趨勢(shì)洞察｜基于TSN的融合網(wǎng)絡(luò)的四大優(yōu)勢(shì)
發(fā)布時(shí)間：2023-11-15 來源：控制工程網(wǎng)
本文圖片來源：CEChina
工業(yè)通信協(xié)議正在不斷改進(jìn)和增強(qiáng)新的功能，以為最終用戶提供改進(jìn)數(shù)據(jù)采集和獲取新數(shù)據(jù)源的途徑。
訪問設(shè)備是詢問設(shè)備以獲取數(shù)據(jù)時(shí)面臨的最后一個(gè)挑戰(zhàn)。工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)通常將設(shè)備與控制網(wǎng)絡(luò)隔離，以幫助最大限度地提高性能和可靠性。然而，這些隔離網(wǎng)絡(luò)限制了訪問數(shù)據(jù)的能力，要求控制器成為控制設(shè)備有限數(shù)據(jù)的代理。電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器等控制設(shè)備的功能越來越強(qiáng)大，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也越來越多。運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)對(duì)資產(chǎn)管理很有價(jià)值；周期數(shù)據(jù)對(duì)生命周期監(jiān)控也非常有價(jià)值。
在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程和調(diào)試時(shí)，雖然其中一些數(shù)據(jù)是可用的，但工業(yè)通信協(xié)議正在改進(jìn)，為訪問新的數(shù)據(jù)源開辟了途徑，這些數(shù)據(jù)源在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可用，而不僅僅是通過配置軟件獲得。
01 TSN有利于控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集
2018年，以太網(wǎng)通過時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）規(guī)范獲得增強(qiáng)。TSN提供設(shè)備時(shí)鐘同步、流量?jī)?yōu)先級(jí)和流量整形功能。這使設(shè)備能夠協(xié)調(diào)其通信調(diào)度，搶占流量，并中斷大型傳輸，以穿插更高優(yōu)先級(jí)的消息。這種功能組合使以太網(wǎng)能夠應(yīng)用于最苛刻的通信領(lǐng)域之一，即控制器和運(yùn)動(dòng)控制所需組件、以及其它設(shè)備之間的通信。
以太網(wǎng)最初的優(yōu)勢(shì)包括低成本布線、易用性和靈活的架構(gòu)。對(duì)于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備，真正的優(yōu)勢(shì)是從已經(jīng)受控的元件上直接訪問數(shù)據(jù)。
TSN提供的核心優(yōu)勢(shì)是確定性和融合。確定性是支持工廠車間時(shí)間關(guān)鍵型通信的基礎(chǔ)，并通過最大限度地減少延遲和抖動(dòng)來確保數(shù)據(jù)交付。融合使公司可將不同流量類型合并到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，而不會(huì)影響車間通信的性能。這對(duì)于共享運(yùn)營(yíng)見解，從而提高整個(gè)企業(yè)的過程透明度至關(guān)重要。這種數(shù)據(jù)訪問可用于獲得見解，以優(yōu)化制造設(shè)備、設(shè)施和整個(gè)組織。
由于TSN是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的擴(kuò)展，它還可以與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行互操作。因此，它可以與現(xiàn)有設(shè)備一起使用，從而減少系統(tǒng)投資。來自多家供應(yīng)商的支持TSN的交換機(jī)，能夠?qū)⒏咝阅芰髁糠侄我钥刂凭W(wǎng)絡(luò)，同時(shí)繼續(xù)允許后臺(tái)“合并”流量用于數(shù)據(jù)采集。
02 融合網(wǎng)絡(luò)的四大優(yōu)勢(shì)
合并流量意味著無法共存的協(xié)議的組合，例如簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）和其它非確定性通信，如數(shù)據(jù)或視頻流量所需的通信。我們會(huì)見到很多協(xié)議的共存，如OPC UA、EtherNet/IP、Profinet、SLMP和任何形式的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)流量。
融合網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)采集具有四大優(yōu)勢(shì)：
