OPC UA TSN

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

OPC UA TSN или OPC UA over TSN — технология передачи данных в режиме реального времени, объединяющая два стандарта: спецификация OPC UA определяет передачу данных в промышленных сетях, а технология TSN описывает работу сетей, требующих строгой синхронизации времени и детерминированной доставки данных.

Используя эти стандарты в совокупности, можно обеспечить взаимодействие между устройствами разных производителей в режиме реального времени, а также объединить ИТ- и OT (англ.)-системы предприятия, что является одним из ключевых требований концепции Промышленность 4.0.[1]

Применение

[править | править код]

До настоящего времени в промышленности связь внутри и между машинами осуществлялась по различным проприетарным протоколам связи, таким как Profinet, EtherNet/IP, POWERLINK, EtherCAT, Profibus, Modbus или CAN. В этом случае для передачи данных между устройствами и компонентами различных производителей необходимо использовать конвертеры и шлюзы. [2]

Группа промышленных компаний разработала интегрированное решение для межмашинного взаимодействия и взаимодействия между машинной и облаком в режиме реального времени.[3]

Четвёртая промышленная революция (также известная как Индустрия 4.0 или Промышленность 4.0) подразумевает объединение в одну сеть IT- и OT-систем предприятия, однако создание такой сети осложняется наличием множества различных протоколов. Поэтому необходим стандартизированный протокол связи для бесшовного обмена данными между устройствами разных производителей от полевого уровня до уровня облачных вычислений. Технология OPC UA over TSN уже была внедрена в пилотные проекты таких производителей промышленного оборудования, как ABB, Bosch Rexroth, B&R, CISCO, Hilscher, Hirschmann, Huawei, Intel, Kalycito, KUKA, KYLAND, Mitsubishi Electric, Molex, National Instruments (NI), Omron, Phoenix Contact, Pilz, Parker Hannifin, Rockwell Automation, Schneider Electric, Siemens, TTTech, Wago и Yokogawa.[4][5][6]

Используемые технологии

[править | править код]

В основе протокола OPC UA over TSN лежат две ключевые технологии:

  • Спецификация OPC Unified Architecture определяет передачу данных в промышленных сетях и взаимодействие устройств в них.
  • Технология Time-Sensitive Networking (TSN, рус. сетевое взаимодействие со строгой синхронизацией времени) описывается группой Ethernet стандартов IEEE 802.1[7] и позволяет передавать данные по стандартным сетям Ethernet в режиме реального времени. В группу стандартов TSN входят:
    • IEEE 802.1AS-Rev/D2.0 : Timing and synchronization for time sensitive applications (протокол синхронизации точного времени)
    • IEEE 802.1CB : Frame Replication and Elimination for Reliability (резервирование потоков путем репликации кадров и удаление их дубликатов)
    • IEEE 802.1Qbv : Enhancement for scheduled traffic (планирование расписания доставки пакетов)
    • IEEE 802.1Qci : Per-Stream Filtering and Policing (правила обработки и фильтрации потоков данных)
    • IEEE 802.1Qcc : Stream Reservation Protocol (SRP) Enhancements and Performance Improvements (резервирование потоков данных)
    • IEEE 802.1Qbu: Frame preemtion (прерывание передачи кадров)

Спецификация TSN разрабатывается в рамках общего стандарта Ethernet. Стандарт используется рядом автомобильных производителей.[8]

Развитие технологии OPC UA over TSN

[править | править код]

Технологии OPC UA и Ethernet TSN продолжают развиваться, чтобы соответствовать требованиям промышленного производства. Основные усилия направлены на обеспечение работы технологии OPC UA в режиме реального времени. Параметры связи должны отвечать следующим требованиям:

  • Детерминированные временные характеристики, джиттер не превышает 100 нс
  • Время цикла в диапазоне 50 мкс — 2 мс[9]

Помимо этого было необходимо реализовать в рамках OPC UA возможность взаимодействия по модели Издатель/Подписчик (англ. Publish/Subscribe).[10]

