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统一架构标准加速IT与OT融合集成

2020-03-04e-works

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随着企业智能制造战略的深入,IT与OT的融合进程加速,OT厂商和IT厂商也开始重视统一架构标准的建设工作。随着TSN与OPC UA两大标准的发展,IT与OT融合的诸多问题将被逐一解决,打通“从计划层到执行层”的全业务流程数据,实现企业内部由上而下的业务纵向集成也水到渠成。
       随着智能制造战略的深入,推动企业的运营管理系统与制造执行系统的纵向集成与贯通已成为当前企业新的应用需求,也加速了IT与OT的融合进程。与此同时,OT厂商和IT厂商也开始重视统一架构标准的建设工作。
 
       IT与OT融合时常被作为重要的产业趋势,旨在通过两者的融合打通运营管理系统与制造执行系统之间的数据链路,将二者整合在一个统一的信息平台上,从而帮助企业提升在运营决策与制造执行等各方面的综合效益。
 
       然而,IT与OT融合并不容易,除了需要面对跨界投入不稳定、不确定的风险以及设备、人力等成本的挑战外,IT与OT本身所具备的特性也为二者融合设置了障碍。
 
       其一,支撑IT和OT的网络协议是不一样的。IT网络以通用的TCP/IP协议为主,如以太网、4G、5G、WIFI等,这些标准协议下的数据通信对实时性和可靠性要求均不高。OT网络以Profinet、POWERLINK、EtherCAT、Ethernet/IP、CC-Link IE等工业总线为主,不但实时性要求高,而且对可靠性要求更高。
 
       其二,IT与OT的数据采集特点和属性是不一样的。OT主要对温度闭环、运动控制、机器人等周期性数据进行采集,数据库是实时数据库和历史数据库相结合,这些场景中节点较多且单次采集数据量小,采用轮询机制解决“周期性”问题。IT系统并不是周期性采集数据,如ERP、OA等运营数据都是随机性读写和传输,采用的是关系型数据库,但节点数量不多且单次数据传输量较大。

OPC UA示意图

OPC UA示意图
 
       为解决IT与OT在网络协议标准以及数据采集方式上的差异,实现办公网络与工业网络的融入,近年来,基于OPC UA和TSN两大标准体系建设工作也在加速推进,OPC UA和TSN旨在解决两个方面的问题。
 
       其一,OPC UA统一架构提供统一的数据互联基础标准与规范,将Profinet、POWERLINK、EtherCAT、Ethernet/IP、CC-Link IE等不同标准的工业总线协议进行整合。目前各大标准拥有厂商正在依托OPC UA提供的基础信息模型重新定义自己的标准。其中Profibus、BACnet等协议正在映射到OPC UA以及垂直行业的特定协作。
 
       其二,为解决OT周期性数据传输与IT非周期性数据传输的问题。TSN基于MAC上SDN(软件定义网络)的思想对在该网段内的实时数据进行预先分配通道、预留通道,而其它非周期性数据则按照优先级,这两种模式混合进行的方式来进行数据在同一网络进行传输。
 
       在2019汉诺威工业博览会上,基于TSN与OPC UA构建的工业通信产品受到了业界的广泛关注。如德国赫优讯就展示了基于OPC UA TSN技术的工业通信产品。贝加莱公司推出用于融合实时网络的TSN机器交换机,可用于通过跨厂商通信解决方案OPC UA over TSN来建立网络。作为OPC UA标准的核心建设者,西门子将时间敏感网络(TSN)标准应用于以太网,从而在工业网络中实现预留带宽、服务质量(QoS)机制、低传输延迟以及多种协议(包括实时协议)的并行传输。
 
       现阶段一些主流的自动化厂商和顶级的IT公司如华为、Microsoft、CISCO等都成为了OPC UA的支持者,以及协会组织如OMAC、Euromap、Automation ML、ISA、FDT/DTM、MTConnect、BacNet。全球主要的现场总线基金会如PI、EPSG、ETG、SERCOSIII均积极支持参与OPC UA的融合与开发工作。德国工业4.0组织和美国工业互联网组织IIC均将OPC UA列为了实现语义互操作的标准规范。
 
       随着TSN与OPC UA两大标准的发展,OPC UA在水平方向将不同品牌的控制器设备进行集成。在垂直方向,TSN则实现设备到工厂再到云端的连接,推动IT与OT的融合。可以预见,在主流OT厂商和IT厂商均支持OPC UA和TSN的趋势下,IT与OT融合的诸多问题开始被逐一解决,打通“从计划层到执行层”的全业务流程数据,实现企业内部由上而下的业务纵向集成也水到渠成。
责任编辑:程玥
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