1. 以前為確保確定性能而被隔離在控制網(wǎng)絡(luò)之外的控制設(shè)備，現(xiàn)在可以被尋址，并可被其他應(yīng)用訪問，以用于高級(jí)分析和數(shù)字孿生。
2.設(shè)備正變得越來越智能和復(fù)雜。這些都需要管理，并且可以通過連接來實(shí)現(xiàn)。
3.通過使用通用網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化了架構(gòu)，改進(jìn)了部署。
4.通過簡(jiǎn)化架構(gòu)，減少故障檢修和成本。
▲圖：融合網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)包括從隔離設(shè)備、托管設(shè)備獲得數(shù)據(jù)分析、改進(jìn)部署和更簡(jiǎn)單的架構(gòu)等。
03 利用TSN改進(jìn)數(shù)據(jù)可訪問性
基于TSN的以太網(wǎng)能夠開發(fā)和使用更智能的機(jī)器，提供更多的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。增加新的數(shù)據(jù)采集功能將帶來更多競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
TSN從根本上增強(qiáng)了以太網(wǎng)的功能。領(lǐng)先的技術(shù)供應(yīng)商已經(jīng)提供了以太網(wǎng)輸入/輸出（I/O）芯片組和固件，以便開發(fā)基于TSN的新設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施組件。很多自動(dòng)化供應(yīng)商已經(jīng)在其產(chǎn)品中采用了這些組件，包括可編程邏輯控制器 (PLC)、I/O和運(yùn)動(dòng)控制。概念驗(yàn)證已經(jīng)展示好幾年了，運(yùn)動(dòng)控制確定性達(dá)到新的水平，直接提高了產(chǎn)品質(zhì)量。現(xiàn)在，用戶可以在同一條線路上集成視頻和確定性控制通信。
這一技術(shù)趨勢(shì)為機(jī)器設(shè)計(jì)師和制造商提供了許多商業(yè)機(jī)會(huì)。選擇具有TSN功能的產(chǎn)品，機(jī)器設(shè)計(jì)師可以增加其市場(chǎng)占有率并獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
機(jī)器設(shè)計(jì)師可以從領(lǐng)先的供應(yīng)商那里選擇產(chǎn)品，來設(shè)計(jì)基于TSN的解決方案。得益于軟件和簡(jiǎn)單的硬件修改，可以更新現(xiàn)有的工業(yè)控制系統(tǒng)以支持這些優(yōu)勢(shì)。
工業(yè)通信需要面向未來，并實(shí)現(xiàn)更高水平的性能。機(jī)器設(shè)計(jì)師和制造商應(yīng)該跳出框框思考，盡早應(yīng)用這項(xiàng)新技術(shù)，以獲得明確和可衡量的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。他們需要立即采取行動(dòng)，提供與TSN兼容的產(chǎn)品，或升級(jí)具有TSN功能的現(xiàn)有機(jī)器。這樣，他們就可以幫助客戶創(chuàng)建未來工廠，同時(shí)在快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)中提高競(jìng)爭(zhēng)力。
組織不需要將整個(gè)企業(yè)轉(zhuǎn)換為TSN。它有自己的位置，在需要性能和數(shù)據(jù)可訪問性的功能孤島中。TSN將這些孤島通過交換機(jī)連接到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，將兩個(gè)世界有效地結(jié)合在一起。企業(yè)不需要在整個(gè)工廠范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換為 TSN。它有自己的用武之地，在需要性能和數(shù)據(jù)可訪問性的功能孤島。這些 TSN 島嶼可通過交換機(jī)與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)橋接，將兩個(gè)世界簡(jiǎn)潔有效地連接起來。（作者 | Thomas Burke）
關(guān)鍵概念：
■ 了解運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)對(duì)資產(chǎn)管理的價(jià)值以及周期數(shù)據(jù)對(duì)生命周期監(jiān)控的價(jià)值。
■ 了解基于TSN的以太網(wǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)，以及它們?nèi)绾胃倪M(jìn)數(shù)據(jù)采集。
思考一下：
基于TSN的以太網(wǎng)如何滿足數(shù)據(jù)采集需求？