OPCUATSN迈向工业互联网新时代

　　从现场总线时代到OPC UA TSN的发展趋势，工业互联影响的不仅是技术，也影响着产业的商业模式。

　　1、现场总线时代

　　在70年代末，现场总线出现，总线技术是伴随着控制技术而发展的，当大量的仪表信号经过长距离传输至中央控制室的时候，带来了接线的复杂以及干扰，这些为控制系统稳定可靠运行带来了不便，而现场总线则将这些物理信号数字化，大幅度减少了接线以及数据传输的可靠性，并且通过总线，也带来了配置、诊断与维护的便利。

　　但是，现场总线实在种类太多，由于各个公司都形成了自身的总线，在历史上据说“有多少个控制器厂商，就有多少种现场总线”，即使仅以IEC61158标准为参考，也多达18种，如图1。

　　图1-现场总线时代

　　现场总线的差异是巨大的，包括电平、电缆、接头、终端电阻、络拓扑结构、数据帧长度、带宽、最大节点数、节点间距、校验位、诊断方式多个维度的差异，这使得现场总线虽然解决了远程数据采集、分布式控制，但由于总线本身的差异，使得其无法互连。

　　图2-工业以太时代

　　在2001年，由贝加莱推出了第一个实时以太技术POWERLINK，采用了通用的以太技术，这使得基本的带宽、间距、数据帧、物理信号、连接端子(RJ45或M12)等统一，物理层和数据链路层采用了以太技术，而应用层则采用了广为使用的CANopen，所谓“CANopen Over Ethernet”,之后，各家公司分别推出了相应的实时以太技术，如图2。

　　实时以太技术相对于传统现场总线，带宽、节点数、循环周期、时钟同步都大幅提升，因此更为适应于分布式控制，而且以太数据帧较大，适合于较大的数据容量。

　　2、OPC UA与TSN时代即将到来

　　图 -即将到来的OPC UA TSN时代

　　但是，随着智能制造的推进，对于制造“协同”有着更高的要求，而这个时候就需要在不同的机器间进行沟通，而各个机器所采用的却非相同的通信协议，这使得需要实现“语义互操作”，即在异构络间进行语义的统一标准与规范的构建，而另一方面，络对于IT与OT的数据融合有了新的要求，IT数据更强调容量、安全（Security），而OT则强调确定性、安全（Safety）、稳定与可靠，如何实现这两种数据络的融合，并在语义层定义规范与标准，这是OPC UA之所以被推进的原因。工业界将聚焦点放在了OPC UA TSN的融合上，如图 。

　　、OPC UA TSN=工业互联

　　参考一下Internet协议族，我们会发现，OPC UA TSN解决了整个Internet几个层级的问题，TSN解决了1 2层的协议问题，而OPC UA TSN则解决了采用通用的Internet进行传输的问题，也即，OPC UA TSN解决了Internet对应在工业领域的七层架构问题，在解决实时数据与非实时数据传输时，TSN采用了VLAN技术，而当无需进行实时性传输时的数据则采用IP、TCP方式来传输，OPC UA对于底层的络传输方式支持各种应用层协议，http(s)、UADP等，以及OPC UA C/S模式、Pub/Sub模式（IEC62451-Part1 ），整体架构如图4所示.

　　图4-OPC UA TSN构成工业互联架构

　　而OPC UA在这里最为关键的是OPC UA信息模型，以及OPC UA设备特定行规的定义，这是OPC UA的角色。

　　4、互联将如何改变自动化世界？

　　-- 开放战胜封闭

　　开放的世界互联，才能使得制造业分享来自于互联世界丰富的资源：

　　*基础设施资源：由于互联的发展，存储、络传输均已经大量发展，进而变得成本低廉，尤其是今天的移动终端已经完全可以代替过去的HMI来为工程师显示现场的状态。

　　*丰富的软件资源：丰富的仿真、建模软件、开源技术、人工智能、机器视觉、智能传感器技术为自动化带来更多的低成本资源。

　　-- OICT融合带来全局优化

　　*通过工业互联技术，实现OICT的融合，使得整个制造业可以实现更为广泛的生产效能提升。协同制造：通过设备间的互联，消除中间浪费环节、缩短工艺切换时间等可以提高生产整体效率，尤其是在个性化制造时代，压缩工艺切换的时间对于提升生产效率，降低成本至关重要。

　　*边缘计算：通过OPC UA TSN对现场数据的获取，可以实现对全局的优化，边缘计算主要基于策略性、规划、调度性问题而产生，由于今天IT技术的络传输、存储、计算、数据处理能力使得过去难以实现的优化得以实现。

　　-- 商业模式即将发生的变化

　　*全生命周期服务：机器制造商可以为客户提供基于数据驱动的服务，包括预测性维护、工艺设计能力租赁、基于时间的服务租用等延伸性的服务，更为紧密的发挥自身的技术能力，获得盈利，而对用户也降低了自身的资源消耗。

　　*低成本运营：基于分布式计算工业云服务与应用APP，用户无需部署自己的高昂费用的基础设施，以及购买大量的软件，而仅需通过低廉的成本购买或租用APP的使用权，来让自己的公司轻资产运行。

　　互联带给我们的不仅仅是连接，也会带来业务模式的变化。

　　ACW 2018，贝加莱将在D区--创新区展示最新的OPC UA TSN技术展示，并于14日C-222主题分享“OPC UA TSN—互联改变自动化世界”，欢迎光临咨询。