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上海工業自動化儀表研究院有限公司教授級高級工程師、PLCopen中國組織名譽主席彭瑜教授

毫無疑問，現場層在工業通信中最為特殊，連接的設備數量最多，連接的信號形形色色。從工業數字通信發展的歷史看，現場總線從上世紀70年代開始研究，到大規模投入應用幾乎花了二十年的時間，形成的局面卻是幾十種互不兼容的現場總線和工業以太網在爭奪市場，列入國際標準IEC 61158中就有二十余種。于是為了現場設備集成和互操作還需要專門開發像FDT、EDDL這樣的規范，使控制系統在需要集成多種現場總線/工業以太網時能夠支持相互間的數據交換。對于最終用戶來說只有接受這樣的現實，沒有別的選擇。

2018年OPC基金會的領導層高調宣稱，OPC UA將在Pub/Sub機制的基礎上開發延伸至現場層，把設備I/O、運動控制、安全等要求的通信全部納入，成為一種從云到現場通信的互操作平臺（見下圖）。這招致全球工業界一片叫好聲。在基金會公布的路線圖中，2019~2020年重點的任務是：解決OPC UA通信的確定性（將UA的Pub/Sub的傳輸映射到TSN中）以及解決流程工業和工廠自動化要求的現場通信。為此還專門成立了現場通信指導委員會（Field Level Communication Steering，FLC），參加委員會的包括各主要工業自動化的廠商。

實際的進展如何呢？在2019年將近年底的時候，德國一本專業的工業通信雜志刊登了曾擔任EtherCAT技術開發組織執行主任17年的Martin Rostan先生撰寫的文章，詰問“現場總線的戰爭結束了嗎？”他指出，到目前為止OPC UA只能支持控制器之間的通信，從控制器到現場的通信還要依賴現場總線/工業以太網。倍福和庫卡一直持這樣的立場，西門子、羅克韋爾自動化和三菱電機自動化也主張相同的路徑。他絕對不能想象這些公司會把他們的系統架構倒置，把他們的工業以太網技術PROFINET、EtherNet/IP和CC-Link IE作為犧牲放置在FLC的祭壇上。他還說，OPC TSN的方法基于7個IEEE 802.1的標準，由此又產生了7個附加的標準，僅僅IEEE 802.1Q這個標準就有2000頁。如果OPC UA延伸到現場通信，那么將來所有的有關現場的產品在測試時都要符合這7個標準。相比起來，現在的現場總線的標準要精益的多。言下之意是即使在技術上可行，但測試成本居高不下，產品也很難在市場上推廣。

我們知道把以太網單對雙絞線電纜延伸到現場層始于2011年汽車工業的推動。接著在流程行業中，在幾個最終用戶組織的催促鼓動下，由若干個解決方案供應商組成的小組開始了技術研究，目標是研發一種以太網先進物理層，既能適用于所有工業通信協議，又可解決長距離傳送，并可用于化工、石化等工業的易爆易燃的危險區。經過5年的研究證實了這一解決方案的可行性。接著在2018年，在FieldComm組織聯合ODVA、PI等組織的推動下，西門子、ABB、羅克韋爾自動化、橫河、E+H、P+F、KROHNE、菲尼克斯等一些儀表供應商和其他相關的廠商，組織了一個將以太網用于現場的計劃，推動了制定工業級的基于IEEE以太網標準的解決方案。其首要目的是將現場的各類傳感器/執行器及各種現場儀表和儀表裝置與基于IP的互聯網相聯接。目前進度是2019年IEEE標準委員會已經正式批準，接下來的工作重心轉移到IEC，要在2020年和2021年完成在危險區防護方法等標準和一致性測試標準，預計在2022年即可投入使用。實際上德國P+F等公司已經成功開發了相應的樣機和系統，就等相關的標準正式發布和進行相關的測試。經過幾年時間構筑這一技術的生態系統正在形成，囊括了從標準、網絡部署的電纜和接插件，到現場設備的試制到測試規范等，最終到在各行各業中應用，所有有關的項目都在緊鑼密鼓地進行中。

上述兩項與現場層通信相關的重要技術，在OSI 7層模型中后者是物理層，前者為應用層，都是為了適應智能制造、工業互聯網的急迫需求在迅速發展中。不過從工作的進展和有效性來說，OPC UA over TSN延伸到現場顯然還差火候，還需要做許多的工作。特別是如果不能找到技術的可行性和未來相關產品的經濟性之間的平衡，其市場前景還是難以預料的。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