Мережі TSN – максимальна потужність для PROFINET і OPC UA
Синхронізовані за часом мережі (TSN) – наш внесок у цифровізацію
Цифровізація встановлює високі стандарти у галузі промислової комунікації. Компанія Сіменс вже активно використовує відкритий стандарт комунікації, що стрімко розвивається – промисловий Ethernet. На рівні об'єктів застосовується технологія PROFINET, а на рівні управління – OPC UA. Однак Сіменс робить новий крок вперед: ми розробляємо промислові мережі з використанням стандарту TSN (синхронізовані за часом мережі). Він дозволяє створювати виділені пропускні смуги, використовувати засоби забезпечення якості обслуговування (QoS) і знижувати затримку передачі, а також підтримує паралельний запуск декількох протоколів, включаючи протоколи з підтримкою режиму реального часу.
Чи будуть потрібні нам технології OPC UA і PROFINET в майбутньому?
Так. OPC UA та PROFINET - це протоколи, що використовуються в моделі ISO / OSI на 5-7 рівнях. В основу самих стандартів OPC UA і PROFINET покладено базову технологію другого рівня – TSN.
Переваги OPC UA полягають у підтримці вертикальної комунікації та створенні мереж між машинним обладнанням на рівні управління, а PROFINET відповідає всім вимогам для робочих об'єктів. Саме тому стратегія Сіменс залишається незмінною:
- Рівень управління і більш високий: OPC UA
- Рівень об'єктів: PROFINET
Пізніше тут з'являться відповіді на інші питання про TSN.
Про шлях до майбутнього: PROFINET і OPC UA на основі TSN
Цифровізація охоплює все більше виробничих процесів, у зв'язку з чим системи промислової комунікації повинні стати максимально відкритими, надійними, детермінованими і гнучкими. Гарантувати швидке виготовлення якісної продукції невеликими партіями з дотриманням жорстких термінів можливо, тільки якщо виробничі структури будуть блискавично обмінюватися даними і реагувати на запити.
TSN і цифровізація
Ефективність роботи промислових систем управління залежить від стабільної комунікації в режимі реального часу, а ІТ-системам в більшості випадків потрібен відкритий доступ до даних. У зв'язку з цим компанії зазвичай використовують ці мережі окремо. Але цифровізація набирає обертів, і на зміну такому поділу повинні прийти відкриті комплексні інфраструктури, що дозволяють налагодити гнучке детерміноване виробництво. TSN (синхронізовані за часом мережі) являють собою стандартизовану базову технологію в рамках IEEE 802.1, завдяки якій в середовищі можна розгорнути засоби забезпечення якості обслуговування (QoS). Крім того, вона гарантує відповідність характеристик Вашої мережі зростаючим вимогам Ethernet. TSN включає в себе ряд окремих стандартів, які відносяться виключно до другого рівня комунікації в моделі OSI. Це означає, що навіть при впровадженні TSN інтерфейс користувача залишається незмінним.
Незалежно від сфери роботи промислової компанії (автомобільна промисловість, машинобудування, харчова промисловість) стандарт TSN забезпечить їй істотні переваги. Серед них можливість створювати виділені пропускні смуги, використовувати засоби забезпечення якості обслуговування (QoS) і знижувати затримку передачі, а також підтримка паралельного запуску декількох протоколів, включаючи протоколи з підтримкою режиму реального часу. Компанія Сіменс буде пропонувати своїм замовникам рішення на основі TSN, щоб забезпечити цифрову трансформацію їх промислових мереж на всіх рівнях, починаючи з робочих об'єктів і міжмашинних комунікаційних мереж (M2M) і закінчуючи рівнями управління і оператора.
