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　　更高水平的生產力和靈活性，

　　更高的效率，

　　更高的質量和更低的成本。

　　這些，就是制造商對工業 4.0 的期待。

　　如何才能實現這些目標呢?

　　現在應該采取什么措施?

　　之后應采取哪些措施?

　　ADI 如何幫助設備制造商率先迎接工業 4.0?

　　用信號鏈專業知識、

　　優化的解決方案、

　　密切的開發協作

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　　ADI 正致力于幫助客戶向工業 4.0 過渡的領域!

　　在迎接工業4.0 的道路上，如何支持當今現有的眾多通信協議和標準，同時還要考慮工業 4.0 的通信需求，是工業以太網所面臨的挑戰。

　　那么，在未來，OPC UA、基于時間敏感網絡 (TSN) 和傳統工業以太網系統將扮演什么角色呢?ADI 公司確定性以太網技術部的系統應用工程師 Volker Goller 為您來解答。

　　Volker Goller，ADI 公司確定性以太網技術部的系統應用工程師

　　*以下采訪由德國 Markt&Technik 的 Andreas Knoll 完成。

　　問：在OPC UA TSN系統中，OPC UA和TSN分別承擔哪些任務和功能?

　　為了闡明 OPC UA 的作用，這里引用 OPC 基金會副總裁 Stefan Hoppe的話：“OPC UA不是一種協議，而是一種信息模型。”他的意思是，OPC UA首先且最重要的是一種信息模型。當然，它還是一種用于連接客戶端和服務器的協議，但OPC UA的優勢在于地址空間，正是這一點使得OPC UA成為通用應用接口。 OPC UA非常靈活，允許將現有用戶接口(工業以太網協議的配置文件)映射到OPC UA。因此，現在工業以太網協議中的幾乎每個配置文件在OPC UA地址空間中都有表示，或者正在開發以實現其表示。OPC UA尚未明確這些配置文件(I/O、驅動器、安全等)，但很可能會改變。在工業4.0的框架下，OPC UA被視為未來非常有前途的通用語言。

　　相比之下，TSN 是 IEEE-802.1 以太網的擴展，具有完整的一系列新能力，旨在讓以太網更具確定性和實時性。因為預計未來將有眾多制造商生產支持TSN的硬件，所以也可以把它視為實時通信的平民化。幾乎每種協議都可以通過TSN獲得實時能力。

　　在此背景下，成立了一個pub/sub工作組，目的是在TSN的幫助下，為OPC UA指定一種實時傳輸協議。這將使OPC UA具備實時性，從而可以替代工業以太網協議。它將受到傳統PLC以上層次的熱烈歡迎，因為來自不同制造商的控制器將能與OPC UA實時交互。TSN還能為OPC UA提供有保證的網絡帶寬，因而其魯棒性會比目前所能實現的要更高。

　　但是，pub/sub不是讓OPC UA具備實時能力的唯一途徑。業界也在努力開發一種針對DDS的OPC UA模型，DDS是一種應用廣泛且經過驗證的實時協議。這將使得分布式系統的運行具有DDS/ TSN能力，并將OPC UA用作應用接口。

　　結果如何還有待觀察。

　　問：未來哪些任務和功能會留給傳統工業以太網系統和現場總線?

　　傳統工業以太網協議不會消失。在未來，有些仍會以不同形式存在(作為OPC UA中的配置文件或配置文件系列)，有些則將基于TSN。傳統現場總線將被以太網取代。

　　問：在OPC UA TSN系統中，除了配置文件級別的OPC UA TSN，傳統工業以太網系統可以履行哪些任務和功能?

　　需要再次澄清，TSN并不會自動實現OPC UA。它們是兩種完 全獨立的技術。OPC UA可以在控制器網絡(控制器到控制器)中發揮重要作用。pub/sub與TSN在這里很有優勢;它是否也能在現場層面發揮作用尚有待證實，因為OPC UA不是一個小堆 棧，至少如果您希望利用其全部優勢，它不會是一個小堆棧。

　　問：傳統工業以太網系統的用戶組織如何應對TSN挑戰?

　　所有用戶組織都在響應TSN帶來的機會。TSN有望提供更多硬件選擇，尤其是基礎設施組件，并且實現更高速度，即1 Gbps或更高。最終，我們將看到Profinet? TSN，以及 EtherNet/IP? over TSN和OPC UA Pub/Sub。

　　問：TSN能否支持實時并將周期時間降至μs，在未來 甚至可能更低?

　　在100 Mbps的速度，要使周期時間低于250μs，現有工業以太網協議將不得不對標準以太網進行重大修改。對于非標準方法，例如EtherCAT?甚至Sercos所基于的集總幀協議，IEEE并不是很友好。這些擴展不大可能被納入TSN標準。

　　針對這個問題，TSN將達到IEEE定義的極限，即100 Mbps時 250μs——至少只要標準TCP/IP應用的真正并行操作必須有效。如需更短的周期時間，通往1 Gbps的道路已開放。

　　問：TSN如何解決或預期如何解決安全問題?

　　安全一般運用 Black channel 原則。安全性定義在實際通信協議之上。然而，通信信道的可靠性是安全考慮因素之一。 TSN 不會比今天的系統更不可靠。

　　問：OPC UA協議也可以通過傳統工業以太網系統傳輸，如時隙或隧道。那么為什么它還需要TSN呢?

　　TSN在標準以太網基礎上增加了確定性和實時性。在很多情況下，不同的協議共存于同一根電纜中。TSN支持在一根電纜中實現實時和“盡力而為”型TCP/IP的穩健共存。

　　問：TSN相對于傳統工業以太網系統到底有哪些優勢?

　　TSN不是一種新的工業以太網協議。它是對標準以太網的統一擴展，增加了實時能力。我們已闡明其優勢：硬件可用性、統一基礎設施以及與速度無關的定義。

　　問：成本在這里扮演什么角色?

　　可擴展的標準化硬件和基礎設施有望降低成本并統一技術訣竅。

　　問：實現1 Gbps或更高數據速率的期望起著什么樣的作用?

　　1 Gbps(及以上)是當今網絡的邏輯進展。它是否會取代 100 Mbps?不會完全取代，但是 1 Gbps支持新的應用，并且可以克服當今數據密集型應用的性能瓶頸。 TSN不是一種新的工業以太網協議，而是對標準以太網增加實時能力的統一擴展。