|
Останніми роками
чутливі до часу мережі (Time Sensetive Networks) перескочили зі
сторінок академічних журналів до практичних застосувань у реальному
світі. Компанії, які хочуть скористатися перевагами цієї захоплюючої
технології, повинні розуміти потреби учасників галузі та почати
створювати системи з підтримкою TSN. Ще до створення робочої групи
IEEE TSN Moxa співпрацювала з галузевими партнерами для просування
цифровізації у виробничому секторі, також відомого як Індустрія 4.0,
і всіх ключових технологій для промислової автоматизації. Мережа,
чутлива до часу (TSN), є вирішальним фактором промислових програм
оцифрування, де Moxa вже зробила цінний внесок. Насправді Moxa
співпрацює з численними зацікавленими сторонами галузі, щоб
створювати системи з підтримкою TSN і перенести перевірені переваги
TSN на виробництво за допомогою кількох технологічних досягнень і
реальних додатків.
Традиційно різне обладнання, інтерфейси та протоколи
створювали серйозні проблеми для своєчасної передачі, отримання та
обробки великих обсягів даних для програм промислової автоматизації.
TSN долає ці проблеми, увімкнувши синхронізацію часу в мережі, щоб
усі підключені пристрої використовували загальну прив’язку часу для
того, щоб усі дані стали доступними в певний момент часу для
конкретних завдань. Ці системи з підтримкою TSN є високонадійними,
оскільки їх вбудована обмежена низька затримка в детермінованому
мережевому середовищі оптимізує продуктивність і безпеку.
Технічні досягнення
З технологічної точки зору Moxa співпрацює з NXP, щоб довести
високу надійність ключового протоколу резервування TSN 802.1 CB.
Крім того, співпраця Moxa з Intel і Keysight також продемонструвала
доцільність створення бездротових мереж TSN у майбутньому.
Перевірене мережеве резервування
Щоб досягти високого рівня надійності, IEEE 802.1CB Frame
Replication and Elimination for Reliability (FRER) надсилає
дублікати кожного кадру через декілька непересічних шляхів, тому
навіть у разі часткового збою мережі проактивне резервування все ще
забезпечує безперебійний зв’язок. . Під час Taipei automation 2022
компанія Moxa співпрацювала з NXP Semiconductors N.V., голландським
розробником і виробником напівпровідників і портом Industrial
Automation GmbH, щоб перевірити надійність кільцевої топології на
основі 802.1 CB, яка використовує комутатори Moxa для підключення
обладнання NXP. Оскільки інженери від’єднали певні мережеві кабелі,
щоб імітувати збій мережі, пакети даних, які керували критично
важливим обладнанням, все ще синхронізувалися та працювали нормально.
Крім того, цей тест також продемонстрував, що надійне мережеве
резервування допомагає відновити кілька точок відмови, а не лише
одну точку відмови.
Бездротові можливості розкриті
Ще одним важливим кроком до впровадження TSN у промислову
автоматизацію є забезпечення можливості передачі даних у бездротових
програмах. Оскільки багато промислового обладнання є мобільним,
справжній IIoT буде неможливим без більш широкого спектру
бездротових програм TSN. У Taipei Automation 2021 Moxa, Intel
Corporation і port Industrial Automation GmbH розробили платформу,
яка демонструє перше в галузі готове до використання рішення TSN від
програми до програми для миттєвої передачі даних. Розроблена для
сумісності з різними протоколами зв’язку, нова платформа є гнучкою
та розширюваною, що означає, що її можна використовувати для
створення наступного покоління інтелектуальних виробничих і
логістичних рішень, особливо коли мобільні пристрої не тільки бажані,
але й необхідні в реальному використанні випадків. Бездротовий TSN
розкриває весь потенціал TSN, оскільки справді уніфікована та
високопродуктивна мережева інфраструктура дозволяє співіснувати всім
типам трафіку.
Розвиток технології далі
Окрім доказу того, що технологія працює, Moxa також
реалізувала TSN у кількох реальних програмах, щоб допомогти
компаніям отримати відчутні переваги для бізнесу.
Зменшіть загальну вартість володіння (Total Cost of
Ownership) у виробництві пластин
Співпрацюючи з ELS System Technology (провідним тайванським
постачальником рішень для літографії), Moxa успішно інтегрувала TSN
у процес виробництва пластин. Система включає в себе включення
машинного зору в систему корекції зміщення пластини. Технологія TSN
успішно інтегрувала широкосмугову відеопрограму з високонадійним
керуванням рухом на вимогу CC-Link IE TSN. Рішення забезпечило
стабільну систему керування рухом, повністю оснащену машинним
баченням, для системи корекції зміщень.
Рішення TSN від Moxa також підтримує різні типи трафіку, які
можуть мати дуже різні вимоги, і пропонує точні дані керування рухом
щодо мережевого трафіку в режимі реального часу, використовуючи ту
саму відкриту та стандартну мережу. Більше того, рішення TSN також
допомагає підвищити економічну доцільність мережі та зменшити
загальну вартість володіння (TCO), оскільки інфраструктуру легко
обслуговувати та розширювати.
