Endüstriyel Ağlama Şafakı: Perrietary Systems ve Fieldbuses
Ubiquitous Ethernet çağında, her cihazdan merkezi bir kontrol kabine kadar çalıştırılan fabrika zemini.Bu yaklaşım pahalıydı, hızlı bir şekilde üretim hatlarında gerekli esnekliğin eksikliğini ortadan kaldırmaktı.
Dijital alanbus ağlarının orta-1980'lerde tanıtılması, ilk büyük sıçramayı işaret etti.(Fybus)Profibus) (Process Field Bus), Siemens tarafından geliştirilmiş ve Profibus & Profinet International tarafından desteklenen ve [[Döneticileri tarafından oluşturulan diğer önemli oyunculara erişim sağladı.[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli kablolar[Dönemli kablolar)[Dönemli bir kablo üzerinden iletişim kurmak için izin verdi.
Bu alanbuslar çok basitleştirilmiş kablo ve geliştirilmiş tanılar olsa da, her standart genellikle yüksek hızda yapılan özel yapılandırma yazılımı ve özel taksilemeler için gerekli olan bir cihaz ve bir DeviceNet ağının ana kadar pahalı olmayan, karmaşık ağ geçitleri için mevcut değildi. Veriler, tipik olarak 1 Mbps'den 12 Mbps'ye kadar yükseldi, yüksek hızda yapılan yüksek hızda yapılan yüksek hızlı otomasyon, vizyon sistemleri ve veri yoğun kalite güvencesi için elde edilen alan için yetersizdi.
EtherNet/IP: Ortak Endüstri Protokolünü Çıkarın
Ethernet'de endüstri kontrolü standartlaştırmaya iten, 1990'ların sonlarında ve 2000'lerin başında birçok rakip "Standart Ethernet" standartlarının geliştirilmesine yol açtı.En başarılı olan arasında EtherNet/IP[DÜcretsiz Sanayi Protokolü) "EtherNet/IP[DÜŞÜNCÜcretsizce, sağlam bir şekilde haritalar ve sağlam bir uygulama katmanı protokolü tarafından geliştirilen ve "CFLT:3" (İngilizce)
Bu strateji EtherNet/IP'e birkaç acil avantaj sağladı. Hızlı ve açık (konuşturma ve tanı) TCP'yi garanti altına almak için tek bir ağa zaman-kırık kontrol kartlarına izin verdi. Hem iklim kontrolü (gerçek zamanlı I/O) hem de UDP'yi yüksek hızlı performans ve açık (konuşturma ve tanı) standart Ethernet altyapısı için mesajlaşmayı kullanarak, standart bir şekilde kontrole ve tüm endüstriyel tasarımlara ve uygulama gereksinimini kullanarak, standart kontrole ve kontrole karşı korumayı başardı.
Temel Meydan: Determinism vs. En İyi Effort
Problemin kalbi, IEEE 802.3 Ethernet standardının orijinal tasarım felsefesinde yatıyor. Standart Ethernet, her iki cihazın da yeniden başlatmaya çalışmadan önce rastgele bir geri dönüş süresi beklemekte bulunuyor.Eğer iki cihaz aynı anda verileri iletmeye çalışırsa, bir çarpışma meydana gelir.The Carrier Sense Multi Access with Collision Detection (CSMA/CD) protokolü bunu her iki cihazın da kullanıcıya tekrar aktarmaya çalışmadan önce rastgele bir geri çekilmesini bekler.
Ancak fabrika zemininde, böyle bir jitter ve geçncy felakettir. Yüksek çözünürlükte bir sistem koordineli bir robot kolu, 31.25 mikrosaniyeyi değiştiren bir pozisyon güncellemesini gerektirebilir.Kayıtlı veya gecikmiş bir paket, mekanik titreşime yol açan, iş parça hasara yol açabilir veya acil durum duraklamaz.Bu çözümler daha yüksek hassasiyet için iteratif olarak, CSMA/CD'de rastgelelik doğal bir sorumluluk haline gelir.
Gerçek zamanlı EthernetTime Ethernet: Timing Problemine Perrietary Solutions
Zor gerçek zamanlı uygulamalar için gerekli olan belirsiz iletişim elde etmek için, birkaç standart beden ve satıcılar özel protokolleri geliştirdiler.Bu "Real-Time Ethernet" (RTE) standartları standart olmayan Ethernet'i besleye etmek için farklı yaklaşımlar aldı.Üç önemli örnek:0)EtherCAT)
- [FONT=0]EtherCAT[DÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ
- [FONT=0)PROFINET IRT[[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSTÜSİAD: 0 0 0 0 3 ), Siemens ve Profibus & Profinet International tarafından geliştirilen, farklı bir yaklaşıma sahiptir. Tüm katılımcı anahtarlamalı bir "kırmızı aşama", standart TCP/IP trafiği için iletişim döngüsünü ayırmaktadır.
