OPC UA TSN

OPC UA TSN sau OPC UA peste TSN este o  tehnologie de transmisie a datelor în timp real care combină două standarde: specificația OPC UA definește transmisia de date în rețelele industriale , iar tehnologia TSN descrie funcționarea rețelelor care necesită sincronizare strictă a timpului și livrare de date deterministă. .

Folosind împreună aceste standarde, este posibil să se ofere interacțiune în timp real între dispozitive de la diferiți producători, precum și să se integreze sisteme IT și OT ( în engleză ) ale unei întreprinderi, care este una dintre cerințele cheie ale conceptului Industry 4.0 . [unu]

Aplicație

Până acum, comunicarea în interiorul și între mașinile din industrie a fost prin intermediul diferitelor protocoale de comunicare proprietare, cum ar fi Profinet , EtherNet/IP , POWERLINK , EtherCAT , Profibus , Modbus sau CAN . În acest caz, convertoarele și gateway-urile trebuie utilizate pentru a transfera date între dispozitive și componente de la diferiți producători. [2]

A patra revoluție industrială (cunoscută și sub numele de Industry 4.0 sau Industry 4.0 ) implică conectarea în rețea a sistemelor IT și OT ale întreprinderii, dar crearea unei astfel de rețele este complicată de prezența multor protocoale diferite. Prin urmare, este necesar un protocol de comunicare standardizat pentru a face schimb de date între dispozitive de la diferiți producători, de la nivel de câmp până la nivel de nor . Tehnologia OPC UA over TSN a fost deja implementată în proiecte pilot ale producătorilor de echipamente industriale precum 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 și Yokogawa . [4] [5] [6]

Tehnologii folosite

Protocolul OPC UA peste TSN se bazează pe două tehnologii cheie:

• Specificația OPC Unified Architecture definește transmisia de date în rețelele industriale și interacțiunea dispozitivelor din acestea.
• Tehnologia Time-Sensitive Networking ( TSN , interacțiunea rețelei rusești cu sincronizare strictă a timpului ) este descrisă de grupul Ethernet al standardelor IEEE 802.1 [7] și permite transmiterea datelor prin rețele Ethernet standard în timp real. Grupul de standarde TSN include:
  • IEEE 802.1AS-Rev/D2.0: sincronizare și sincronizare pentru aplicații sensibile la timp
  • IEEE 802.1CB: Replicarea și eliminarea cadrelor pentru fiabilitate
  • IEEE 802.1Qbv: Îmbunătățire pentru traficul programat
  • IEEE 802.1Qci: Filtrare și control pe flux (reguli pentru procesarea și filtrarea fluxurilor de date)
  • IEEE 802.1Qcc: Îmbunătățiri ale protocolului de rezervare a fluxurilor (SRP) și îmbunătățiri ale performanței
  • IEEE 802.1Qbu: Preemțiune cadre

Specificația TSN este dezvoltată ca parte a standardului Ethernet comun. Standardul este utilizat de un număr de producători de automobile. [opt]

Dezvoltarea OPC UA peste tehnologia TSN

Tehnologiile OPC UA și Ethernet TSN continuă să evolueze pentru a satisface cerințele producției industriale. Principalele eforturi vizează asigurarea funcționării tehnologiei OPC UA în timp real . Parametrii de comunicație trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

• Sincronizare deterministă, jitter de până la 100 ns
• Timp de ciclu în intervalul 50 µs - 2 ms [9]

În plus, a fost necesară implementarea în cadrul OPC UA a posibilității de interacțiune după modelul Publisher/Subscriber (ing. Publish/Subscribe). [zece]

