TSN-OPC UA 的增速器

如今,最高级的生产系统的一个重要要求在于将 ERP 级到现场级的所有通讯集成在一 起。为消除IT和自动化间的障碍,设备所有者越来越倾向于开放的OPC UA标准。然而, 当面对具有实时要求的复杂过程时,OPC UA 有其局限性。不过得益于时间敏感型网 络(TSN),这一情况很快将得到改变。

自动化任务的复杂性正日益提高,进而发展出越来越多分散控制的概念。由于通过工业以太网来连接智能外设这一情况越来越普遍,这些技术采用独立且灵活的模块化结构的自动化技术来实现。独立的子系统和模块与控制器相连集成为整机这种情况将变得更为常见。

通讯是关键 

在这类生产解决方案中,决定性因素在于独立单元间的高效通信。贝加莱市场经理Stefan Schönegger说。对设备生产商来讲,实现工程能力而不受到专利权限制是至关重要的。从现场级到ERP系统,开放的OPCUA标准正是这样一个理想的通讯协议。

现在,所有主要的控制系统生产商都已经采用了OPCUA。这一标准确保在同一个系统中,使用不同品牌控制器的多种机器可以方便地进行合作。协议本身也是个独立的平台,协议栈可以与任何操作系统或嵌入式硬件进行端口连接。“OPC UA是唯一有效结合了所有这些优点的协议。”Schönegger说。

实时通讯以达到最大生产力

只要工厂内的机器如同独立的单元一样在持续运行,例如发送/接收分离诊断数据和命令,那么OPC UAM2M通讯来说就是最优选择。尽管未来的工厂看起来会大不一样。”Schönegger说。机器,机器人和传送带将需要进行实时通讯以达到生产力最大化。

从技术上来说,在OPC UA上增加实时功能是完全可行的。但是做起来却需要耗费大量精力,而且会存在不足。”Schönegger补充道。这就是为什么有一大批自动化厂商和机器人厂商从四面八方聚集起来。他们的目标是:让OPC UA利用TSN技术,对现有IEEE 802.1 Ethernet标准进行扩展。

汽车工业正在推动TSN发展

时间敏感型网络(TSN)是一个正在发展的扩展标准,以后将被纳入IEEE 802.1标准中。扩展的目标是通过Ethernet提供实时数据传输。“TSN标准发展的一大优势在于背后有汽车工业的支持。也就意味着,所需的半导体部件在获取方面非常迅速,而且价格相对便宜。”Schöneg-ger解释说。

在过去几年内,汽车内部需要传输的数据量急剧增加。传统的总线系统几乎没有带宽来处理这些数据。”Schönegger说。对汽车行业来说,第一步是采用802.1 AVB(音频-视频桥接)标准,该标准可以同步优先传送音频和视频文件。也就是说,可以通过Ethernet对安装在后保险杠上的后部摄影器捕捉的影像及时传输。


为了实现在新行业中的发展目标,扩大应用范围,AVB工作组成为TSN的发起人。汽车行业希望能处理所有控制任务和应用,而这要求通过Ethernet的功能安全。为了使其成为可能,需要实时范围内的时间周期和确定的网络动作。这些要求与我们在自动化生产线中面临的要求完全一致。”Schönegger说。这就是我们贝加莱和其它自动化厂商决定将TSN增加到OPC UA实时功能的原因所在。

IT与自动化的碰撞

借助OPC UA TSN,我们在基于IP地址的IT世界和满足硬实时要求(如POWER-LINK)的协议之间架起一座桥梁。”Schönegger说。对所有带有软实时要求的机器级以上的工厂自动化应用来说,OPC UA TSN是一个完美的解决方案。这一方案包括了生产线同步,SCADA系统连接,简单控制任务解决和传送带操作。所有这些任务要求在2-10毫秒的范围内执行,同时抖动范围为几百微秒。

有限的布局

即使是使用TSN,低于2毫秒的时间周期在技术上仍然不可行。”Schönegger说。在工业以太网协议中仍保留了针对伺服驱动和高速传感器连接的硬实时领域,如POWERLINKTSN在线性连接方面也有明显劣势。这可以采用IT解决方案中典型的星型布局得以优化。常见于机械中的总线型布局(串联)也有种种使用限制。

未来几年,随着OPC UA在产线自动化方面的扩展,机器和设备将会在结构上发生翻天覆地的变化。人们不再需要传统的工厂级总线系统。”Schönegger说。OPCUA TSNPOWERLINK的联手将覆盖整个工业生产的通讯范围


OPC UAPOWERLINK仅仅是基于软件的栈协议,可以免费获取并接入任何平台。“OPC UAPOW-ERLINK的结合为机器工程和系统工程提供了最大的自由。”Schönegger说。至于控制器来自于哪家供应商变得不再重要了。

 

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