OPC UA TSN

OPC UA TSN nebo OPC UA přes TSN je  technologie přenosu dat v reálném čase , která kombinuje dva standardy: specifikace OPC UA definuje přenos dat v průmyslových sítích a technologie TSN popisuje provoz sítí, které vyžadují přísnou časovou synchronizaci a deterministické doručování dat. .

Společným použitím těchto standardů je možné zajistit interakci v reálném čase mezi zařízeními různých výrobců a také integrovat IT a OT ( anglicky ) systémy podniku, což je jeden z klíčových požadavků konceptu Průmysl 4.0 . [jeden]

Aplikace

Doposud probíhala komunikace uvnitř a mezi stroji v průmyslu prostřednictvím různých proprietárních komunikačních protokolů, jako je Profinet , EtherNet/IP , POWERLINK , EtherCAT , Profibus , Modbus nebo CAN . V tomto případě musí být pro přenos dat mezi zařízeními a součástmi od různých výrobců použity převodníky a brány. [2]

Čtvrtá průmyslová revoluce (také známá jako Průmysl 4.0 nebo Průmysl 4.0 ) zahrnuje síťování podnikových IT a OT systémů, ale vytvoření takové sítě je komplikováno přítomností mnoha různých protokolů. Proto je potřeba standardizovaný komunikační protokol pro bezproblémovou výměnu dat mezi zařízeními od různých výrobců od úrovně pole až po úroveň cloudu . Technologie OPC UA over TSN již byla implementována v pilotních projektech výrobců průmyslových zařízení jako 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 a Yokogawa . [4] [5] [6]

Použité technologie

Protokol OPC UA over TSN je založen na dvou klíčových technologiích:

• Specifikace OPC Unified Architecture definuje přenos dat v průmyslových sítích a interakci zařízení v nich.
• Technologie Time-Sensitive Networking ( TSN , ruská síťová interakce s přísnou časovou synchronizací ) je popsána ethernetovou skupinou standardů IEEE 802.1 [7] a umožňuje přenos dat přes standardní ethernetové sítě v reálném čase. Skupina standardů TSN zahrnuje:
  • IEEE 802.1AS-Rev/D2.0: Časování a synchronizace pro časově citlivé aplikace
  • IEEE 802.1CB: Replikace a eliminace rámců pro spolehlivost
  • IEEE 802.1Qbv : Vylepšení pro plánovaný provoz
  • IEEE 802.1Qci : Per-Stream Filtering and Policing (pravidla pro zpracování a filtrování datových toků)
  • IEEE 802.1Qcc: Vylepšení protokolu SRP (Stream Reservation Protocol) a vylepšení výkonu
  • IEEE 802.1Qbu: Frame Preemtion

Specifikace TSN se vyvíjí jako součást společného standardu Ethernet. Normu používá řada výrobců automobilů. [osm]

Vývoj OPC UA přes technologii TSN

Technologie OPC UA a Ethernet TSN se nadále vyvíjejí, aby vyhověly požadavkům průmyslové výroby. Hlavní úsilí směřuje k zajištění provozu technologie OPC UA v reálném čase . Komunikační parametry musí splňovat následující požadavky:

• Deterministické časování, jitter až 100 ns
• Doba cyklu v rozsahu 50 µs - 2 ms [9]

Navíc bylo nutné v rámci OPC UA implementovat možnost interakce podle modelu Publisher/Subscriber (angl. Publish/Subscribe). [deset]

Standard OPC UA zpočátku poskytoval pouze komunikaci klient/server . Klient zadá požadavek (Request) na nějaké informace a obdrží odpověď (Response) ze serveru. Tato architektura má omezení v sítích s velkým počtem uzlů. Architektura Publish/ Subscribe umožňuje komunikaci typu one-to-many a many-to-many. Server odesílá data do sítě (Publish) a může je přijímat každý klient (Subscribe). Rozšíření PubSub OPC UA umožňuje přenášet data pomocí transportního protokolu MQTT . Tento model interoperability v kombinaci s podporou TSN také umožnil použití technologie OPC UA v průmyslových aplikacích vyžadujících přísnou časovou synchronizaci. Technologie byla úspěšně testována v pilotních závodech organizacemi jako Industrial Internet Consortium a Labs Network Industrie 4.0 ( LNI ). [jedenáct]

Studie ukázaly, že technologie OPC UA přes TSN překonává stávající protokoly založené na průmyslovém Ethernetu 18krát. [12]

Historie vývoje OPC UA přes TSN

• Leden 2010: Standard 802.1Qav je přijat jako základ pro přenos dat v audio/video aplikacích ( AVB ).
• Listopad 2012: Rozsah protokolu byl rozšířen, AVB bylo přejmenováno na TSN.
• Listopad 2016: Iniciativa OPC UA TSN je založena za účasti výrobce síťových zařízení TTTech a výrobce automatizačních systémů B&R . Tyto společnosti jsou prvními zástupci skupiny developerských společností (eng. Shapers). [13]
• Duben 2017: Belden/Hirschmann a Phoenix Contact se připojují k vývojové skupině.
• Listopad 2017: Pilz, Hilscher a Wago se připojují k vývojářské skupině.
• Duben 2018: Rockwell Automation oznamuje svůj vstup do skupiny strojírenských společností. [čtrnáct]
• Listopad 2018: Nadace OPC popisuje mechanismus pro interakci s terénní úrovní pomocí technologie OPC UA přes TSN. [patnáct]
• Listopad 2018: ABB, Schneider a Rockwell se připojili k nadační radě OPC. [16]
• Listopad 2018: Představeno OPC UA nad řídícím výborem TSN pro terénní úroveň. Patří sem 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]
• Listopad 2018: Na SPS IPC Drives 2018 ( německy ) na stánku ESPG (Ethernet POWERLINK Standardization Group), demonstrační stánek pěti různých sítí POWERLINK s ovladači a disky od různých výrobců, které jsou mezi sebou přesně synchronizovány na základě OPC UA TSN technologie . [osmnáct]
• Listopad 2018: První funkční zařízení založené na technologii OPC UA TSN je představeno na SPS IPC Drives 2018.

