Testes iniciais mostraram que o OPC UA sobre o TSN é em média 18 vezes mais rápido que as soluções de comunicação industrial existentes, levando algumas pessoas do setor a pensar se esse salto dramático é realmente necessário. Para chegar a raiz desta questão, conversamos com um dos principais especialistas da nova tecnologia: Dietmar Bruckner.
Sr. Bruckner, você vê uma real necessidade de um protocolo de comunicação com o desempenho do OPC UA sobre TSN?
Bruckner: É verdade que hoje não temos aplicações que exijam 18 vezes o desempenho dos protocolos ethernet industriais existentes. No entanto, minha resposta à sua pergunta é um retumbante "sim".
OK, você se importaria de esclarecer isso para nós?
Bruckner: Você provavelmente poderia sobreviver por mais dois ou três anos apenas fazendo melhorias incrementais nos protocolos existentes, mas isso seria míope. Com o sucesso do OPC UA, a comunicação industrial está atualmente experimentando a maior agitação desde o advento dos barramentos de campo. Se observarmos o tempo de vida típico dos sistemas fieldbuses e protocolos Ethernet industriais, podemos esperar trabalhar com o OPC UA sobre o TSN por várias décadas.
Quais são as implicações disso em termos de desempenho?
Bruckner: Para torná-lo um investimento seguro para o futuro, que se pague a longo prazo, o protocolo precisa ser equipado para atender a 20 anos de evolução dos requisitos de desempenho. Ninguém quer se comprometer tanto para definir um novo padrão que terá de ser reformulado fundamentalmente em apenas cinco anos. É por isso que estamos tão comprometidos em tornar o OPC UA sobre TSN o mais poderoso possível desde o início.
Sobre o entrevistado
Dietmar Bruckner publicou quase 100 artigos científicos e possui várias patentes no campo da comunicação industrial em tempo real. Ele é um membro ativo de vários comitês de padronização e grupos de trabalho - incluindo o IEEE e a Fundação OPC. Como especialista em automação na B&R, Bruckner é responsável por P&D na área de comunicação em tempo real.
Quando você fala sobre desempenho, o que você exatamente quer dizer?
Bruckner: É uma combinação de coisas, mas claramente um dos fatores mais importantes é o mais rápido tempo de ciclo que pode ser alcançado. Se a sua aplicação tiver apenas um pequeno número de nós de rede, você poderá obter tempos de ciclo muito curtos, mesmo com um protocolo Ethernet Industrial de 100 Mbit. No ritmo em que as coisas estão progredindo, no entanto, esperamos ver mais e mais plantas e máquinas com centenas ou milhares de nós de rede.
Quais os motivos disso?
Bruckner: Enquanto se esforçam para responder às demandas dinâmicas do mercado, os fabricantes de máquinas estão tornando suas máquinas mais inteligentes e mais flexíveis. E para fazer isso, eles estão usando mais sensores e atuadores do que nunca. Muitos deles estão diretamente integrados à rede da máquina como os chamados dispositivos inteligentes. Já vimos máquinas que sincronizam mais de 1.000 eixos. Esse é precisamente o tipo de situação em que a tecnologia atual começa a ver os tempos de ciclo aumentarem na caso dos milissegundos, e há muitos processos em que isso é muito lento. É por isso que precisamos de uma rede de máquinas poderosa e de alto desempenho.
TSN e o papel do IEEE
O Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) é responsável pela padronização de inúmeras tecnologias de comunicação global, incluindo Ethernet, WLAN e Bluetooth. A padronização IEEE garante que dois dispositivos possam se comunicar, independentemente de quem os fabricou.
A rede sensível ao tempo (TSN) estende o padrão Ethernet para incluir mecanismos para transmissão de dados em garantido tempo real. O IEEE incluiu as associadas funcionalidades como sub-padrões no padrão Ethernet IEEE 802.1. Como resultado, os dispositivos TSN de qualquer fabricante podem comunicar uns com os outros, em tempo real.
Qual o papel da largura de banda?
Bruckner: Para o usuário: um cada vez maior. Visão de máquina, análise de big data, manutenção preditiva - essas novas tecnologias geram enormes volumes de dados que podem rapidamente sobrecarregar os atuais sistemas de barramento de 100-Mbit. E há outro aspecto que não deve ser subestimado: Quanto mais aberta a rede, mais importante se torna manter os componentes em campo abastecidos com as mais recentes atualizações de segurança e correções do sistema operacional. Você só pode fazer isso se tiver a largura de banda necessária.
Como o OPC UA sobre TSN lida com essa crescente competição por largura de banda?
Bruckner: O TSN tem outra vantagem que entra em jogo aqui: esse é independente da largura de banda. O usuário tem acesso a toda a largura de banda do hardware Ethernet utilizado, seja essa de 1 Gbit/s, 2,5 Gbit/s ou, eventualmente, até maior que isso.
Não haveria uma maneira de fazer isso utilizando os sistemas de barramento de campo existentes?
Bruckner: Não, porque você não pode simplesmente compensar suas limitações escalando-os em 1 ou 10 Gbit/s. Os rígidos métodos de arbitragem de um sistema de barramento convencional com um mestre central e uma distribuição de ciclo fixa não permitem isso. Você deve se lembrar: a tecnologia fieldbus remonta à década de 1990. Ao planejar e administrar uma rede TSN, por outro lado, você pode se beneficiar dos mais modernos mecanismos de infraestrutura de TI. É por isso que o OPC UA sobre TSN é duas vezes mais rápido que o protocolo de barramento de campo Gigabit mais rápido.
Uma última pergunta: O OPC UA sobre TSN está realmente pronto para o grande momento? Há vozes dizendo que a padronização ainda está muito distante.
Bruckner: O OPC UA sobre TSN está completamente especificado e pronto para utilização. O IEEE concluiu o trabalho na 802.1AS-2020 em dezembro de 2019. Essa foi a última peça importante do quebra-cabeça do OPC UA sobre o TSN. E o padrão IEEE 802.1Qbv - o ponto principal para todos os assuntos que envolvem o desempenho do TSN - foi adotado em 2016. Em março de 2020, a B&R se tornou o primeiro fabricante a vender controladores fluentes em OPC UA sobre o TSN.