- [FONT=0]Sercos III[Dönetici Gerçek zamanlı İletişim Sistemi) EtherCAT'a benzer bir "seçmişlik çerçevesi" yaklaşımı kullanır, ancak yüksek kullanılabilirlik için kırmızı ring topoloji destekler.
Tüm bu çözümler etkilidir. Uygun bir şekilde yapılandırılabilir EtherCAT veya PRONET IRT ağı nanosaniye aralığında jitter elde edebilir. Ancak, bu avantajlar bir maliyetle gelir: satıcı kilit-in, özel donanıma, karmaşık ağ mühendisliğine ve standart bir IT ağlarına bağlı olarak bir araya gelme kabiliyetine sahiptir. Her RTE standardı kendi dilini konuşur ve onları kabul eden bir meydan okuma olmaya devam eder.
Zaman-Sensitive Networking (TSN): Bir Birleşik Standart için Quest
Endüstri otomasyon ağlarının parçalanmasının cevabı, Time-Sensitive Networking (TSN)) tarafından geliştirilen bir protokol değil, ancak profesyonel ses / video stüdyoları için standart olarak geliştirilmiş olan IEEE 802.1 Ethernet alt standartları ile karşı karşıyadır.
TSN'nin temel felsefesi daha önce özel çözümlerden radikal bir şekilde farklıdır. Ethernet çerçeve yapısını değiştirmek veya standart 100 Mbps, 1 Gbps veya daha yüksek hız Ethernet donanımına sahip olmak için özel bir silikon kullanmak yerine, standart ofis trafiği, yüksek hacimli bir anahtarlama verileri IIoT sensörlerinden öncelik verebilir ve sabit olmayan gerçek zamanlı hareket kontrol paketlerini kullanarak.
TSN Work'ı yapan Anahtar Alt-Stajlar
TSN, bir araç kutusu standartları tarafından tanımlanır, her biri determinist iletişimin belirli bir yönünü ele alır. Birkaç önemli bileşeni anlamak gücünü uygulamanız önemlidir.
- [FONT=0]IEEE 802.1AS: Saat senkronizasyonu (Genelleştirilmiş Hassas Zaman Protokolü, gPTP) Bu, herhangi bir TSN ağının temel blokudur. Tüm cihazları ağdaki bir mekanizmayı alt-mikrosaniye doğruluğu ile senkronize etmek için sağlar. End istasyonlar ve anahtarlar, saat gecikmeleri ölçmek için zaman zaman çizelgesini ve doğruyu ölçmek için zaman çizelgesini değiştirir.
- [FONT:0]IEEE 802.1Qbv: Zaman-Aware Shaper (TAS)) Bu, standart arka trafik için açılan mekanizmadır. 802.1Qbv, egress geçişlerinin her döngüde tekrarlanmasının, kuyruklı trafikten gelen müdahale olmadan, yüksek sermayeli kontrol trafiğinin açılması ve standart arka plan trafiğinin kapatılmasını sağlar.
- [FONT:0]IEEE 802.1Qci: Per-Stream Filtreleme ve Policing) Ağı yanlış yapılandırılmış veya arızalı cihazlardan korumak için, 802.1Qci, belirli veri akışlarında bant genişliği limitlerini izlemek ve uygulamak için izin verir.Eğer bir sensör çok fazla veri yayınlanırsa, TSN geçiş otomatik olarak onları daha düşük öncelikli bir kuyruka bırakabilir veya yeniden yapılandırır.
- [FONT=0}IEEE 802.1CB: Network Replication ve Elimination for Reliability (FRER)[Dönetici:0) için 802.1CB, her paketi tekrarlar ve ağ üzerinden iki kopya gönderir. Alıcı cihazı, ilk kopyayı geri getirmek ve tekrar kartı azaltmak için ilk kopyayı kabul eder.
Bu standartlar, akış rezervasyonları için diğerleri ile birlikte (802.1Qat) ve bağlantı-yerel kayıt (802.1CS), güçlü bir araçta bir araç serisi oluştururlar. Ağ mühendislerinin gecikmeli, sıfır paket kaybı ve hata toleransı, standart Ethernet donanımında tasarım sistemlerine izin verirler.
TSN Standart Ethernet üzerinde Deterministic İletişim Nasıl
Doğru olmayan, en iyi performans standart Ethernet'den bir TSN-managed deterministic a network'ün nasıl işlediği konusunda temel bir değişikliktir. Standart bir ağda, çoklu veri akışları egress port bant genişliği için rekabet edebilir.The switch's buffer fills, and packages are kuyrukd "ilk in, ilk önce" veya basit bir öncelik queuing (802.1p).
