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TSN 时间敏感网络:推动工业自动化系统架构的变

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Moxa

TSN

择要:数字化厘革正在为工业自动化和工业临盆带来振奋民心的新机遇。无论是前进资产使用率,照样从“产品即办事”模式中攫取新商机,这场厘革将为您带来所需的统统。

数字化厘革正在为工业自动化和工业临盆带来振奋民心的新机遇。无论是前进资产使用率,照样从“产品即办事”模式中攫取新商机,这场厘革将为您带来所需的统统。

然而,要想充分发挥数字化厘革带来的上风,构建一个交融 IT 和 OT 技巧的工业互联网必弗成少。经由过程连通机械设备、临盆车间、企业治理等各层级的工业互联网,可以实现数据的采集、传输、可视化、阐发,从而在精确的机会和地点做出精确的决策。

为此,工业收集不仅必要承担传统的工业节制系统实时通讯,而且还必要承担大年夜数据采集和传输的义务,这就必要一个真正能够“一网到底”的高带宽、低延迟切实着实定性收集,而传统的标准以太网和各厂商主导的专有实时以太网均无法满意这样的需求。

更确切地说,未来统一的收集根基举措措施要具备确定性通讯能力,包管机能和办事质量能与导致当前自动化孤岛征象的各厂商专有协议水平相称,以致优于专有协议。令人欣喜的是,举世的一些标准组织和自力供应商均已熟识到互联互通的潜在益处,正联袂为工业收集开拓全新的统一根基——光阴敏感收集(Time Sensitive Network,简称 TSN)。

作为工业通讯领域的领先厂商,Moxa 不停在介入 TSN 相关标准的拟订以及测试床的扶植,而且刚刚毅刚烈式宣布了两款 TSN 互换机,将 TSN 真正的落地利用又推进了一步。为了懂得 TSN 当前在举世的成长现状和最新进展,TSN 可以为工业用户带来哪些详细代价,作为用户,又该若何构建一个 TSN 收集?带着这些问题,我们采访了 Moxa TSN 中国区产品经理张杰,就 TSN 的热点问题进行了探究和交流。

TSN 将推动传统自动化架构的厘革

▎QUESTION1

CEC问:TSN 是当前工业通讯领域的热点话题,为什么 TSN 会引起这么多人的关注?

张杰:TSN 是公认的下一代工业自动化收集根基架构之一。顾名思义,光阴敏感收集,在光阴上它主要确保了紧张的节制旌旗灯号和数据能在节制系统吸收的响应光阴范围内,进行确定性的传输。假如我们传统的工业收集没有厘革,将受限于收集的机能,无法将本日工厂里面种种数据都尽数网络,收集的交融、大年夜的工业互联网系统构建都没法子实现。TSN 是数据的利用布局最大年夜化、效益最大年夜化的一个条件,它冲破了曩昔高机能的实时以太网照样独占封闭协议的毛病,在标准以太网上实现了高带宽、确定性传输,是以被大年夜家认可。

第二点,从用户的层面来讲,TSN 也切实着实办理了许多实其着实的问题。TSN 除了从根本上办理了在标准以太网里,节制系统没法子跟全部工厂收集交融的大年夜问题。对用户来说,标准统一的收集举措措施会让用户拥有更多的选择。是以 TSN 不管是从资源效益,照样从全部工程的实施上都有浩繁裨益。

▎QUESTION2

CEC问:那么 TSN 对工业自动化传统架构有何影响?又能若何推动工业自动化的厘革?