Сначала стандарт OPC UA обеспечивал связь только по модели клиент/сервер. Клиент делает запрос (Request) какой-либо информации и получает ответ (Response) от сервера. Такая архитектура имеет ограничения в сетях с большим количеством узлов. Архитектура «издатель — подписчик» позволяет осуществить коммуникацию один-ко-многим и многие-ко-многим. Сервер отправляет данные в сеть (Publish), и получить их может любой клиент (Subscribe). Расширение PubSub OPC UA позволяет передавать данные, используя транспортный протокол MQTT. Взаимодействие по такой модели в сочетании с поддержкой TSN позволило также использовать технологию OPC UA в промышленных приложениях, требующих строгой синхронизации времени. Технология была успешно испытана на опытных установках таких организаций, как Консорциум промышленного интернета (англ.) и Labs Network Industrie 4.0 (LNI).[11]

Исследования показали, что по производительности технология OPC UA over TSN опережает существующие протоколы на базе промышленного Ethernet в 18 раз.[12]

Клиент-серверная архитектура. Клиент запрашивает информацию (Request) и получает ответ от сервера (Response).
Архитектура Издатель/Подписчик. Сервер отправляет данные в сеть (Publish), и любой клиент может получить эти данные (Subscribe).

История развития OPC UA over TSN

[править | править код]
  • Январь 2010: Стандарт 802.1Qav взят за основу для передачи данных в аудио/видео приложениях (AVB).
  • Ноябрь 2012: Расширена сфера применения протокола, AVB переименован в TSN.
  • Ноябрь 2016: При участии производителя сетевого оборудования TTTech и производителя систем автоматизации B&R основана инициатива OPC UA TSN. Эти компании — первые представители группы компаний-разработчиков (англ. Shapers).[13]
  • Апрель 2017: К группе компаний-разработчиков присоединились Belden/Hirschmann и Phoenix Contact.
  • Ноябрь 2017: К группе компаний-разработчиков присоединились Pilz, Hilscher и Wago.
  • Апрель 2018: Компания Rockwell Automation объявила о своём вступлении в группу компаний-разработчиков.[14]
  • Ноябрь 2018: Организация OPC Foundation описывает механизм взаимодействия с полевым уровнем по технологии OPC UA over TSN.[15]
  • Ноябрь 2018: Компании ABB, Schneider и Rockwell становятся участниками Совета OPC Foundation.[16]
  • Ноябрь 2018: Представлен Руководящий комитет по OPC UA over TSN для полевого уровня. В него вошли компании ABB, BECKHOFF, Bosch-Rexroth, B&R, Cisco, Hilscher, Hirschmann, Huawei, Intel, Kalycito, KUKA, Mitsubishi Electric, Molex, Omron, Phoenix Contact, Pilz, Rockwell Automation, Schneider Electric, Siemens, TTTech, Wago, Yokogawa.[17]
  • Ноябрь 2018: На выставке SPS IPC Drives 2018 (нем.) на стенде ESPG (Ethernet POWERLINK Standardization Group) показан демонстрационный стенд из пяти разных POWERLINK сетей с контроллерами и приводами от разных производителей, которые точно синхронизированы друг с другом на базе технологии OPC UA TSN.[18]
  • Ноябрь 2018: На выставке SPS IPC Drives 2018 представлено первое рабочее устройство на базе технологии OPC UA TSN.

Организация

[править | править код]

В ноябре 2018 года организация OPC Foundation объявила, что спектр задач, где будет применяться OPC UA в сочетании с технологией TSN, охватит связь на полевом уровне.[15] Дальнейшая работа группы компаний-разработчиков будет продолжена в рамках организации OPC Foundation. В Совет OPC Foundation вошли компании: ABB, Rockwell и Schneider Electric. OPC Foundation возьмёт на себя исполнение функций профессионального сообщества и будет содействовать дальнейшему развитию и распространению технологии OPC UA TSN.