Organizace

V listopadu 2018 OPC Foundation oznámila, že rozsah aplikací, kde bude OPC UA aplikován v kombinaci s technologií TSN, pokryje komunikaci na úrovni terénu. [15] Další práce skupiny developerských společností bude pokračovat v rámci Nadace OPC. OPC Foundation Council zahrnuje společnosti: ABB, Rockwell a Schneider Electric. Nadace OPC převezme funkce odborné komunity a bude podporovat další rozvoj a šíření technologie OPC UA TSN.

Poznámky

1. ↑ Günter Herkommer: OPC UA - Arbeitsgruppe für Echtzeit gegründet. Archivováno 6. prosince 2018 na Wayback Machine computer-automation.de, 13. dubna 2015, abgerufen am 30. ledna 2017.
2. ↑ TSN - Time-Sensitive Networking  (německy) . www.autlook.at (listopad 2015). Datum přístupu: 30. ledna 2017. Archivováno z originálu 2. února 2017. Archivováno 2. února 2017 na Wayback Machine
3. ↑ Rockwell Automation schließt sich der OPC UA Time-Sensitive-Networking Initiative an  (německy) (04/27/2018). Získáno 27. dubna 2018. Archivováno 24. června 2018 na Wayback Machine
4. ↑ Shapers Advancing OPC UA TSN: The road to interoperability  (Angl.) (01/29/2018). Datum přístupu: 30. ledna 2018.
5. ↑ OPC UA TSN | Grundsteinlegung für Industrial IoT und Industrie 4.0  (německy) . technik-medien.at (27. listopadu 2016). Získáno 30. ledna 2017. Archivováno 4. prosince 2017 na Wayback Machine
6. ↑ OPC Foundation K iniciativě OPC UA včetně TSN, kterou oznámila OPC Foundation 5. listopadu, se již připojilo mnoho významných dodavatelů průmyslové automatizace  ( 27. listopadu 2018). Získáno 4. prosince 2018. Archivováno 5. prosince 2018 na Wayback Machine
7. ↑ Pracovní skupina IEEE 802.1 IEEE802  . Získáno 4. prosince 2018. Archivováno 14. prosince 2018 na Wayback Machine
8. ↑ TSN: Einsatz im Automobil könnte Kosten entscheidend senken  (německy) . wirautomatisierer.de (16. července 2016). Získáno 30. ledna 2017. Archivováno 6. prosince 2018 na Wayback Machine
9. ↑ Echtzeitfähig: OPC UA mit TSN  (neopr.) . - S. 26-27.
10. ↑ Meinrad Happacher Vom Sensor bis in die Cloud  (německy) . computer-automation.de (27. dubna 2016). Získáno 30. ledna 2017. Archivováno 6. prosince 2018 na Wayback Machine
11. ↑ Průmyslové internetové konsorcium Time Sensitive Networking (TSN  ) . Získáno 4. prosince 2018. Archivováno 5. prosince 2018 na Wayback Machine
12. ↑ D. Bruckner, R. Blair, poslanec. 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. Nové řešení pro průmyslovou komunikaci . Získáno 4. prosince 2018.   Archivováno 22. ledna 2021 na Wayback Machine
13. ↑ Smart Industry Forum OPC UA TSN: Malý krok pro lidstvo, ale obrovský skok pro průmysl!  (anglicky) . Získáno 5. prosince 2018. Archivováno 5. prosince 2018 na Wayback Machine
14. ↑ Rockwell Automation Rockwell Automation se připojuje k průmyslovému úsilí o časově citlivé  sítě OPC UA . Získáno 5. prosince 2018. Archivováno 5. prosince 2018 na Wayback Machine
15. ↑ 1 2 OPC Foundation OPC Foundation rozšiřuje OPC UA včetně TSN až na  úroveň terénu . Získáno 5. prosince 2018. Archivováno 5. prosince 2018 na Wayback Machine
16. ↑ Nadace OPC Nadace OPC volí do své správní rady tři nové  členy . Získáno 5. prosince 2018. Archivováno 5. prosince 2018 na Wayback Machine
17. ↑ OPC Foundation Hlavní hráči z automatizačního průmyslu se připojují k OPC UA včetně iniciativy TSN  . Získáno 5. prosince 2018. Archivováno 5. prosince 2018 na Wayback Machine
18. ↑ INTEGRACE ESPG EASY LINE S POWERLINK A OPC UA TSN  (německy) . Získáno 5. prosince 2018. Archivováno 21. prosince 2018 na Wayback Machine

Odkazy

• Oficiální stránky OPC Foundation
• Time-Sensitive Networking Task Group
• Prototypy průmyslových zařízení s technologií TSN od Industrial Internet Consortium
• OPC UA TSN: Nové řešení pro průmyslové komunikace (v angličtině)