何其最重要。

欲了解贝加莱在OPC UA TSN的近期技术进展和应用于，请求采访贝加莱深圳机械展展台。

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