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Günter Herkommer: OPC UA — Arbeitsgruppe für Echtzeit gegründet. Архивная копия от 6 декабря 2018 на Wayback Machine computer-automation.de, 13. April 2015, abgerufen am 30. Januar 2017.
  2. ↑ TSN – Time-Sensitive Networking (нем.). autlook.at (ноябрь 2015). Дата обращения: 30 января 2017. Архивировано 2 февраля 2017 года. Архивная копия от 2 февраля 2017 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано из оригинала 2 февраля 2017 года.
  3. ↑ Rockwell Automation schließt sich der OPC UA Time-Sensitive-Networking Initiative an (нем.) (27 апреля 2018). Дата обращения: 27 апреля 2018. Архивная копия от 24 июня 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 24 июня 2018 года.
  4. ↑ Shapers Advancing OPC UA TSN: The road to interoperability (англ.) (29 января 2018). Дата обращения: 30 января 2018.
  5. ↑ OPC UA TSN | Grundsteinlegung für Industrial IoT und Industrie 4.0 (нем.). technik-medien.at (27 ноября 2016). Дата обращения: 30 января 2017. Архивная копия от 4 декабря 2017 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 4 декабря 2017 года.
  6. ↑ OPC Foundation The OPC UA including TSN initiative announced by OPC Foundation November 5th has already been joined by many major industrial automation suppliers (англ.) (27 ноября 2018). Дата обращения: 4 декабря 2018. Архивная копия от 5 декабря 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 5 декабря 2018 года.
  7. ↑ IEEE 802.1 Working Group IEEE802 (англ.). Дата обращения: 4 декабря 2018. Архивная копия от 14 декабря 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 14 декабря 2018 года.
  8. ↑ TSN: Einsatz im Automobil könnte Kosten entscheidend senken (нем.). wirautomatisierer.de (16 июля 2016). Дата обращения: 30 января 2017. Архивная копия от 6 декабря 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 6 декабря 2018 года.
  9. ↑ Echtzeitfähig: OPC UA mit TSN (неопр.). — С. 26—27.
  10. ↑ Meinrad Happacher Vom Sensor bis in die Cloud (нем.). computer-automation.de (27 апреля 2016). Дата обращения: 30 января 2017. Архивная копия от 6 декабря 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 6 декабря 2018 года.
  11. ↑ Industrial Internet Consortium Time Sensitive Networking (TSN) (англ.). Дата обращения: 4 декабря 2018. Архивная копия от 5 декабря 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано из оригинала 5 декабря 2018 года.
  12. ↑ D. Bruckner, R. Blair, M-P. Stanica, A. Ademaj, W. Skeffington, D. Kutscher, S. Schriegel, R. Wilmes, K. Wachswender, L. Leurs, M. Seewald, R. Hummen, E-C. Liu, S. Ravikumar OPC UA TSN. A new Solution for Industrial Communication (англ.). Дата обращения: 4 декабря 2018. Архивная копия от 22 января 2021 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 22 января 2021 года.
  13. ↑ Smart Industry Forum OPC UA TSN: A Small Step for Mankind, But a Giant Leap for Industry! (англ.). Дата обращения: 5 декабря 2018. Архивная копия от 5 декабря 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 5 декабря 2018 года.
  14. ↑ Rockwell Automation Rockwell Automation Joins Industry Effort on OPC UA Time-Sensitive Networking (англ.). Дата обращения: 5 декабря 2018. Архивная копия от 5 декабря 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 5 декабря 2018 года.
  15. ↑ 1 2 OPC Foundation OPC Foundation extends OPC UA including TSN down to field level (англ.). Дата обращения: 5 декабря 2018. Архивная копия от 5 декабря 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 5 декабря 2018 года.
  16. ↑ OPC Foundation The OPC Foundation elects three new members to its Board of Directors (англ.). Дата обращения: 5 декабря 2018. Архивная копия от 5 декабря 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 5 декабря 2018 года.
  17. ↑ OPC Foundation Major Automation Industry Players join OPC UA including TSN initiative (англ.). Дата обращения: 5 декабря 2018. Архивная копия от 5 декабря 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 5 декабря 2018 года.
  18. ↑ ESPG EASY LINE INTEGRATION WITH POWERLINK AND OPC UA TSN (нем.). Дата обращения: 5 декабря 2018. Архивная копия от 21 декабря 2018 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 21 декабря 2018 года.

Ссылки

[править | править код]
Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=OPC_UA_TSN&oldid=135850508