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基于TSNPROFINET路线图

 

目前,集成TSN(时间敏感网络)功能的PROFINET V2.4规范已经发布,PI正在持续的推进开发更多的模块,市场发布正在筹划中。。

 

TSN“工业自动化”行规正在基于用例开发中,这些用例采用了IEEE以太网标准。“IEC/IEEE 60802”是IEC和IEEE的联合工作组,它正在为TSN定义适当的功能,并实现TSN网络融合的组态机制

 

此外,当前版本的PROFINET规范正在作为IEC-61158维护周期的一部分进行更新。该规范构成了创建测试用例实现用于认证目的的PROFINET测试器的基础。

 

在此基础上,供应商正在全速推进其PROFINET解决方案。除了在展览会上进行DEMO演示以外,还举办了各种各样的培训课程和面向开发人员的研讨会,以提供更多的详情信息和有关规范的后续进展。

 

 

TSN机制令人兴奋之处在于它的应用。

 

开放的问题,比如

 

  • 如何构建TSN网络以及如何对其进行配置?
  • GBit意味着什么?如何去连接现有设备和系统组件?
  • 如何在同一步骤中实现与叠加系统(比如云/边)的垂直通信?

 

PI提供了这些问题的答案,那就是TSN为现场PROFINET通信提供了面向未来的通用的第二层(数据链路层)技术。

集成在PROFINET中的TSN是如何运行的?

 

许多用户最近在问为何TSN(时间敏感性网络)是未来自动化任务的通信平台。简而言之,TSN使得在通用以太网上实现了IT和OT应用的融合及稳定运行

 

为什么TSN是非常必要的?

 

随着工厂的发展,许多其他的组件正在集成到工厂中,比如病毒扫描程序。由于标准以太网(TCP/IP)可能包含了大量的数据包,并且不具备实时功能,因此诸如病毒扫描之类的操作会给网络带来非常大的压力。如果传输通道中存在较大的TCP/IP数据包,将会阻塞传输通道致使实时数据包无法优先进行传输。这样不仅会延迟每个交换机中的数据包传输,而且会导致设备间的数据堵塞。

 

 

简化复杂性

 

TSN具有诸如更高带宽、确定性、灵活的网络配置,以及广泛的可选芯片等面向未来的IEEE以太网技术优势。不过,用户的期望是继续使用成熟的PROFINET技术和现有架构。因此,PI不仅要实现TSN的集成,还需要确保这种技术升级尽可能的简化,以保证对未来工业4.0用例的灵活性。

 

 

用户会更轻松

 

好消息是用户的实际操作会更加容易。当前,网络配置(比如定义从控制器到设备的通信路径)是工程的一部分。未来,这部分任务将会转移至PROFINET设备的软件中,将会是控制器或设备运行中的一部分。

 

这不仅使用户操作更轻松,而且还增加了灵活性。用户只需要为网络定义简单的规则,就可以进行配置计算。

 

包括:

 

  • 选择工作时钟主站(典型的PLC)
  • 数据传输速率(比如100M 或1G)
  • 域名
  • 规划刷新周期

 

这些设置都可快速实现,特别是它们是针对整个网络(整个域)而非某个设备,这必将会大大减少工作量。在工程化过程中,不再需要创建目标拓扑,但是如果需要的话,仍然可以创建拓扑。与此同时,为今天的自动化开发和集成使用相应的TSN机制,本身就是十分先进的。

 

与工业自动化相关的重要功能已经包含在标准中了,将会很快的集成在标准芯片中。这对控制器来说开辟了全新的应用领域和硬件设计。此外,使用这种标准芯片能够更加灵活的实现现场设备。

 

 

当前状态

 

PI的目标是将TSN集成在PROFINET架构中的数据链路层,该目标已经在PROFINET V2.4规范中实现。该规范包含的3部分文件均已完成,可以在PI网站上进行下载。

 

这使得制造商和用户能够以互操作的方式实现TSN的优势。PROFINET设备的制造商只需简单的使用相应的模块、堆栈或者现成的技术模块即可实现TSN,这意味着他们无需了解细节,甚至不需要自己去实现。因此,设备制造商能够轻松地将TSN集成在现有的PROFINET产品组合中

 

当然,规范仍将会在常规的年度维护过程中进行持续性的维护,以便能够公开、全面地集成客户新的需求、现场经验和技术开发。TSN指南对TSN的应用提供了简单的说明。

由于TSN属于数据链路层,在其之上的通信模型将保持不变。因此,带有参数化、诊断或者设备模型的PROFINET用户视图也是保持不变的。位于上层的行规也不受影响,比如PROFIsafe.

