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WORLD OF INDUSTRIES 03/2019 (CN)

WORLD OF INDUSTRIES 03/2019 (CN)

TSN 如 何 彻 底 改

TSN 如 何 彻 底 改 变 时 间 概 念 时 间 敏 感 网 络 (TSN) 已 经 成 为 工 业 自 动 化 领 域 的 核 心 词 汇 。 它 代 表 了 一 种 通 过 帮 助 工 业 以 太 网 实 现 可 靠 和 时 间 可 预 测 性 通 信 , 由 此 将 工 业 物 联 网 (IIoT) 变 为 现 实 的 关 键 技 术 。 实 现 这 一 目 标 的 第 一 步 便 是 创 建 同 步 系 统 。 AUTOMATION TSN 最 初 由 电 气 和 电 子 工 程 师 协 会 (IEEE) 开 发 , 作 为 专 业 视 听 系 统 中 音 频 视 频 桥 接 (AVB) 的 一 系 列 开 放 技 术 标 准 。 其 结 果 便 是 ISO/OSI( 国 际 标 准 化 / 开 放 系 统 互 连 组 织 ) 的 数 据 链 路 —— 受 IEEE 802.1 标 准 监 管 的 第 2 层 技 术 。 通 过 提 供 确 定 性 的 实 时 信 息 传 递 ,IEEE 802.1 迅 速 扩 展 到 其 他 领 域 , 特 别 是 汽 车 和 制 造 领 域 的 控 制 网 络 。 在 这 些 领 域 中 必 须 确 保 在 确 定 的 时 间 间 隔 内 接 收 时 序 要 求 严 格 的 循 环 数 据 。 设 备 同 步 是 TSN 的 重 点 为 了 在 工 业 以 太 网 网 络 中 实 现 具 有 低 有 界 延 迟 的 确 定 性 , 时 间 同 步 是 需 要 解 决 的 关 键 方 面 。 实 际 上 , 此 功 能 对 于 保 持 分 布 式 系 统 的 高 精 度 十 分 必 要 , 因 为 这 允 许 网 络 设 备 在 正 确 的 时 间 点 一 致 地 执 行 所 需 的 操 作 , 而 且 不 受 操 作 进 行 位 置 的 限 制 。 此 外 , 当 所 有 组 件 共 享 同 一 个 时 间 概 念 , 即 通 用 时 钟 时 , 可 以 执 行 准 确 的 分 析 , 以 确 定 特 定 机 器 上 事 件 发 生 的 时 间 、 在 相 同 网 络 中 不 同 组 件 上 两 个 事 件 之 间 的 时 间 间 隔 , 或 发 生 在 不 同 设 备 上 事 件 的 相 对 排 序 。 独 特 的 时 钟 系 统 为 了 实 现 网 络 同 步 ,TSN 通 过 主 从 精 确 时 间 协 议 (PTP) 建 立 了 一 套 独 特 的 时 钟 系 统 , 这 符 合 获 得 IEEE 802.1AS 批 准 的 “ 时 间 敏 感 应 用 的 定 时 和 同 步 ” 和 IEEE 1588“ 用 于 联 网 测 量 和 控 制 系 统 的 精 确 时 钟 同 步 协 议 标 准 ” 的 规 定 。 根 据 这 些 协 议 , 称 为 “ 主 控 制 器 ”(Grandmaster) 的 网 络 时 钟 主 机 将 时 间 信 息 作 为 以 太 网 报 文 分 组 发 送 到 网 络 内 的 每 个 节 点 或 “ 时 间 感 知 系 统 ”。 某 些 类 型 的 时 间 消 息 用 于 传 递 与 时 间 相 关 的 信 息 , 这 些 信 息 可 帮 助 在 网 络 上 同 步 时 钟 , 或 者 测 量 通 信 介 质 上 的 延 迟 , 以 降 低 其 影 响 。 此 外 , 其 他 功 能 可 实 现 构 建 时 钟 层 次 结 构 并 选 择 主 控 制 器 以 及 配 置 , 监 视 和 维 护 基 于 PTP 的 系 统 。 通 过 这 种 方 式 , 节 点 中 的 所 有 实 时 时 钟 可 以 同 步 到 1μs 或 更 小 的 精 度 , 这 也 适 用 于 要 求 最 苛 刻 的 运 动 控 制 应 用 , 其 周 期 时 间 可 能 短 至 几 μs。 此 外 , 如 果 发 生 错 误 , 则 可 以 检 查 操 作 日 志 并 按 时 间 顺 序 明 确 地 跟 踪 导 致 问 题 的 事 件 。 因 此 , 操 作 员 能 够 更 快 速 、 更 轻 松 地 执 行 错 误 识 别 和 恢 复 任 务 , 从 而 减 少 意 外 停 机 时 间 及 相 关 成 本 。 相 反 , 传 统 以 太 网 网 络 中 没 有 全 球 时 钟 或 对 时 间 的 共 同 理 解 。 实 际 上 , 每 个 设 备 都 有 自 己 的 内 部 时 钟 , 即 自 己 的 时 间 概 念 。 因 此 , 错 误 会 随 着 时 间 的 推 移 而 累 积 , 导 致 时 间 漂 移 , 并 使 处 理 器 失 去 同 步 。 关 于 CC-Link 合 作 伙 伴 协 会 (CLPA) CLPA 是 一 家 成 立 于 2000 年 的 国 际 组 织 , 致 力 于 CC-Link 系 列 开 放 式 自 动 化 网 络 的 技 术 开 发 和 推 广 。CLPA 的 关 键 技 术 为 CC-Link IE, 这 是 世 界 上 第 一 个 也 是 唯 一 一 个 用 于 自 动 化 的 开 放 式 千 兆 以 太 网 。 得 益 于 其 无 与 伦 比 的 带 宽 , 它 是 工 业 4.0 应 用 的 理 想 解 决 方 案 。 目 前 ,CLPA 在 全 球 拥 有 3,400 多 家 会 员 公 司 。CC-Link 是 亚 洲 领 先 的 开 放 式 工 业 自 动 化 网 络 技 术 , 在 欧 洲 和 美 洲 的 受 欢 迎 程 度 不 断 提 升 。 14 WORLD OF INDUSTRIES 2019