Мінімізуйте незручності простою за допомогою реєстрації
відеокомпонентів
Відеомоніторинг у реальному часі, як відомо, потребує даних і
пропускної здатності. Ультранадійність TSN і обмежена низька
затримка роблять створення конвергентної програми для запису та
потокового відео в реальному часі через мережу здійсненним завданням.
Щоб допомогти японському промисловому конгломерату Mitsubishi
Electric покращити реєстрацію всіх системних компонентів під час
візуальних перевірок, Moxa створила модуль із можливістю запису
відеопотоку, форми сигналу та відповідної інформації, щоб допомогти
користувачам прискорити пошук несправностей, коли це необхідно.
Оскільки їм більше не потрібно переглядати різні пристрої чи мережі,
інженери тепер можуть проводити інспекції в інтегрованій системі на
основі TSN, у якій критичні та синхронізовані візуальні дані
безпечно отримують, зберігаються та захищаються.
Як ТСН допомагає
TSN є ключем до інтелектуальної автоматизації виробництва,
оскільки детермінований зв’язок у режимі реального часу дозволяє
різному обладнанню бездоганно працювати разом. У міру того, як
мережі зростають у розмірі та ускладнюються, TSN реалізує керування
трафіком і визначає пріоритети системних ресурсів, щоб забезпечити
своєчасну доставку критичних даних, що робить мережу наднадійною та
безпечнішою. Тепер ми розглянемо два випадки використання, які
демонструють можливості TSN, і те, як Moxa співпрацює з системними
інтеграторами, машинобудівниками та кінцевими користувачами, щоб
досягти кращих результатів за допомогою TSN.
Випадок використання 1: Виробник обладнання
Відповідаючи на вимоги ринку щодо вдосконаленого, інтегрованого та
високоавтоматизованого обладнання, виробники обладнання прагнуть
запропонувати обладнання, яке має вбудовану масштабованість,
прискорене вимірювання та складні програми керування лазером і
машиною. Однак, як такі, різні власні мережі, що належать до різних
компонентів, потребують безперебійного зв’язку та інтеграції для
забезпечення оптимальної продуктивності. Крім того, технічне
обслуговування цих мереж стане проблемою для операторів, особливо
коли машини відправляються за кордон, а навчання операторів часом не
проводиться.
Moxa розробила уніфіковану мережу TSN для забезпечення
детермінованого зв’язку між камерами, датчиками та засобами
керування машиною. Повністю гігабітний керований комутатор серії
TSN-G5008 від Moxa підключає кілька входів/виходів до серводрайверів
і камер машинного бачення. Через природу Ethernet «першим прийшов,
першим обслужено» неможливо було передати важливі дані по одному
кабелю. Однак зі стандартною інфраструктурою Ethernet TSN керування
трафіком тепер дозволяє критично важливим даним спільно
використовувати мережеві ресурси та забезпечує доставку пакетів
даних. Комутатор призначений для забезпечення сумісності виробничих
мереж, наприклад виробників обладнання, з TSN, щоб скористатися
перевагами Industry 4.0.
Випадок використання 2: виробнича система масового
налаштування
Коротший виробничий цикл є вигідним для бізнесу, оскільки
ефективність веде до зниження витрат і більшої гнучкості. Це також
дозволяє підприємствам відповідати мінливому ринку та пропонувати
масові індивідуальні — і часто з високою націнкою — продукти, такі
як комерційні готові продукти (COTS). Для виробників такої
ефективності та гнучкості можна досягти лише тоді, коли різні
системи, включаючи виробництво, складальні лінії та логістику,
об’єднані в єдину мережу, тому зміни та коригування процесів
виробництва та розподілу можна впроваджувати в короткі терміни більш
ефективно.
Щоб зробити можливим масове налаштування, виробники можуть
розгорнути Ethernet-комутатори серії TSN-G5004 і TSN-G5008 від Moxa,
щоб об’єднати існуючі власні мережі в єдину мережу з підтримкою TSN
для підвищення ефективності. Найголовніше те, що виробники можуть
досягти конвергенції інформаційних технологій (ІТ) і операційних
технологій (ОТ), щоб зменшити кількість процесів, необхідних для
виготовлення продукту. Таким чином, адаптивне виробництво, масова
настройка та оптимізація виробництва доступні, оскільки активи
управляються через мережу з підтримкою TSN, з якою детермінований
зв’язок забезпечує ефективний контроль над усім виробничим процесом.
Спрощена топография мережі вигідна операторам, оскільки технічне
обслуговування стає простішим і економічнішим. Оскільки тепер
оператори підтримують уніфіковану мережу замість багатьох мереж із
різними протоколами та вимогами, навчання можна спростити. Прокладка
кабелів також стає більш простою, що сприяє зниженню витрат на
обслуговування.
