openSAFETY基礎(chǔ)引導(dǎo)（一）

由ESPG引入的openSAFETY，是世界上第一個(gè)100%開源的安全協(xié)議。它不僅在法律層面上是開放的，在技術(shù)層面上也是。由于該協(xié)議獨(dú)立于總線，openSAFETY可以應(yīng)用于任何現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的方案中，甚至用于特殊定制的協(xié)議方案中。
•亮點(diǎn)
openSAFETY是第一個(gè)開源、獨(dú)立于總線的安全標(biāo)準(zhǔn)，適用于所有工業(yè)以太網(wǎng)方案。
對于在任何數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議上openSAFETY的實(shí)施，EPSG都將提供積極支持，同時(shí)也提供認(rèn)證和一致性測試。
該經(jīng)過TÜV認(rèn)證的協(xié)議棧確保了對該技術(shù)的投資是絕對安全的。
•一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，適用于所有現(xiàn)場總線
•從站間直通信（cross communication）使生產(chǎn)力最大化
•研發(fā)、維護(hù)時(shí)間進(jìn)一步減少
•自動(dòng)的安全參數(shù)化
•完全符合機(jī)器的安全模塊化思想
•完整的開源解決方案
•最穩(wěn)健的IEC 61508 SIL3通信方案
•無風(fēng)險(xiǎn)，TÜV認(rèn)證的一致性測驗(yàn)
•完全適用背板總線
•傳輸層和應(yīng)用層
標(biāo)準(zhǔn)OSI模型是當(dāng)今應(yīng)用最普遍的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的模型，它是層級式結(jié)構(gòu)的，有7層。根據(jù)規(guī)則，每層處理相應(yīng)任務(wù)。這里最基礎(chǔ)的、最底層的是物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，也可以將二者一同叫做物理層。它們定義了物理接口的傳輸媒介，也提供發(fā)送端和接受端之間是否建立了連接的檢測。以太網(wǎng)僅明確了這兩個(gè)底層。
第三、四層也被叫做傳輸層，負(fù)責(zé)處理時(shí)序、數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪壿嬳樞蛞约皵?shù)據(jù)的應(yīng)用屬性（data attribution to applications）。
這四層包含的都是面向傳輸?shù)姆?wù)，所做的只是建立應(yīng)用數(shù)據(jù)的傳輸媒介。應(yīng)用數(shù)據(jù)本身屬于上層。
上層包括會話層和表示層。這二者經(jīng)常與應(yīng)用層合在一組，因?yàn)槌绦蚨际侵苯釉L問他們?nèi)叩?。會話層管理不同?yīng)用程序之間數(shù)據(jù)交換的組織方式和同步。比如，如果一個(gè)連接被中斷，該層的服務(wù)便確保在連接再次建立之后，通信會在斷點(diǎn)處繼續(xù)。
第六層，表示層將去掉不同系統(tǒng)表達(dá)方式上的差別，也確保翻譯的語義上的正確性。還有其他諸如數(shù)據(jù)壓縮、加密的功能。
最頂層是應(yīng)用層。沒有嚴(yán)格任務(wù)或任務(wù)范圍上的定義。它為各種應(yīng)用程序提供OSI模型范疇之外的服務(wù)。
在OSI模型的啟發(fā)之下，下圖表達(dá)了openSAFETY只定義了協(xié)議棧中的高層、應(yīng)用向的層。

該層中嵌入的安全機(jī)制能夠保證，在安全度敏感的應(yīng)用中，負(fù)載數(shù)據(jù)的安全編碼和解碼。
為描述方便，圖示中的藍(lán)色區(qū)域覆蓋了所有傳輸向的第二到六層。傳輸媒介的選擇，更具體的說，某種特定數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的選擇是無所謂的。

二、安全的投資
用戶怎樣受益于openSAFETY的
“競爭有益于發(fā)展”，這幾乎是真理。健康的競爭會刺激持續(xù)的產(chǎn)品質(zhì)量和效率的提高。然而安全向的軟硬件產(chǎn)品的開發(fā)是一個(gè)特例，因?yàn)槭袌鼋?jīng)濟(jì)下的制造者都面對該類型產(chǎn)品的高投資風(fēng)險(xiǎn)：相當(dāng)大的投入，而銷售潛力卻相對較小。所以，自動(dòng)化領(lǐng)域早就急切需求一個(gè)統(tǒng)一、通用的安全協(xié)議，也就是一個(gè)能夠給制造者為未來安全向產(chǎn)品開發(fā)以堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的安全協(xié)議。
openSAFETY標(biāo)志著此類標(biāo)準(zhǔn)的首次引入，而且任何人都可以免費(fèi)使用。

上圖示意了隨著開發(fā)復(fù)雜度的增加，投資風(fēng)險(xiǎn)也在增加

1.過去的投入和成本
通信系統(tǒng)中不斷上漲的開發(fā)成本
簡單回顧基于總線的自動(dòng)化歷史或許有益于理解投資風(fēng)險(xiǎn)與不斷膨脹的復(fù)雜度之間的正向關(guān)系。
在現(xiàn)場總線引入的十年后，市場上充斥著相互競爭的不同系統(tǒng)。對于該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的爭奪戰(zhàn)就此展開。今天，工業(yè)行家將這段時(shí)期稱為“現(xiàn)場總線之戰(zhàn)”。IEC61158的引入表面上結(jié)束了爭奪。然而它仍是一個(gè)弱勢的妥協(xié)的產(chǎn)物，因?yàn)樗鼪]有帶來整體上的系統(tǒng)兼容性。不過值得注意的是第一代總線的開發(fā)成本相對較低，而市場潛力較大。
工業(yè)以太網(wǎng)中以太網(wǎng)技術(shù)的加入標(biāo)志了一個(gè)新階段。至少人們都以為一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)到來。然而，隨著不同生產(chǎn)者在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性能時(shí)候選擇的方法迥異，接下來又是現(xiàn)場總線之戰(zhàn)。最終大概六七個(gè)系統(tǒng)占據(jù)主要地位：Profinet, Modbus-TCP, EtherNet/IP, 它們都提供軟實(shí)時(shí)；POWERLINK, EtherCAT, SERCOS III, 它們提供硬實(shí)時(shí)。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線相比，開發(fā)工業(yè)以太網(wǎng)的成本有一定的增加．但市場潛力沒有成正比增加。

openSAFETY為整條生產(chǎn)線構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的安全標(biāo)準(zhǔn)，而與具體控制系統(tǒng)制造商和所使用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)無關(guān)。因此，獨(dú)立于總線的openSAFETY標(biāo)準(zhǔn)降低了成本，還有開發(fā)周期。