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自2018年11月推出两年后，OPC基金会现场级通信(FLC)计划已经完成了基于OPC UA现场交换(UAFX)的初始候选版本CONTROL ENGINEERING China版权所有，可用于"控制器到控制器"的通信应用。这标志着通过Ethernet-APL和TSN等关键技术，OPC UA作为标准化的现场级工业互操作性解决方案的重要里程碑。
FLC计划发表了一份40页的技术论文，详细介绍了将OPC UA扩展到现场层的技术方法和基本概念，以满足工厂和过程自动化的各种要求和用例。
截至2021年3月，FLC计划已有27家公司参与，包括全球领先的自动化制造商www.cechina.cn，已加入该计划的指导委员会，为其提供资金、人员和技术知识的支持。共同目标是将OPC UA的范围扩展到现场层，并使OPC UA成为工厂和过程自动化中统一、一致的通信标准（图1）。在向所有OPC基金会成员开放的技术工作组中，来自60多家公司的300多名专家，正在努力开发适用的概念和规范。
控制器到控制器的原型
虽然有COVID-19疫情的限制，但在过去的一年里，第一版规范的相关工作进展顺利。控制器到控制器（C2C）用例的基本概念已经形成，并纳入了第一版规范草案。第一个候选版本已于2020年11月完成，并已实施原型以验证规范草案。工作组正在制定测试规范，这些规范正被转换为OPC UA合规性测试工具（UACTT）的测试用例。
图1：OPC UA可以作为一个集成的通信解决方案运行到现场层级。本文图片来源：OPC基金会
在规范的第二个版本中，已经开发的概念被扩展到控制器到设备(C2D)和设备到设备(D2D)的用例中，因此OPC UA可以用作跨所有自动化层的统一和一致的通信方式（图2）。这开辟了新的可能性，特别是在不同的工业4.0应用场景以及信息技术(IT)和运营技术(OT)融合的应用中。
现场层通信：系统架构
FLC计划指定的扩展是基于OPC UA框架(IEC 62541)，它实现了安全可靠、独立于制造商和平台的信息交换（图3）。控制器和现场设备都支持面向连接的客户端/服务器通信模型和发布/订阅扩展模式，由于现场对灵活性、效率和确定性的需求，这对于现场通信是必不可少的。
除此之外，还使用了OPC UA中指定的安全机制，其中包括身份验证。身份验证涉及数据签名和传输加密，可用于客户端/服务器和发布/订阅通信关系。
FLC计划的初始候选版本于2020年11月完成，由4个子规范（OPC UA Parts 80-83）组成，侧重于控制器到控制器通信，通过点对点连接和基本诊断来交换过程和配置数据：
图2：图中显示了OPC UA的用例以及现场层的扩展（控制器到控制器C2C、控制器到设备C2D和设备到设备D2D）。
● 第80部分(OPC 10000-80)包括介绍并概述了扩展OPC UA以与/在现场进行通信的基本概念。
● 第81部分(OPC 10000-81)指定了控制器和现场设备（自动化组件）的基本信息模型以及通信概念，以满足工厂和过程自动化的各种用例和要求。
● 第82部分(OPC 10000-82)描述了网络服务，例如拓扑检测和时间同步。
● 第83部分(OPC 10000-83)描述了使用描述符和数据包进行离线工程交换信息所需的数据结构。
支持TSN、APL和5G的OPC UA
OPC UA框架与传输无关，可与各种底层通信协议和传输物理一起使用。在将OPC UA扩展到工厂和过程自动化中的所有用例和要求的过程中，Ethernet-APL和TSN被OPC基金会视为其战略的重要组成部分，是创建可扩展的工业互操作解决方案愿景的一部分。
使用TSN可以促进建立在OPC UA之上的确定性数据传输www.cechina.cn，这对于要求苛刻的自动化应用是必不可少的。此外，TSN允许使用标准化硬件和公共网络基础设施，来运行不同的应用和协议。这使融合的工业自动化网络得以实施，其中的各种IT和OT协议可以共存。
FLC工作组正在研究，哪些TSN标准应强制用于基于OPC UA的终端设备和基础设施组件，以满足对性能、灵活性和易用性的特定要求。OPC基金会已明确承诺支持IEC/IEEE 60802工作组正在开发的TSN-IA（工业自动化）配置文件。为此，OPC基金会已与标准化机构IEC SC65C和IEEE 802.1签订了合作协议。
Ethernet-APL描述了专为过程工业要求而开发的以太网物理层。Ethernet-APL支持长距离高速数据传输、通过公共双绞线电缆提供能量和数据，以及在危险区域安全使用的保护措施。Ethernet-APL可用于在过程工业中启用OPC UA和其它基于以太网的协议。OPC基金会于2020年6月加入Ethernet-APL项目，与其它非营利组织和各工业伙伴一起合作开发和推广APL。
通过OPC UA进行的数据交换，不局限于有线或无线以太网通信。支持5G移动通信标准是OPC基金会的发展计划之一。5G映射将无缝集成到现有的OPC UA架构中CONTROL ENGINEERING China版权所有，因此OPC UA FLC计划的所有协议和配置文件的扩展，都可以通过以太网、TSN以及未来的5G使用。
图3：基于OPC UA的系统架构可以包括现场层的扩展。
工业自动化互操作性
OPC UA框架(IEC 62541)与FLC计划规定的现场层扩展控制工程网版权所有，结合APL、TSN和5G等底层通信标准，提供了一个完整、开放、标准化和可互操作的解决方案。它满足工业通信要求，并实现了从现场到云端的一致性和语义互操作性（图4）。通过这种方法，使用各种OPC UA配套规范可以在数据源处使用标准化语义提供信息。
图4：显示了从传感器到云的与OPC UA的语义互操作性。
考虑使用APL电缆时，流量计提供标准化的"OPC UA流量测量数据"的情况。当伺服驱动器被集成到一个具有以太网TSN的机器网络中时，伺服驱动器可以处理标准化的 "OPC UA驱动设定值"，并提供标准化的"OPC UA实际驱动值"。 （作者：PeterLutz）
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