Дізнайтеся більше з нашої колекції прикладів -
https://www.moxa.com/en/literature-library/accelerating-digital-transformation-through-time-sensitive-networking
Безмежні переваги
TSN забезпечує ефективність, простіше управління та
економічну ефективність у світі промислової автоматизації. Його
детермінований зв’язок, як дротовий, так і бездротовий, сприяє
підвищенню надійності, необхідної для складних промислових систем із
високими ставками. Оскільки для TSN потрібна стандартна уніфікована
мережа для різних пристроїв, конвергенція IT і OT пропонує менше
вузлів, спрощену кабельну розводку та простіше обслуговування. Ці
переваги реалізуються широким колом зацікавлених сторін від
машинобудівників до системних інтеграторів і кінцевих користувачів.
Машинобудівники
Завдяки технології TSN виробники машин можуть використовувати
конкурентоспроможну мережеву інфраструктуру, яка дозволяє
об’єднувати шину руху та інформацію, що надсилається через мережу,
по одному кабелю. Ця спрощена архітектура також може зменшити
кількість вузлів, тим самим заощадивши загальні витрати та витрати
на технічне обслуговування. Крім того, з точки зору продуктивності,
час циклу контуру керування можна скоротити, що дає змогу
контролювати більше пристроїв. Нарешті, оскільки технологія TSN
працює в гігабітній мережі, більша пропускна здатність добре
підходить для додавання додаткових програм у майбутньому.
Системні інтегратори
Уніфікована мережа TSN також спрощує архітектуру мережі та
автоматизації за рахунок зменшення кількості кабелів та інженерних
зусиль. Здатність TSN об’єднувати всі фірмові мережеві технології в
один кабель означає, що планування та масштаб мережі можна
контролювати та прогнозувати, тим самим знижуючи загальну вартість
володіння та заощаджуючи зусилля на технічне обслуговування.
Кінцеві користувачі
Крім того, TSN сумісний з існуючими мережами, тому
більше не потрібні додаткові мережеві шлюзи, які підключаються до
різних власних систем. Фактично, сумісність TSN з існуючими
стандартними мережами забезпечує легкий доступ до даних, щоб система
могла легше оптимізувати ресурси та зусилля для кінцевих
користувачів.
Порівняно з іншими існуючими мережевими технологіями, TSN
також краще обладнаний для встановлення пріоритету критичних пакетів
над некритичними, але споживаючими високу пропускну здатність
програмами, що зменшує загальний час простою системи.
І останнє, але не менш важливе:
використання стандартних технологій Ethernet означає, що новітні
рішення кібербезпеки, розроблені для Ethernet, також доступні для
мереж TSN, пропонуючи кращий захист і адаптивність у кліматі загроз,
що постійно змінюється.
Підготовка до прийняття ТСН
Коли справа доходить до реалізації програми, сумісної з TSN, глибоке
розуміння існуючих вимог до програми та топології мережі є
необхідною умовою для вибору найбільш підходящого протоколу та
правильних конфігурацій для комутаторів і кінцевих пристроїв.
Розглянемо приклад, який потребує як зв’язку ПЛК, так і
захоплення зображення. Ця програма потребує передачі двох типів
даних на той самий головний комп’ютер. Використовуючи комбіновану
топологію мережі, зрозуміло, що відеопотік надсилається з порту 4 на
порт 1, тоді як контролер надсилає повідомлення синхронізації на
головний сервер з порту 2 на порт 1.
Захист керуючого пакета від високошвидкісного
відеопотоку вимагає налаштування необхідних протоколів у мережі,
включаючи синхронізацію часу (802.1 AS) і формувач часу (802.1 Qbv)
на відповідних компонентах і портах.
Контрольний пакет надсилається з циклами 1 секунда, 300 мкс
для дати циклу та 200 мкс для даних синхронізації часу, тоді як
решта 500 мкс виконуються нециклічні дані. Пристрій може призначити
відповідний ідентифікатор VLAN для кожного слота, щоб гарантувати,
що дані циклу не вплинуть.
Після уточнення поведінки програми останнім кроком є
налаштування необхідних конфігурацій комутатора Ethernet і кінцевого
пристрою.
Резюме
Протягом тривалого часу
Moxa працює над тим, щоб технології TSN досягли свого справжнього
потенціалу та допомагали лідерам галузі прискорити цифрову
трансформацію промислової автоматизації. Сподіваємося, завдяки
випадкам використання, розглянутим у цій статті, ви краще зрозумієте,
як Moxa співпрацює з надійними партнерами та авторитетними
зацікавленими сторонами, щоб пропонувати перспективні рішення TSN
для клієнтів, які перебувають на різних етапах цифрової
трансформації. Віддана команда Moxa готова працювати з вами над
додатками, де технології TSN мають змогу зробити величезні зміни.
Щоб дізнатися більше про шлях до розумного виробництва та TSN,
відвідайте наш мікросайт TSN.
https://www.moxa.com/en/spotlight/industrial-ethernet/tsn/index
|
