它们将在工业4.0中将扮演重要角色，别说你不懂OPC UA、TSN

　　更高水平的生产力和灵活性，

　　更高的效率，

　　更高的质量和更低的成本。

　　这些，就是制造商对工业 4.0 的期待。

　　如何才能实现这些目标呢?

　　现在应该采取什么措施?

　　之后应采取哪些措施?

　　ADI 如何帮助设备制造商率先迎接工业 4.0?

　　用信号链专业知识、

　　优化的解决方案、

　　密切的开发协作

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　　ADI 正致力于帮助客户向工业 4.0 过渡的领域!

　　在迎接工业4.0 的道路上，如何支持当今现有的众多通信协议和标准，同时还要考虑工业 4.0 的通信需求，是工业以太网所面临的挑战。

　　那么，在未来，OPC UA、基于时间敏感网络 (TSN) 和传统工业以太网系统将扮演什么角色呢?ADI 公司确定性以太网技术部的系统应用工程师 Volker Goller 为您来解答。

　　Volker Goller，ADI 公司确定性以太网技术部的系统应用工程师

　　*以下采访由德国 Markt&Technik 的 Andreas Knoll 完成。

　　问：在OPC UA TSN系统中，OPC UA和TSN分别承担哪些任务和功能?

　　为了阐明 OPC UA 的作用，这里引用 OPC 基金会副总裁 Stefan Hoppe的话：“OPC UA不是一种协议，而是一种信息模型。”他的意思是，OPC UA首先且最重要的是一种信息模型。当然，它还是一种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，正是这一点使得OPC UA成为通用应用接口。 OPC UA非常灵活，允许将现有用户接口(工业以太网协议的配置文件)映射到OPC UA。因此，现在工业以太网协议中的几乎每个配置文件在OPC UA地址空间中都有表示，或者正在开发以实现其表示。OPC UA尚未明确这些配置文件(I/O、驱动器、安全等)，但很可能会改变。在工业4.0的框架下，OPC UA被视为未来非常有前途的通用语言。

　　相比之下，TSN 是 IEEE-802.1 以太网的扩展，具有完整的一系列新能力，旨在让以太网更具确定性和实时性。因为预计未来将有众多制造商生产支持TSN的硬件，所以也可以把它视为实时通信的平民化。几乎每种协议都可以通过TSN获得实时能力。

　　在此背景下，成立了一个pub/sub工作组，目的是在TSN的帮助下，为OPC UA指定一种实时传输协议。这将使OPC UA具备实时性，从而可以替代工业以太网协议。它将受到传统PLC以上层次的热烈欢迎，因为来自不同制造商的控制器将能与OPC UA实时交互。TSN还能为OPC UA提供有保证的网络带宽，因而其鲁棒性会比目前所能实现的要更高。

　　但是，pub/sub不是让OPC UA具备实时能力的唯一途径。业界也在努力开发一种针对DDS的OPC UA模型，DDS是一种应用广泛且经过验证的实时协议。这将使得分布式系统的运行具有DDS/ TSN能力，并将OPC UA用作应用接口。

　　结果如何还有待观察。

　　问：未来哪些任务和功能会留给传统工业以太网系统和现场总线?

　　传统工业以太网协议不会消失。在未来，有些仍会以不同形式存在(作为OPC UA中的配置文件或配置文件系列)，有些则将基于TSN。传统现场总线将被以太网取代。

　　问：在OPC UA TSN系统中，除了配置文件级别的OPC UA TSN，传统工业以太网系统可以履行哪些任务和功能?

　　需要再次澄清，TSN并不会自动实现OPC UA。它们是两种完 全独立的技术。OPC UA可以在控制器网络(控制器到控制器)中发挥重要作用。pub/sub与TSN在这里很有优势;它是否也能在现场层面发挥作用尚有待证实，因为OPC UA不是一个小堆 栈，至少如果您希望利用其全部优势，它不会是一个小堆栈。

　　问：传统工业以太网系统的用户组织如何应对TSN挑战?

　　所有用户组织都在响应TSN带来的机会。TSN有望提供更多硬件选择，尤其是基础设施组件，并且实现更高速度，即1 Gbps或更高。最终，我们将看到Profinet® TSN，以及 EtherNet/IP® over TSN和OPC UA Pub/Sub。

　　问：TSN能否支持实时并将周期时间降至μs，在未来 甚至可能更低?

　　在100 Mbps的速度，要使周期时间低于250μs，现有工业以太网协议将不得不对标准以太网进行重大修改。对于非标准方法，例如EtherCAT®甚至Sercos所基于的集总帧协议，IEEE并不是很友好。这些扩展不大可能被纳入TSN标准。

　　针对这个问题，TSN将达到IEEE定义的极限，即100 Mbps时 250μs——至少只要标准TCP/IP应用的真正并行操作必须有效。如需更短的周期时间，通往1 Gbps的道路已开放。

　　问：TSN如何解决或预期如何解决安全问题?

　　安全一般运用 Black channel 原则。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考虑因素之一。 TSN 不会比今天的系统更不可靠。

　　问：OPC UA协议也可以通过传统工业以太网系统传输，如时隙或隧道。那么为什么它还需要TSN呢?

　　TSN在标准以太网基础上增加了确定性和实时性。在很多情况下，不同的协议共存于同一根电缆中。TSN支持在一根电缆中实现实时和“尽力而为”型TCP/IP的稳健共存。

　　问：TSN相对于传统工业以太网系统到底有哪些优势?

　　TSN不是一种新的工业以太网协议。它是对标准以太网的统一扩展，增加了实时能力。我们已阐明其优势：硬件可用性、统一基础设施以及与速度无关的定义。

　　问：成本在这里扮演什么角色?

　　可扩展的标准化硬件和基础设施有望降低成本并统一技术诀窍。

　　问：实现1 Gbps或更高数据速率的期望起着什么样的作用?

　　1 Gbps(及以上)是当今网络的逻辑进展。它是否会取代 100 Mbps?不会完全取代，但是 1 Gbps支持新的应用，并且可以克服当今数据密集型应用的性能瓶颈。 TSN不是一种新的工业以太网协议，而是对标准以太网增加实时能力的统一扩展。