La început, standardul OPC UA prevedea doar comunicarea client/server . Clientul face o cerere (Solicitare) pentru unele informații și primește un răspuns (Răspuns) de la server. Această arhitectură are limitări în rețelele cu un număr mare de noduri. Arhitectura Publicare/ Abonare permite comunicarea unu-la-mulți și multi-la-mulți. Serverul trimite date în rețea (Publish), iar orice client le poate primi (Subscribe). Extensia PubSub OPC UA vă permite să transferați date utilizând protocolul de transport MQTT . Acest model de interoperabilitate, combinat cu suportul TSN , a făcut posibilă și utilizarea tehnologiei OPC UA în aplicații industriale care necesită sincronizare strictă a timpului. Tehnologia a fost testată cu succes în fabrici pilot de organizații precum Industrial Internet Consortium și Labs Network Industrie 4.0 ( LNI ). [unsprezece]

Studiile au arătat că tehnologia OPC UA peste TSN depășește de 18 ori protocoalele existente bazate pe Ethernet industrial. [12]

Istoricul dezvoltării OPC UA peste TSN

• Ianuarie 2010: Standardul 802.1Qav este adoptat ca bază pentru transmisia de date în aplicațiile audio/video ( AVB ).
• Noiembrie 2012: Domeniul de aplicare al protocolului a fost extins, AVB a fost redenumit TSN.
• Noiembrie 2016: Inițiativa OPC UA TSN este fondată cu participarea producătorului de echipamente de rețea TTTech și a producătorului de sisteme de automatizare B&R . Aceste companii sunt primii reprezentanți ai grupului de companii de dezvoltare (ing. Shapers). [13]
• Aprilie 2017: Belden/Hirschmann și Phoenix Contact se alătură grupului de dezvoltare.
• Noiembrie 2017: Pilz, Hilscher și Wago se alătură grupului de dezvoltare.
• Aprilie 2018: Rockwell Automation își anunță intrarea într-un grup de companii de inginerie. [paisprezece]
• Noiembrie 2018: Fundația OPC descrie un mecanism de interacțiune cu nivelul terenului folosind tehnologia OPC UA peste TSN. [cincisprezece]
• Noiembrie 2018: ABB, Schneider și Rockwell se alătură Consiliului Fundației OPC. [16]
• Noiembrie 2018: S-a introdus OPC UA peste Comitetul de coordonare TSN la nivel de teren. Include 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]
• Noiembrie 2018: La SPS IPC Drives 2018 ( germană ) la standul ESPG (Ethernet POWERLINK Standardization Group), un stand demonstrativ de cinci rețele POWERLINK diferite cu controlere și unități de la diferiți producători, care sunt sincronizate precis între ele pe baza OPC UA TSN tehnologie . [optsprezece]
• Noiembrie 2018: Primul dispozitiv de lucru bazat pe tehnologia OPC UA TSN este prezentat la SPS IPC Drives 2018.

Organizare

În noiembrie 2018, Fundația OPC a anunțat că gama de aplicații în care OPC UA va fi aplicată în combinație cu tehnologia TSN va acoperi comunicațiile la nivel de teren. [15] Lucrările ulterioare ale grupului de companii de dezvoltare vor fi continuate în cadrul Fundației OPC. Consiliul Fundației OPC include companii: ABB, Rockwell și Schneider Electric. Fundația OPC va prelua funcțiile comunității profesionale și va promova dezvoltarea și diseminarea în continuare a tehnologiei OPC UA TSN.