 

设备

设备制造商可以将一致性类别D描述的基于TSN的PROFINET作为附加功能集成在现有设备中,或者是发布仅带有一致性类别D的新设备。

5-7:会话层/表示层/应用层  

PROFINET服务(IO,报警,记录等)

4:传输层

3:网络层

2:数据链路层

1:物理层

此页是一些常见问题

 

 

1.TSN相对于今天的以太网有什么优势?

具有TSN的以太网本质上通过“服务质量”(比如带宽预留)、时间同步以及低延迟、甚至是无缝冗余等议题,扩展了现有的以太网机制。应用程序在网络上注册它们的通信需求,并确保网络具有各自所要求的QoS。

然后,各个连接在数据流中运行,通过交换机内存的资源分配享有带宽预留。原则上,每个数据流都可被赋予实时功能。得益于数据流的封装,TSN可以在单个网络中并行地运行多个具有实时能力的协议,这也被称为网络融合。

这与当前基于以太网的实时协议(例如PROFNET)的根本区别在于,当前网络仅允许PROFINET作为唯一的实时协议(基于TCP / IP的流量之除外)。

 

 

2.TSN会替代PROFINET吗?

TSN不会替代PROFINET

PROFINET从一开始就基于IEEE标准,而TSN技术作为IEEE标准的一部分,是对PROFINET数据链路层有益扩展。PROFINET提供自动化所必须的服务,比如周期或非周期性数据、报警/诊断、参数化等,仅具备TSN的IEEE机制是无法提供这些服务的。

因此,TSN不是PROFINET的竞争者,而是可以使用PROFINET或者OPC UA等通信协议的IEEE基本机制。PROFINET本身能够利用TSN网络并从中受益。

 

 

3.未来TSN会替代PROFINET IRT吗?

单独的TSN永远无法取代PROFINET,因为它仅仅是通信协议运行的基础技术。

除了RT和IRT,PI已经在致力于推动基于TSN的PROFINET了。

TSN对数据链路层的实时机制进行了标准化,在现有的以太网现场总线中。这些实时机制是通过特殊硬件来实现的,比如PROFINET IRT。基于TSN的协议在未来将能够通过符合IEEE标准的硬件来运行,甚至是时钟同步应用。因此,基于TSN的PROFINET不仅具备PROFINET IRT的优势(时间精确性、再现性、带宽预留、诊断),而且是基于标准硬件的。

当然,RT和IRT机制将继续作为PROFINET规范的一部分,并从PROFINET创新中获益。

顺便说一下:

基于TSNPROFINET不仅解决了IRT应用(同步时钟运动控制应用),而且解决了RT的应用。

 

 

4.何时能够看到第一个实际应用案例?

当工业行规IEEE/IET 60802 被正式批准的时候(2021年起),该标准定义用于工业自动化领域的TSN服务

5.TSN需要特殊的以太网处理器吗?还是当前的标准以太网组件即可?

TSN需要一个“支持TSN”的硬件组件;目前安装的以太网组件通常无法通过软件扩展到TSN。

但是,可预见的是未来的“标准以太网模块”将是支持TSN的以太网模块。这也是PI推动PROFINET基于TSN的动力之一。

所有知名设备制造商已经开始或至少宣布了开发基于TSN机制的硬件设备。这为制造商各种设备的硬件设计提供了广泛的可能性

基于TSNPROFINET指南

本指南为设备或堆栈开发人员提供了初步的指导,以加速开发基于TSN的PROFINET的全新设备。

更多信息

  https://www.profibus.com/download/profinet-over-tsn/

 

 

基于TSNPROFINET规划指南

 

该指南的面向对象是从事TSN规划/工程化工具/设备的PROFINET开发经理和开发人员(会员可免费下载)

更多信息

https://www.profibus.com/download/profinet-over-tsn-scheduling/

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