不斷改進(jìn)制造工藝、提高競爭力的需求,正在推動工業(yè)通信的進(jìn)步。以太網(wǎng)發(fā)展迅速,已成為工業(yè)系統(tǒng)的一種默認(rèn)配置。雖然發(fā)展較慢的自動化市場仍在以10或100Mb的速度運行,但信息技術(shù)(IT)領(lǐng)域正受益于1到10Gb的網(wǎng)絡(luò)。一些工業(yè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始支持1Gb。增加帶寬雖然可以處理更多流量,但在要求可靠性為100%的領(lǐng)域,這對提高可靠性幾乎沒有什么幫助。
如今,用戶可以通過首先了解哪些產(chǎn)品將使用網(wǎng)絡(luò),然后協(xié)調(diào)他們對網(wǎng)絡(luò)的需求,再將以太網(wǎng)的可靠性設(shè)計到應(yīng)用中。一般來說,對封閉網(wǎng)絡(luò)的需求會限制其對數(shù)據(jù)的訪問,同時也限制了持續(xù)改進(jìn)和進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的機(jī)會。
制造企業(yè)一直在尋求提高性能、節(jié)約成本和消除停機(jī)時間的解決方案。從商業(yè)網(wǎng)絡(luò)(IT)接入到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)(運營技術(shù)(OT)網(wǎng)絡(luò)),有助于實現(xiàn)和優(yōu)化數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略,但如何實現(xiàn)仍然是一個挑戰(zhàn)。
實現(xiàn)更好地IT/OT通信
改進(jìn)以太網(wǎng)技術(shù)可以更好地協(xié)調(diào)OT和IT通信。以太網(wǎng)依賴于識別通信中的沖突,在等待一段時間后覆蓋的過程。雖然這對于通用IT網(wǎng)絡(luò)來說很好,但對于OT網(wǎng)絡(luò)來說并不是最佳方案。
流量信息的大小也會帶來挑戰(zhàn),必須小心確保設(shè)備在任何時候都不會消耗過多的帶寬。雖然可以采取措施來改善網(wǎng)絡(luò)上所有終端設(shè)備的一致性,但還有另一種解決方案是改進(jìn)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),通過幀搶占和建立優(yōu)先級來“塑造”流量。
以太網(wǎng)還應(yīng)提供時間同步,使設(shè)備能夠調(diào)度通信,從而避免通信沖突。設(shè)備可以協(xié)調(diào)它們的通信,清楚彼此之間已經(jīng)協(xié)商通訊事宜。精確的時間戳可達(dá)到納秒級精度。
TSN:改進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成
這些以太網(wǎng)增強(qiáng)功能已于2012年由IEEE 802.1[以太網(wǎng)]工作組啟動。2018年,第一個成果以新規(guī)范的形式發(fā)布。支持時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)的以太網(wǎng),對于工業(yè)自動化應(yīng)用非常重要。
TSN帶來了5個優(yōu)勢,有些是即時的,有些需要隨著時間的推移而逐步實現(xiàn),其中4個短期優(yōu)勢是:
● IT網(wǎng)絡(luò)可以訪問所有OT設(shè)備:能夠改進(jìn)分析、資產(chǎn)管理和設(shè)備管理。
● 性能改善:將時間調(diào)度、優(yōu)先級劃分和更大的帶寬相結(jié)合,可以實現(xiàn)更可靠和更復(fù)雜的應(yīng)用。
● 更簡單的架構(gòu):可以節(jié)省成本并提高可靠性。
● 易于故障排除:用戶現(xiàn)在可以利用簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)等IT工具與設(shè)備進(jìn)行交互和管理。
TSN的長期優(yōu)勢體現(xiàn)在通過新產(chǎn)品交付和市場競爭提高成本效益——專注于高性能應(yīng)用的初始解決方案。隨著時間的推移,設(shè)備供應(yīng)商和基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商已經(jīng)推出了兼容的產(chǎn)品。
支持TSN的以太網(wǎng)將在專用于機(jī)器或生產(chǎn)線的“TSN孤島”中實現(xiàn),提供高性能、確定性和可靠性的通信,同時將這些通信橋接到IT網(wǎng)絡(luò),以實現(xiàn)更廣泛的信息訪問。
隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實施,制造企業(yè)對更高性能、更嚴(yán)格的控制和融合網(wǎng)絡(luò)的不斷推進(jìn),對于保持可靠性也愈加重視。采用支持TSN的以太網(wǎng)將是一種簡單易行的解決方案,通過增加帶寬、通信調(diào)度和流量管理來更好地管理可靠性需求。