张杰:在今朝的工业自动化普渡模型(Purdue)中,从现场设备层、到节制层、临盆治理层、企业治理层呈一个金字塔布局,彼此伶仃的专有协议盘踞着各个层级。然而,这一模型为当前工业收集的根基举措措施带来了一系列寻衅。虽然自力的专有协议在自身专业领域的自动化方面上风显着,但各协议应用的“说话”不合,为实时通讯带来很大年夜难度。

图1. 今朝的普渡模型

在这一模型中,传统工业收集存在延迟和节制问题,不能“共享线路”,传输速率无法跨越 100 Mb/s,扩展性也是以受到影响。再者,各利用应用专有硬软件也会影响互操作性,增添掩护和运营资源。终极导致各层间难以实现系统集成和透明可视,对全部代价链造成晦气影响。

如今,企业需最大年夜程度维持敏捷机动、前进效率和迅速相应能力,来维持国际竞争力。这样就必要使用大年夜数据阐发得出的相关洞见,即时满意客户需求,以更低资源优化临盆。以是来自行业内部的需求,“自动化金字塔”正在向“自立型金字塔”转型,可实时针对市场和商业情况作出反映。在这一新布局中,彼此伶仃的自动化孤岛和收集数据流能经由过程同一说话和统一的根基举措措施互相通讯。

图2. 未来的普渡模型

而 TSN 的应运而生,使得这一新型自动化架构变得可能。支配 TSN 后,制造商无需再受限于将自身利用困于自动化孤岛的专有协讲和节制系统。全新的双向通讯流将逾越传统普渡模型中的水平与垂直隔层,开启工业利用一体化新期间。

TSN 将给用户带来哪些代价?

▎QUESTION3

CEC问:在实际利用上,TSN 可以给用户带来哪些代价呢?

张杰:总的来说,在收集层面,TSN 是对传统收集的提升,在安然性、实施确定性、靠得住性等机能提升外,客户还可以实现即插即用。在治理能力层面,用户只必要明确自己的传输需求,收集就会自动下发需求,实现简单易用。

首先,TSN 实现了实时的集中节制。以往,传统的节制系统是相对封闭的自力布局,TSN 收集让系统在一个大年夜网里,实现微秒级的实时反馈,可以让支持 TSN 的 I/O 跟主站进行直接的信息交互和节制的反馈,省掉落很多中心远真个节制节点,实现数据的及时收受接收,支配、治理的效率也都邑大年夜大年夜提升。

第二,TSN 能实现机动扩展、即插即用。TSN 中的收集集中设置设置设备摆设摆设中间(Center Network Configuration,简称 CNC)自动认真了大年夜量的算法事情,用户不必要具备大年夜量的收集的专业常识。用户只需明确要达到的效果,就能够经由过程 CNC 自动完成设置设置设备摆设摆设下发和利用,全部收集布局也是以拥有了即插即用的机动性。

第三,TSN 实现了统一的收集和交融的利用。智能制造、大年夜数据都强调横向和纵向的打通,分外是横向,想让各个系统连到一个互通的收集里。由于有了 TSN,在曩昔封闭收集环境下的许多信息故障,如数据延迟、达不到应有的节制效果等问题都将不复存在,真正意义上地把工厂连了起来,提升了全部数据流畅运转的效能,拿到更多的数据,别的也节省全部工厂支配的用度。统一的收集能够交融更多的利用,它让数据流畅和利用加倍高效,经由过程数据对产能、质量和能效进行提升。

在利用层面,TSN 对终端用户带来的代价主如果体现在资源上。第一个是设备的资源,在以往的封闭收集里面,它会有一些绑定的资源:比如说我用了某一个实时的收集,可能成套的设备都是必要用这一家的,但 TSN 突破这个格局,它会在全部系统效能不变的环境下,加倍开放和统一,用户会有更多的选择。此外,TSN 会给收集布局带来深远的厘革,TSN 不仅削减了冗余设备及运维的资源,集中的节制也削减了收集运维和建构的资源。

▎QUESTION4

CEC问:今朝 TSN 在举世的成长和推广看似并烦懑,实际的环境若何?