CC-Link IE TSN 通 过 改 善 通 信 功 能 和 同 步 精 度 , 优 化 了 世 界 上 第 一 座 开 放 式 千 兆 工 业 以 太 网 CC-Link IE 已 经 能 够 提 供 的 优 势 。 01 CLPA 欧 洲 区 总 经 理 John Browett 研 究 TSN 如 何 在 网 络 中 创 建 同 步 , 以 及 如 何 使 工 业 自 动 化 应 用 受 益 量 。 因 此 , 它 为 非 循 环 流 量 和 实 时 控 制 流 量 提 供 了 最 佳 的 通 用 通 信 通 道 , 随 着 第 四 次 工 业 革 命 , 即 工 业 4.0 的 普 及 , 这 两 种 流 量 将 继 续 增 加 。 得 益 于 这 项 技 术 , 制 造 商 可 以 通 过 开 放 式 工 业 以 太 网 网 络 中 能 够 提 升 性 能 、 连 接 性 和 智 能 化 的 日 益 普 及 的 开 放 式 系 统 提 高 自 身 竞 争 力 。 照 片 :CLPA 不 仅 仅 是 同 步 所 有 时 间 感 知 网 络 设 备 之 间 的 可 靠 时 间 同 步 为 所 有 其 他 TSN 密 钥 功 能 提 供 了 基 础 。 特 别 是 ,IEEE 802.1AS 提 供 了 一 种 支 持 IEEE 802.1Qbv“ 预 定 流 量 增 强 ” 标 准 的 强 大 机 制 。 这 定 义 了 如 何 有 效 地 调 度 数 据 流 量 队 列 , 并 确 定 时 序 要 求 严 格 的 帧 的 准 时 交 付 的 优 先 级 。 此 过 程 依 赖 于 时 间 感 知 整 形 器 (TAS), 它 检 查 每 个 帧 的 VLAN 标 记 优 先 级 字 段 , 并 将 消 息 分 配 给 合 适 的 优 先 级 队 列 。 之 后 , 这 些 消 息 将 在 调 度 中 获 得 定 义 。 每 个 队 列 中 的 数 据 传 输 在 调 度 时 间 窗 口 期 间 执 行 , 同 时 阻 止 其 他 队 列 传 输 。 通 过 这 种 方 式 ,TAS 可 确 保 循 环 消 息 免 受 来 自 非 循 环 流 量 的 干 扰 , 从 而 避 免 任 何 延 迟 或 无 法 传 递 可 能 中 断 应 用 程 序 甚 至 整 个 生 产 过 程 的 时 间 关 键 消 息 的 情 况 , 甚 至 能 够 优 化 通 信 周 期 时 间 , 因 为 具 有 相 似 优 先 级 的 不 同 帧 可 以 获 得 同 时 发 送 。 因 此 ,TAS 和 固 定 流 量 调 度 替 代 采 用 冲 突 检 测 (CSMA / CD) 方 法 的 传 统 载 波 侦 听 多 路 访 问 。 过 去 以 太 网 所 使 用 的 这 种 方 法 会 阻 碍 确 定 性 。 https://eu.cc-link.org www.dmaeuropa.com Tel.: Tel.: +49 (0)4743/2769 27690 · · www.astro-motoren.de Zu Land, On land, im Wasser, at sea, under unterwater, Wasser, in in theder airLuft andund in space im Weltall - Small Elektrokleinmotoren electric motors according bis 200 Watt to customer nach Kundenwunsch requirements. 成 功 的 TSN 实 施 最 近 实 施 TSN 的 领 先 且 具 有 开 创 性 的 开 放 式 工 业 以 太 网 技 术 之 一 是 CC-Link IE TSN。 这 是 围 绕 ISO/OSI 第 3 至 7 层 构 建 的 技 术 , Fortschritt hat unser Tempo 其 采 用 先 前 描 述 的 IEEE 802.1AS 和 IEEE 802.1Qbv 第 2 层 标 准 。 CC-Link IE TSN 通 过 改 善 通 信 功 能 和 同 步 精 度 , 优 化 了 世 界 Unsere modularen Elektro-Kleinmotoren und Getriebe ASTRO bauen Motoren wir GmbH in Millionen & Co. KG Debstedt · Große Beek 7 · 27607 Geestland Kombinationen – passgenau zu den AnforderungenTel.: jedes (0)47 43 Kunden. / 27 69 · astro@astro-motoren.de 上 第 一 座 开 放 式 千 兆 工 业 以 太 网 CC-Link IE 已 经 能 够 提 供 的 优 势 。 例 如 , 这 种 创 新 解 决 方 案 可 以 实 现 低 至 31.25μs 的 周 期 时 间 , 同 时 鉴 于 其 千 兆 带 宽 , 可 以 无 故 障 地 处 理 非 循 环 流 2017 Debstedt · Große Beek 7 · D-27607 Geestland · Germany Tel.: +49 (0) 4743 27690 · astro@astro-motoren.de www.astro-motoren.de WORLD OF INDUSTRIES 2019 15 ASTRO.indd 1 25.03.2019 13:05:23

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