TSN bu içeriği 802.1Qbv'de tanımlanan zamanlama yoluyla ortadan kaldırır (Time-Aware Shaper). Tüm anahtarlar ve son istasyonlar 802.1AS üzerinden bir master saati ile senkronize edilir.Görünen geç saatlere ve bant genişliğine dayanarak, merkezi bir yapılandırma aracı kesin bir program hesaplar.Bu tahminin her zaman "gerçek zamanlı" olarak değiştirileceğini belirler.
Ayrıca, TSN yakınlaşma için tasarlanmıştır. Çünkü kontrol trafiği kesinlikle 802.1Qci tarafından planlanır ve korunur, kalan bant genişliği ve zaman slotları diğer protokollerin maliyetini ve karmaşıklığını azaltır.Tek bir kablo, bir OPC UA yapılandırma güncelleştirmesi, standart bir HTTP web sitesi ve bunların herhangi biri ile birlikte geçici kontrol döngüsü olmadan seslendirmek için kullanılabilir.
TSN'nin Endüstri ve Profesyonel Peyzaj üzerindeki Etkisi
TSN'nin yuvarlanması, endüstriyel otomasyon, şirket içi ağlarda otomotiv ve profesyonel ses / video. Fabrika sahipleri için birincil fayda, Operasyonel Teknolojisi (OT) ve Bilgi Teknolojisi (IT) ağlarının yakınlaştırılmasıdır. TSN, aynı açık dili şirket veri merkezi olarak konuşmanıza olanak sağlar. Bu basit ağ mimarisi, donanım maliyetlerini azaltır ve tahmin edici bakım ve dijital ikizler için doğrudan bulut bağlantı gibi güçlü yeni uygulamaları sağlar.
Otomasyon satıcılar için, TSN, iş modellerinde bir değişim temsil ediyor.Müşterileri özel bir gerçek zamanlı protokole kilitlemek yerine, satıcılar artık farklı iş üreticilerinin değerlerine ve sensörlerine odaklanabiliyorlar, açık TSN taşıma katmanı gibi büyük organizasyonlar.
TSN ve Mevcut Protokollerin Evrimi (Profinet, CC-Link, OPC UA)
TSN'nin en pragmatik avantajlarından biri, mevcut uygulama-katıl protokolleri terk etmek zorunda değildir. Bunun yerine, otomasyondaki liderler TSN'yi yürütmek için protokolleri adapte ederler.
- [FONT=0) TSN'nin üzerindePROFINET[[Dönetici: PNT=FONT=0) aynı performans seviyesini korumak için standart TSN'nin çalıştırılmasına izin verir.
- [FONT=0)CC-Link IE TSN[[Dönetici: Japon otomasyon konsorsiyumu CLPA, TSN özelliklerini kullanarak gigabit bant genişliğini bir araya getirmek için ilk oldu. Aynı ağda standart TCP/IP trafiği desteklerken 802.1Qbv kullanır.
- [FONT=0]OPC UA over TSN[[Dönetici: Open Platform İletişimi (OPC UA), platforma bağlı, güvenli veri değişimi için standarttır. TSN ile birleştirildiğinde, geçici iletişim katmanı olarak kabul edilebilir, gerçek zamanlı "peer-to-peer" iletişim, doğrudan sensörler, kontrolörler ve bulut platformları.
Endüstri Ağlarının Geleceği: TSN, 5G ve Endüstri 4.0 Yolu
Endüstri ağının evrimi çok fazla. TSN telli deterministic back Bone, ancak modern fabrika kablosuz esnekliği talep ediyor. TSN'nin yakınlığı, TSN'nin sıfırlanmış bir köprü olarak hareket etmesine izin veriyor.Bu, mobil robotlara, yönlendirilen araçların (URLLC) ve telli makinelere katılmak için kablosuz sensörlere olanak sağlıyor.
Bir Converged Dünya'da Güvenlik
IT ve OT ağlarının yakınlığı da saldırı yüzeyi genişletiyor. Yoğun güvenlik olmadan, uzlaşmacı bir ofis dizüstü bilgisayar, TSN kontrollü robot hücresi teorik olarak etkileyebilir. Future TSN dağıtımları giderek artan bağlantının güvenlik standartlarına entegre hale geliyor, çünkü IEC 62443 serisi endüstri iletişim ağı güvenliği için. Network segmentasyon, cihaz doğrulama (802.1X), ve şifreli iletişim (IPsec veya TLS) güvenlik ve güvenlik maliyetine ulaşmamasını sağlamak için entegre edilmiştir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Özel alanbuslarından EtherNet/IP'e kadar olan yörünge, şimdi Zaman-Sensitive Networking'in açık, deterministic ekosistemine ulaşırken, sürekli olarak dijital tasarım için sürekli olarak ihtiyaç duyulan ve daha güvenilir sistemler sağlar.Gerçek zamanlı Ethernet protokolleri, gelecekteki fabrikalar için zaman çizelgesini başarıyla çözdü. TSN olgunlaşır ve UPC'nin davranışını standartlaştırır.