Активний спільний розвиток
Технологія TSN вже чудово зарекомендувала себе. В даний час фахівці Labs Network Industrie 4.0 (LNI4.0) проводять її тестування, щоб виявити подальші напрямки розвитку. Методика LNI4.0 полягає у підключенні один до одного тестових середовищ та інженерних систем в різних регіонах Німеччини для вдосконалення концепції "Індустрія 4.0". Компанія Сіменс входить до числа членів-засновників цієї асоціації. Спільно з іншими промисловими підприємствами Сіменс бере активну участь у тестуванні сумісності TSN з інфраструктурами різних постачальників. Компанія також проводить дослідження на стендах, щоб оцінити потенціал TSN для використання в комунікаційних системах M2M і міжмашинних мережах на всіх рівнях аж до хмари. Отримані знання будуть при необхідності надаватися комітетам зі стандартизації для продовження розробки даної технології.
Питання про TSN
Якщо коротко, Ethernet з TSN доповнює існуючі засоби Ethernet щодо забезпечення якості обслуговування (QoS), включаючи виділення смуги пропускання, синхронізацію, гарантію низьких значень затримки і навіть однорідне резервування.
Пристрої "сигналізують" через мережу про свої вимоги до якості комунікації, і мережа гарантовано встановлює для них необхідний рівень QoS. Різні підключення являють собою потоки, для яких резервується смуга пропускання завдяки виділенню ресурсів в пам'яті комутаторів Ethernet. Кожен з цих потоків може оброблятися в режимі реального часу. Потоки інкапсулюються, і в результаті TSN дозволяє запускати в одній мережі кілька протоколів, що підтримують передачу даних в режимі реального часу, одночасно (це називається мережевою конвергенцією). В цьому і полягає принципова відмінність даної технології від існуючих зараз протоколів реального часу на основі Ethernet, що запускаються в мережі тільки поодинці.
Для використання TSN буде потрібно апаратний модуль з підтримкою цієї технології. Розширити функціонал вже встановлених модулів Ethernet для роботи з TSN за рахунок програмного забезпечення, як правило, неможливо.
Однак передбачається, що в майбутньому всі стандартні модулі Ethernet будуть підтримувати TSN. Саме це є для Сіменс основним стимулом для перенесення рішень PROFINET на TSN. Всі провідні виробники вже почали розробляти або принаймні повідомили про початок розробки апаратних модулів із засобами TSN. Таким чином, перед виробниками технічного обладнання відкриваються широкі можливості з проектування пристроїв.
Перехід на TSN: PROFINET і OPC UA
TSN об'єднує існуючі стандарти IEEE, які впливають виключно на комунікаційний рівень OSI (рівень 2). TSN - це не комунікаційний протокол. Синхронізовані за часом мережі, скоріше, являють собою базову технологію, яка в найближчі кілька років стане каталізатором потужності для PROFINET і OPC UA.
Приклад для дискретного виробництва
Взаємодія машин через TSN
Як могла б виглядати взаємодія в системах M2M на основі TSN на практиці? Виходячи за рамки теоретичних напрацювань, компанія Сіменс вже створила робочу модель, що представляє собою двох роботів з синхронізованими рухами. У кожного робота вбудований контролер SIMATIC, що дозволяє йому "спілкуватися" з іншим через PROFINET. Контролери синхронізовані за допомогою OPC UA PubSub (тип "публікація-підписка") на основі TSN. Завдяки резервуванню ширини смуги передача даних в мережі TSN відрізняється чудовою прогнозованістю незалежно від навантаження. Для демонстрації використання каналів зв'язку TSN і стандарту Ethernet в одній і тій же мережі дані в цій моделі також передаються від контролера в хмару (наприклад, MindSphere) за допомогою комунікаційного процесора.
Додаткова інформація
Скористайтеся додатковими джерелами інформації, щоб дізнатися більше про використання TSN для промислового Ethernet – з PROFINET і / або OPC UA. Брошури, інформаційні матеріали, технічні дані, питання і відповіді, послуги: всі необхідні відомості можна знайти тут.
Контакти
Наші рекомендації щодо TSN
Розробка промислових мереж не стоїть на місці. Як Siemens застосовує TSN у своїх рішеннях? У чому полягають переваги синхронізованих за часом мереж і провідних платформ OPC UA і PROFINET? Як оптимізувати Вашу мережу за допомогою TSN? Наші експерти з радістю дадуть відповідь на ці та багато інших питань.
