互操作性的新时代向支持TSN的系统演进

　　本文图片来源 ：CLPA
　　作者 | Thomas Burke
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　　制造商希望通过工业物联网（IIoT）和工业4.0的实施获得竞争优势。支持时间敏感网络（TSN）技术的以太网可以为此提供帮助。
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　　制造企业希望自动化供应商能提供先进的系统和技术，帮助他们创建互联的智能工厂，以及与工业 4.0 和工业物联网（IIoT）的集成。自动化供应商正在寻找最新的技术，以便为其带来竞争优势，如改进的可扩展性、可靠性、易用性和更高的成本效益等。其中一种有助于全面改进的技术，是支持时间敏感网络 （TSN）的以太网。
　　要实现全球化的智能工厂，制造企业需要重点关注以下 7 个关键领域 ：
　　1.  在全球运营中确保质量和绩效的一致性 ；
　　2.  平衡制造与需求，优化材料使用和资产利用率 ；
　　3.  改进和满足法规合规性 ；
　　4.  实施更灵活、更敏捷的制造运营，以应对不断变化的市场环境 ；
　　5.  通过减少平均维修时间（MTTR）和提高整体设备效能（OEE），满足准时交付的严格要求和指标 ；
　　6.  降低全球制造工厂生产和 IT 系统的设计、部署和支持成本 ；
　　7.  改善对工厂车间发生事件的响应，无论其位置如何。
　　在制造设施开发和升级过程中，可持续性也是需要考虑的一个关键因素。机器制造商在实施自动化系统以提高能源和资源效率时，应密切关注所使用的网络技术，因为它将决定可以获得的优势。通过采用支持透明、融合的工业通信解决方案，将有助于传统制造企业实现可持续的发展目标。
　　面向未来的工业通信网络，融合了旨在支持数字化制造战略的赋能技术，帮助企业优化和强化其流程并提升生产效率。除了提高盈利能力外，它们还有助于大大减少车间运营对环境的影响。
　　打破数据孤岛
　　一个最主要的障碍是在现有的工业网络系统中，不同技术之间无法共享信息。这就导致了数据＂孤岛＂，阻止了信息共享。工业自动化控制系统（IACS）制造商及其客户了解其工厂数据的价值，会要求无缝访问这些 数据，以便在 IIoT 和工业 4.0 时代做出更明智的决策，从而更好地运营工厂。
　　因此，工业 4.0 应用所需的透明度正成为首选方法。从车间获取 TB 量级的数据，生成有用的信息是该战略的一部分。数据智 能化可以通过专注于 IT/OT 融合的、完整的、基于解决方案的架构来解决客户的问题。
　　IT/OT 网络的兼容性
　　标准化协议正在改善 IT 和 OT 技术中与网络相关的数据传输。然而，有一类通信强制存在数据孤岛，这是确定性性能所需的。为了解决这个问题，协议需要与 TSN 兼容，以更好地利用融合网络的优势，同时提供对优先通讯的支持。
　　实施工厂自动化项目的公司，应寻找能够满足当前需求的开放网络技术，例如，在提供 TSN 兼容性的同时，具有千兆带宽以满足工业 4.0 的需求。
　　很多标准机构和工业以太网组织将 TSN 技术纳入其 产品组合中，足见其重要性。他们的工作为所有复杂的、不同的设备和应用之间的数据和信息集成提供了坚实的基础，在此之前它们是彼此隔离的。
　　▎ 一种有助于全面改进的技术是支持时间敏感网络（TSN）的以太网。成功构建完整的自动化系统需要连接不同的技术，以实现无缝的互操作性。
　　成功构建完整的自动化系统需要连接不同的技术，以实现无缝的互操作性。标准化允许利用来自多个供应 商的产品来设计和部署完整的系统。TSN 还可以为融合和互操作性提供更多机会，使设备和应用（以前被彼此隔离的单独通信）成为集成系统的一部分。不同的工业以太网协议可以共存在同一个网络上。
　　自动化系统中的网络标准
　　各种开放式工业以太网协会和 OPC 基金会，一直致 力于增加 TSN 的兼容性。IEEE 802.1 组包括 30 多个标准，其中一些标准可能不适用于工业应用。应就哪些标准适用于自动化达成一致。为了解决这一问题，国际电工委员会（IEC）和电气和电子工程师协会（IEEE）正在合作， 基于一组广泛的用例为自动化系统中的 TSN 定义一组标 准配置文件，这通常被称为 IEC/IEEE 60802。
