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TSN技术推动数字化制造

新功能重塑工业通信

-作者:CC-Link合作伙伴协会全球战略顾问Thomas Burke

时间敏感网络(TSN)是一种改变游戏规则的技术,可以极大地重塑工业通信和工厂运营。通过增强传统工业以太网的功能并提供新功能,TSN可以真正支持面向未来的数字制造。由于这种潜在的破坏性,企业现在应该实施TSN。

TSN是IEEE 802.1标准定义的一项创新技术,位于开放系统互连通信参考模型的第2层(数据链路)。最终通过设计使以太网具有确定性,从而提高数据传输的准确性和可靠性。

更准确地说,TSN及其创新确定性功能的两个关键支柱是不合标准的IEEE 802.1AS(时间敏感应用的定时和同步)和IEEE 802.1Qbv(调度流量的增强)。这些为提供确定性性能提供了基础。

更详细地了解TSN标准

第一个不合标准的IEEE 802.1AS最初基于IEEE 1588,即网络测量和控制系统的精确时钟同步协议标准。它通过确保所有网络设备都按照公共时间系统运行,支持网络中所有设备的同步,具有极高的准确性。此时间同步由网络时钟主机(也称为grandmaster)处理。这将以以太网数据包的格式向每个节点和网络内的时间感知系统发送时间信息。

因此,所有设备都按照相同的时钟运行,从而将可能导致数据传输延迟的时间漂移(抖动)的可能性降至最低。这与标准以太网上发生的情况有很大不同,在标准以太网中,每个设备都有自己的内部时钟,时间误差的累积可能导致不必要的抖动。

当所有设备都有一个共享的时间参考时,流量以可预测的方式在网络上传播。

IEEE 802.1Qbv利用IEEE 802.1AS创建的同步环境来建立有效的流量调度系统。这种不合标准的网络交换机提供了所谓的时间感知整形器(TAS),用于传输时间关键型数据,如运动和控制信息。因此,通过TAS可以对紧急和定期数据进行优先级排序,因为定期时间窗口(时隙)是基于时分多址模型创建的。在这些时间间隔内,只传输计划或保留的时间或任务关键型数据,不受任何干扰。

实际上,由于所有TAS和网络设备都是同步的,所以每个节点都知道何时可以发送和处理优先级数据。因此,发送和接收时间将在数据包的流量定义中安排。

决定论支持数据收敛

TSN标准可以通过防止网络过载来避免可能的数据丢失。此外,流量规划和由此产生的决定论有助于公司在一个网络上合并多种类型的流量。例如,在不影响性能的情况下,不仅可以将I/O和运动控制以及安全通信结合起来。事实上,公司还可以将来自照相机、条形码阅读器和打印机的其他以太网通信以及其他以太网协议集成到同一网络上。公司还可以通过简化网络体系结构和更好地利用其可用网络带宽来显著减少资本支出。简化且结构清晰的网络体系结构可以通过简化错误识别和消除来减少可能的停机时间。

此外,可以使用更灵活的基础设施。通过这种方式,可以轻松地从网络中添加或删除设备,并在支持不同配置理念的同时进行重新配置。此外,TSN技术提供的透明性和融合性可以帮助公司的不同部门访问不同级别的相关数据。这会对企业的生产力产生极其积极的影响。

数据驱动制造的核心是融合

增强的流程透明度和生产率可以进一步提高,因为公司可以利用TSN的功能来融合其信息技术(IT)和运营技术(OT)世界。因此,数字转型战略提供了数据驱动的见解,可以优化关键运营。

TSN的数据透明性和融合性使企业能够将IT和OT连接起来,从工业流程中提取更多数据,并通过越来越精确和智能的预测模型对其进行分析,以收集关于工厂运营的有意义的知识。这种深入的理解可以用来提高性能、生产率、效率和最终产品质量。

为了创建成功的工业物联网(IIoT)应用程序,IT和OT的合并在北美尤为重要,北美也是IIoT的早期采用者,并逐渐成为创新中心。实际上,该地区目前主导着全球IIoT市场。因此,为了保持竞争力,市场参与者应该开始支持TSN。

TSN通过融合OT和IT世界,提供必要的流程透明度。

最终,TSN可以支持创建支持数字制造应用的具有竞争力且不受未来影响的互联行业。更重要的是,该技术具备了与新的、潜在优势创新(如5G)的兼容性。因此,公司现在应该考虑在其设施内实施TSN,为工业通信的未来做好准备,同时满足当前的需求。

企业应该考虑采用TSN的一个关键解决方案是CC-Link IE TSN,第一个工业以太网,除了千兆带宽之外,还具有TSN功能。这已经提供了一系列兼容设备,并提供了一个全面的开发生态系统,支持多种行业标准开发选项。通过采用CC-Link IE TSN,公司可以依靠经验证的技术,通过支持行业4.0框架的最新产品和应用程序,充分发挥TSN的潜力及其创新能力。

有关更多信息,请访问https://am.cc-link.org/en/index.html.

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