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貝加萊工業(yè)自動化（中國）有限公司技術(shù)傳播經(jīng)理宋華振

工業(yè)生產(chǎn)早期是以人力/畜力/水力等方式進(jìn)行傳動，而控制也基本上都是人工的，感知和控制都是由人的大腦來完成的。維納控制論和香農(nóng)信息論奠定了現(xiàn)代控制與通信的基礎(chǔ)，通過通信的“周期性”傳輸將物理對象的狀態(tài)反饋給系統(tǒng)，然后去不斷調(diào)整控制策略，這構(gòu)成了整個現(xiàn)代控制的基礎(chǔ)，那么通信就成了關(guān)鍵一環(huán)。隨即在流程工業(yè)出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，但是這個網(wǎng)絡(luò)主要在車間層而不是現(xiàn)場，現(xiàn)場層還是依賴于線纜的連接傳輸物理信號。而到了20世紀(jì)70年代有了總線技術(shù)，首先它是為了降低接線和系統(tǒng)配置診斷的工程成本，這個階段控制任務(wù)還是以主站為主。到了現(xiàn)場總線階段則可以實(shí)現(xiàn)分布式控制，從站具有了很強(qiáng)的本地執(zhí)行能力，然后進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)。到了實(shí)時(shí)以太網(wǎng)階段，由于時(shí)間粒度已經(jīng)降低到了微秒級，那么協(xié)同控制，即主站和主站間、主站/從站間的通信瓶頸被消除了，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制才能成為可能。這個中間總線主要是在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，各家總線為了軟件開發(fā)方便，也定義了各自的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，Microsoft也針對Windows系統(tǒng)與現(xiàn)場連接開發(fā)了OPC，包括流程領(lǐng)域FDT/DTM的規(guī)范，都是為了實(shí)現(xiàn)互操作層面的標(biāo)準(zhǔn)。

工業(yè)總線在ISO/OSI模型中通常還是由三層或五層結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，以考慮實(shí)時(shí)性問題。而到了近期，隨著智能制造、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需求，又需要解決車間、MES/ERP、數(shù)字孿生、人工智能、云平臺等與現(xiàn)場連接的通信難題，即周期性和非周期性能不能在一個網(wǎng)絡(luò)里傳輸，又需要解決語義互操作的跨平臺交互問題。這個時(shí)候，人們又回到當(dāng)時(shí)以太網(wǎng)初期階段，是否可以讓標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)有實(shí)時(shí)性呢？因此開始了TSN技術(shù)的開發(fā)。這一技術(shù)旨在借助于IT的廣泛性降低網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)成本，并由獨(dú)立于任何廠商的IEEE/IEC來發(fā)展產(chǎn)業(yè)共同的通信規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。在應(yīng)用層，原有的OPC只能針對Windows無法滿足要求，于是推出了統(tǒng)一架構(gòu)OPC UA，OPC UA不僅解決IT與OT的通信連接，還解決信息建模，這就為數(shù)字孿生、人工智能提供了模型，便于更為快速的實(shí)現(xiàn)優(yōu)化應(yīng)用，降低因此而需的工程集成成本。因此，工業(yè)通信的發(fā)展是一個不斷融合、簡化，并以用戶需求為導(dǎo)向的過程，滿足工業(yè)更為簡單的連接、更便利的工程集成、更為開放的訴求。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