Новое поколение технологий промышленной связи, чувствительные ко времени сети (TSN), фундаментально меняют сетевую архитектуру в области операционных технологий (OT). Он использует точную синхронизацию времени и детерминированную передачу данных для решения долгосрочных проблем традиционных промышленных сетей в режиме реального времени, надежности и интеграции. Для ключевой инфраструктуры, такой как автоматизированные производственные линии, энергосистемы и железнодорожный транспорт, TSN является не только технологическим обновлением, но и краеугольным камнем для достижения промышленного Интернета и интеллектуального производства.
Что такое ТСН
Сети, чувствительные ко времени, относятся к серии расширений Ethernet, определенных стандартом IEEE 802.1. Его основная цель — обеспечить ограниченность, чрезвычайно низкую задержку, чрезвычайно низкий уровень джиттера и гарантии высокой надежности передачи потоков данных. Он позволяет стандартному Ethernet передавать чрезвычайно чувствительный ко времени трафик промышленного управления за счет внедрения таких механизмов, как формирование с учетом времени, вытеснение кадров и точная тактовая синхронизация на уровне канала передачи данных.
В отличие от традиционной сети «наилучшего качества», в сети TSN задержку передачи каждого пакета данных можно предсказать и определить. Это означает, что ключевые сообщения, такие как инструкции по управлению движением и сигналы защитного отключения, могут поступать в строгие временные интервалы, чтобы обеспечить синхронизацию и стабильность промышленного процесса. Это имеет решающее значение для высокоточного производства и совместных роботизированных операций.
Почему чувствительные ко времени сети имеют решающее значение для ОТ
Требования к надежности и надежности сети в среде операционных технологий намного выше, чем в среде информационных технологий. Даже если задержка связи достигает уровня миллисекунд или происходит потеря пакетов, весьма вероятно, что это приведет к остановке производственной линии, повреждению оборудования и даже к несчастным случаям. Благодаря своим детерминированным сервисам TSN обеспечивает OT-системам производительность, сравнимую или даже превосходящую производительность традиционных полевых шин. В то же время он сохраняет преимущества Ethernet в пропускной способности и открытости.
Сети OT развиваются в сторону интеграции с ИТ-сетями для обеспечения совместимости данных и управления облаком. TSN является идеальным мостом для такой интеграции, позволяющим критическому OT-трафику и некритическому ИТ-трафику сосуществовать в одной физической сети, не мешая друг другу. Это упрощает сетевую архитектуру, снижает затраты на проводку и управление, а также устраняет ключевые препятствия на пути оцифровки производства.
Как развернуть чувствительные ко времени сети в существующих OT-системах
Развертывание TSN не так просто, как простая замена коммутатора. На самом деле это системный проект. Вначале необходимо провести комплексную работу по анализу сетевого трафика, а также провести оценку потребностей бизнеса для выявления всех ключевых потоков данных, требующих детерминированных сервисов, и определения строгих требований к времени для них. На основе этого мы можем спланировать структуру топологии, организацию резервирования полосы пропускания и стратегию планирования сети TSN.
При модернизации существующих систем обычно применяется прогрессивная стратегия, начиная с отдельного высокоточного блока управления в мастерской для развертывания переключателей TSN и терминального оборудования, поддерживающего TSN, такого как ПЛК или сервоприводы. После успеха его постепенно расширяют до всей производственной линии или всего завода. Стоит отметить, что инструменты управления сетью также должны быть обновлены для поддержки конфигурации TSN, мониторинга и диагностики неисправностей, а также для предоставления глобальных услуг по закупкам слабых текущих интеллектуальных продуктов!
Применение временной сети в промышленной автоматизации
В сфере автомобилестроения ТСН применяется на участках сварки, покраски и сборочных линиях автомобильных заводов. Оно позволяет сотням роботов синхронизироваться на микросекундном уровне для выполнения сложных совместных операций, что значительно улучшает ритм и согласованность производства. В то же время данные о состоянии производственной линии могут быть загружены в систему управления производством в режиме реального времени для достижения прозрачности производства.
В области электроэнергетики ТСН применяется для систем релейной защиты интеллектуальных подстанций и управления распределенной энергией. Это гарантирует, что инструкции защиты могут быть переданы и выполнены без задержек в случае сбоя электросети, что значительно повышает показатели безопасности и возможности самовосстановления электросети. Сеть TSN также может одновременно передавать данные видеонаблюдения и проверок, что позволяет передавать несколько услуг по одной сети.
Каковы основные проблемы при развертывании чувствительных ко времени сетей?
Основная проблема заключается в зрелости технических стандартов и экосистемы. Хотя стандарты IEEE в основном завершены, совместимость оборудования разных производителей по-прежнему требует строгих испытаний и сертификации. Выбор зрелых продуктов на рынке, поддерживающих как TSN, так и промышленные протоколы, по-прежнему относительно ограничен, что затрудняет интеграцию и выбор системы.
Резерв талантов представляет собой огромную проблему. TSN связан с междоменными знаниями в области сетевой инженерии, систем реального времени и теории управления. Сегодняшние OT-инженеры или ИТ-сетевые инженеры должны обновлять знания и повышать квалификацию. Как разработать стратегии планирования, как настроить параметры синхронизации времени и почему требуется проверка производительности сети — все это требует новых профессиональных навыков.
Какова будущая тенденция развития сети, чувствительной ко времени?
Далее TSN будет глубоко интегрирована с 5G, периферийными вычислениями и другими технологиями, чтобы сформировать детерминированную беспроводную сеть «TSN+5G», отвечающую двойным потребностям в гибкости и уверенности в таких сценариях, как AGV и мобильные роботы. Wireless TSN будет и дальше расширять границы своего применения и развиваться от стационарных мастерских до более широких промышленных объектов.
Организация по стандартизации стремится способствовать тесной интеграции TSN и OPC UA через TSN. Он отвечает за определение единого стека информационных моделей и протоколов связи. Это позволит достичь семантической совместимости датчиков с облаком и эффективно соединить острова данных. Ожидается, что TSN станет де-факто стандартной коммуникационной базой для будущего промышленного Интернета и Индустрии 4.0.
По вашему мнению, сегодня для большинства производственных компаний при развертывании чувствительных ко времени сетей наиболее важным движущим фактором является повышение эффективности производства или подготовка к будущему гибкому производству и цифровой трансформации? Добро пожаловать, чтобы поделиться своим мнением в области комментариев. Если эта статья была для вас полезна, пожалуйста, поставьте ей лайк и поделитесь ею с коллегами.
Добавить комментарий