　　正如我们已经看到的，IEEE 802.1AS 和 Qbv 核心 标准涵盖了许多自动化用例，它们解决了时间同步和优 先级的问题。一些供应商已经引入了包含这些标准的产品。此外，IEC 和 IEEE 有着良好的向后兼容性。IEC/IEEE 60802 项目还计划解决 TSN 一致性测试 问题。至少有一个开放网络组织已经在提供这项服务，而且这些活动很可能会与包括其它组织在内的未来的、范围更广的项目相结合。
　　时间敏感网络的优势
　　那么，一家确信 TSN 的好处并想采用它的公司该怎 么做呢？答案是寻找一种支持 TSN 的技术，同时提供必要的应用功能，如安全和运动控制。自从 CC-Link 协会 （CLPA）推出 CC-Link IE TSN 以来，已经有将近三年的时间了。它是最早将千兆带宽与 TSN 相结合的开放式工业以太网技术之一，是最终用户、机器制造商和供应商都可以在产品和项目中采用的一种经验证的技术。
　　对于设备供应商而言，开发 CC-Link IE TSN 兼容产品有助于在三个方面实现工业 4.0 的承诺 ：
　　性能： 是目前唯一的可将千兆带宽与 TSN 相结合的开放式工业以太网，通过最大化带宽可用性来提供更高的生产率。
　　连通性： 作为一种开放技术，最大限度地提高最终用户和机器制造商的选择自由度，同时为供应商提供实施上的灵活性。TSN 提供了将 CC-Link IE TSN 流量与其它协议相结合的能力。
　　智能化： 通过一系列旨在简化系统设计和维护的功能，减少工程时间并最大限度地延长正常运行时间。
　　可操作的见解
　　对于工业通信采用融合的架构，最明显的结果可能是简化，因为所有节点都是单个网络的一部分，而不是 多个专用系统。CC-Link IE TSN 能够将 OT 的数据共享（如控制和安全通信）与更高的企业级 IT 架构相结合。利用这种简化设置创建的自动化解决方案，机器制造商可以减少创建工厂所需的组件数量。在数字化的工厂中，所有的应用都是互连的。设施物料清单（BoM） 减少，因此物料使用量也相应减少。反过来，更少的零件和物料又会进一步减少工厂及其产品对基础设施环境 的影响。
　　支持融合架构的网络技术可以发挥更大作用。例如， CC-Link IE TSN 可以帮助制造商获得对其车间运营的独特理解。因此，自动化专家可创建能够生成大量可见和可访问数据的装置，同时还可以通过 IT 和 OT 系统进行处理。这样，他们就可以为最终用户提供能够获得整体概览和准确预测的解决方案，例如，最终产品的质量预测。通过对运行过程的了解，让用户可以获得更多可操作的见解，以提高生产效率。由于自动反馈和前馈机制，可以根据获得的结果动态调整运营条件。这使得减少周 期时间、能源和资源利用成为可能，所有这些都是将制造活动对环境的影响降至最低的关键。
　　互操作性的新时代
　　对于仍在考虑如何处理 TSN 的最终用户、机器制造 商或供应商来说，这一切意味着什么？供应商和标准组织正在采用 TSN 技术并将其推广到自己的标准和产品组合中。
　　最终用户希望有选择，并期望网络和设备能够共存并协同工作，以增加业务价值。这样，先前彼此隔离 的设备产生的数据，就可以转换为有用的信息，并利用 TSN 为今天和明天的工业自动化提供完整的内聚实现。风险不在于现在就采用 TSN，而是如果再等几年才实施，可能就会落伍。
　　TSN 为制造商提供了若干机会，如确定性以及完整的工业和商业网络的融合。在解决工业 4.0 所识别的更 高透明度这一挑战方面，网络融合是一个关键组成部分，可以使流程和制造业更高效、运营更简化。
　　向支持 TSN 的系统演进
　　对于当前的工业自动化项目，企业需要调查哪些网络技术有助于改善运营。千兆以太网对此有所帮助，网 络也应该是开放的。关注未来的需求，意味着识别当前支持 TSN 的技术，并为未来启用 TSN 的系统提供升级路径。
　　围绕 TSN 的技术格局正在不断演变，IEEE 和 IEC 的项目带来了新的进展。现在安装配置 TSN 的设备和网络，可以很好地与未来的系统协同工作。TSN 和以太网技术将不断发展，以帮助企业满足当前需求，更好地迎接下一次工业革命。
　　机器制造商和最终用户依靠 TSN 技术将传统系统与 最新系统连接起来，同时满足未来的复杂需求。TSN 可以使开发路径受益，简化机器设计并改进制造运营。
　　关键概念：
　　■ 支持 TSN 的以太网是制造商改进设施并增加连接性的一种方式。
　　■ CC-Link IE TSN 可以帮助制造商构建更好的智能工厂，提高性能、智能化和连通性。
　　思考一下：
　　TSN 可以为您的设施提供哪些好处？