Note

1. ↑ Günter Herkommer: OPC UA - Arbeitsgruppe für Echtzeit gegründet. Arhivat 6 decembrie 2018 pe Wayback Machine computer-automation.de, 13 aprilie 2015, abgerufen am 30. ianuarie 2017.
2. ↑ TSN - Time-Sensitive Networking  (germană) . www.autlook.at (noiembrie 2015). Data accesului: 30 ianuarie 2017. Arhivat din original pe 2 februarie 2017. Arhivat pe 2 februarie 2017 la Wayback Machine
3. ↑ Rockwell Automation schließt sich der OPC UA Time-Sensitive-Networking Initiative an  (germană) (27.04.2018). Preluat la 27 aprilie 2018. Arhivat la 24 iunie 2018 la Wayback Machine
4. ↑ Shapers Advancing OPC UA TSN: Drumul către interoperabilitate  (Eng.) (29.01.2018). Data accesului: 30 ianuarie 2018.
5. ↑ OPC UA TSN | Grundsteinlegung für Industrial IoT und Industrie 4.0  (germană) . technik-medien.at (27 noiembrie 2016). Preluat la 30 ianuarie 2017. Arhivat la 4 decembrie 2017 la Wayback Machine
6. ↑ Fundația OPC La inițiativa OPC UA, inclusiv TSN, anunțată de Fundația OPC pe 5 noiembrie, i s-au alăturat deja mulți furnizori importanți de automatizări industriale  ( 27 noiembrie 2018). Preluat la 4 decembrie 2018. Arhivat la 5 decembrie 2018 la Wayback Machine
7. ↑ Grupul de lucru IEEE 802.1 IEEE802  . Preluat la 4 decembrie 2018. Arhivat la 14 decembrie 2018 la Wayback Machine
8. ↑ TSN: Einsatz im Automobil könnte Kosten entscheidend senken  (germană) . wirautomatisierer.de (16 iulie 2016). Preluat la 30 ianuarie 2017. Arhivat la 6 decembrie 2018 la Wayback Machine
9. ↑ Echtzeitfähig: OPC UA mit TSN  (neopr.) . - S. 26-27.
10. ↑ Meinrad Happacher Vom Sensor bis in die Cloud  (germană) . computer-automation.de (27 aprilie 2016). Preluat la 30 ianuarie 2017. Arhivat la 6 decembrie 2018 la Wayback Machine
11. ↑ Industrial Internet Consortium Time Sensitive Networking (TSN  ) . Preluat la 4 decembrie 2018. Arhivat la 5 decembrie 2018 la Wayback Machine
12. ↑ D. Bruckner, R. Blair, MP. Stanica, A. Ademaj, W. Skeffington, D. Kutscher, S. Schriegel, R. Wilmes, K. Wachswender, L. Leurs, M. Seewald, R. Hummen, EC. Liu, S. Ravikumar OPC UA TSN. O nouă soluție pentru comunicare industrială . Preluat la 4 decembrie 2018.   Arhivat la 22 ianuarie 2021 la Wayback Machine
13. ↑ Smart Industry Forum OPC UA TSN: Un pas mic pentru omenire, dar un salt uriaș pentru industrie!  (engleză) . Preluat la 5 decembrie 2018. Arhivat la 5 decembrie 2018 la Wayback Machine
14. ↑ Rockwell Automation Rockwell Automation se alătură efortului industriei privind rețelele OPC UA sensibile la timp  . Preluat la 5 decembrie 2018. Arhivat la 5 decembrie 2018 la Wayback Machine
15. ↑ 1 2 Fundația OPC Fundația OPC extinde OPC UA inclusiv TSN până la  nivel de câmp . Preluat la 5 decembrie 2018. Arhivat la 5 decembrie 2018 la Wayback Machine
16. ↑ Fundația OPC Fundația OPC alege trei membri noi în Consiliul său de  administrație . Preluat la 5 decembrie 2018. Arhivat la 5 decembrie 2018 la Wayback Machine
17. ↑ Fundația OPC Jucătorii majori din industria de automatizare se alătură OPC UA, inclusiv inițiativa TSN  . Preluat la 5 decembrie 2018. Arhivat la 5 decembrie 2018 la Wayback Machine
18. ↑ ESPG EASY LINE INTEGRARE CU POWERLINK ȘI OPC UA TSN  (germană) . Preluat la 5 decembrie 2018. Arhivat la 21 decembrie 2018 la Wayback Machine

Link -uri

• Site-ul oficial al Fundației OPC
• Grup de activități de rețea care necesită timp
• Prototipuri de echipamente industriale cu tehnologie TSN de la Industrial Internet Consortium
• OPC UA TSN: o nouă soluție pentru comunicații industriale (în engleză)