开放的标准驱动工业物联网的发展——OPC UA+TSN 、MQTT、PackML

摘要

工业运动控制最重要的标准之一是可互操作通信的开放网络标准。

在连接更紧密的世界中，机器制造商和最终用户发现，“智能”机器的数字部分越来越复杂，处理这些数据变得越来越具有挑战性。行业趋势集中在模块化连接的机器、工业物联网(IIoT)、即插即用、数字双胞胎、数字工厂等主题上。运动控制应用的开发以及行业本身，正在迅速变化。

未来，制造业快速发展，为了取得成功并满足制造商日益增长的期望，原始设备制造商(OEM) 面临着标准化通信和互操作性所带来的挑战。最终用户正在从不同的机器制造商购买机器，并处理不同的控制平台和现场总线，以及相关的工业网络问题。由于机器需要相互连接才能建造生产线，因此它们也应该连接到云端。

当公司从OEM 厂商A 处购买一台机器，从OEM 厂商B 购买另一台机器时，人们期望机器应该易于通信，而不需要实施大量工程才能实现通信。对最终用户和机器制造商来说，智能工业网络可以实现高效、快速的实施，并能促进基于数据的运营优化。

在推动IIoT 发展方面，以下标准正在发挥巨大的影响力。开放应用程序编程接口(OPI)的最新进展值得关注，包括以下可以提高互操作性的标准和协议。

OPC UA 和TSN

任何实施基于云解决方案的机器制造商或OEM 厂商，都将在开放平台通信(OPC) 基金会及其统一架构(UA) 规范中快速运行。OPC UA 于2008 年发布，是可扩展的开放式平台技术，随着制造业开始探索更多面向服务的架构，该技术可实现更好的安全性和数据建模。随着机器层面数据生成量的增加，网络架构不得不随之增长和变化。标准以太网和工业以太网的容量和性能可能跟不上发展的需要。OPC UA TSN 于2018 年发布，为基于开放标准的工业自动化提供了与供应商无关的通信基础设施。

OPC UA 映射到IEC TSN，可实现不同机器、控制器、云和其它信息技术解决方案之间的“实时”( 或接近实时) 的通信。这些规范所创建的整体通信基础设施，可能是最接近于任何人所看到的——这种演变将影响未来运动控制机器的设计和开发。

MQTT

OPC UA TSN 是一种可以指导整个系统的广泛协议，而消息队列遥测传输（MQTT）则是一种更轻量级的协议，允许两个应用程序相互通信。MQTT 通常在一个产品中实施。例如， MQTT 允许传感器或驱动器从产品中提取信息并将其发送到云端。MQTT 被认为是一种基本的工业物联网(IIoT) 消息传递协议，并于2016 年获得批准并被全球接受为 ISO/IEC 标准(20922)。因此， MQTT 经常被用于较大系统标准的一部分。

OMAC PackML

机器自动化和控制组织(OMAC) 是由最终用户、原始设备制造商、机器制造商、系统集成商和技术提供商组成的团体。最初，OMAC的一些目标是缩短交付时间、最大限度地利用可用资源、提高整个行业的盈利能力，同时允许每个组织保持竞争优势。

OMAC 的核心措施包括 PackML( 又名ISA-TR88)，这是一个专注于工业自动化的技术标准。PackML 最初于2002 年在美国发布，通过使机器模式、状态和标记命名规范保持一致，来简化不同机器的集成，并标准化硬件到软件的通信。

利用最新版本的ISA-TR88.00.02，OMAC 正在通过开发 OPC UA 的配套规范，帮助推进支持IIoT 所需的标准化通信协议。

单一供应商生态系统的终结？

这是否会结束客户在一个供应商生态系统内购买全部产品的习惯？

虽然大公司可以建立自己的协议，但这并不能很好地服务于最终客户。当机器制造商或OEM 厂商需要系统外的东西时，就会出现因为标准不开放而导致的问题。很少有公司能提供一切。

在IIoT 时代，当涉及到运动控制系统和服务时，领先的机器制造商、OEM 厂商和制造商，寻求能够执行和高效提供全面数据的硬件和软件，从而为远程和预测性维护、停机时间和状态监控、性能可视化和数字资产管理提供动力。

通过开放的行业标准和协议，可实现完整的云连接和完整的通信网络，从而解锁下一代技术并维护专有组件的完整性。

在不久的将来，预计OEM 厂商将需要花费机器开发时间的50% 到60% 来专注于软件需求。这将是一个很大的变化，特别是对较小的、传统的机器制造商来说。使用标准化软件和统一的开放协议，可以帮助他们应对挑战，并加快机器上市的速度。

关键概念：

■ 运动控制标准、IIoT 自动化标准和协议有助于工业运动控制。

■可互操作的网络通信是运动控制的关键。运动控制OEM厂商和最终用户受益于标准。

思考一下：

机器之间可互操作的通信，使系统集成和IIoT 通信变得更容易; 你们的供应商支持吗？