张杰:切实着实,TSN 的推广必要必然的光阴。TSN 产品在开拓历程中会涉及到浩繁厂商,厂商各自拥有自己的标准和设计,将多个零部件组合成一个周详物件,必要经历长光阴测试和磨合。现如今,举世范围有 4 个范例的测试床,其初衷也是便于厂商聚在一路做设备的调试。只有这些大年夜厂之间先做到互联互通,才能够实现 TSN 利用真正的第一步——敢用。

对用户来说,没有人想当小白鼠。而对付财产来看,假如要做大年夜批量的支配,必然如果个成熟的规划。以是,TSN 厂商的设备是不是颠最后测试床的验证,跟各厂联通的调教和自己技巧本身的迭代和演进是否到位,是现阶段成长异常关键的一点!互通的测试是迟钝的,但也是必须的。

测试床规模的赓续扩大年夜,也赞助了产品本身赓续完善,匆匆进产品的正式上市和应用。例如海内的工业互联网财产同盟(AII)的 TSN 测试床,MOXA 也是第一批介入该测试床的厂商。今朝市道市面上能看到的 TSN 产品也已经越来越多,比如三菱、MOXA 等厂商都已经上市了正式的商用产品。当然,产品商用的成熟,也代表着 TSN 已经到了快速的成长阶段。此外,国家现在也有很多的政策试点、一些龙头的企业,包括未来 5G 的成熟等都邑推动 TSN 财产。总的来说,TSN 在海内的成长着实挺快的。

若何构建一个 TSN 收集?

▎QUESTION5

CEC问:对付 TSN 收集搭建,你有哪些建议?作为一个用户,若何构建一个 TSN 的系统利用呢?必要从哪里开始?

张杰:假如用户是行业的龙头,我们建议你必然要遇上 TSN 这趟列车,新的技巧会给全部自动化带来厘革性的影响,是以企业必要提前做好贮备。但假如中小企业,可以继承持有不雅望立场,等体系再成熟一点再去跟随。由于 TSN 不是一个收集设备的问题,它是系统利用级问题。对付构建 TSN 系统来说,抱负化的整个调换不太现实,一样平常都必要经历一个历程。

由于 TSN 是基于标准以太网,起先用户可能要经历 TSN 系统跟现有系统的共存阶段。一个完备的 TSN 平台,用户必须要具备和打通许多器械,包括终端设备必要支持 TSN 的硬件和 TSN 的协议,还要有对应的收集设备、软件定义和响应的用户定义界面等,是以对现有收集改造,用户可能要先从局部开始。

举个例子,比如你现有的系统在数据传输等方面老是出问题,或者现系统蓝本走总线,你盼望它实现收集化,你可以先把它变成 TSN 系统。亦或是,你可以在局部进行收集改造,由于收集可以在终端或端口打上 TSN 的标签,某些程度上也可以实现 TSN 的一些效能,这些都是提升收集效能的局部改动偏向。

Moxa TSN 产品的近来进展

▎QUESTION6

CEC问:Moxa 作为工业通讯领域的头部厂商,今朝在 TSN 领域扮演着什么样的角色?能为客户带来哪些代价?

张杰:Moxa 不停是工业通讯的引导者,基于此前在 TSN 上深耕多年的履历,介入了四个举世最具影响力的 TSN 互操作测试床项目,拥有大年夜量客户的沟通验证,我们也异常懂得工业客户在构建 TSN 系统时会碰到的艰苦。为实行研发立异工业连接技巧和办理规划的允诺,Moxa 与其他行业引导者深入相助,严格测试 TSN 的互操作性,努力确保开拓支配稳定靠得住。作为 OPC 基金会现场级通讯 (FLC) 指示委员会的初始成员之一,Moxa 全力支持将 TSN 等 OPC 统一架构扩展至现场级的倡议。

我们除了要给市场供给先辈靠得住稳定的 TSN 的设备和办理规划外,我们也会赞助客户,若何把 TSN 的系统构建起来,降服这些寻衅。作为设备供应商,我们仍盼望在 TSN 这种下一代厘革技巧上,能够给用户供给更多的咨询代价,能够赞助他们更好地创造代价。

▎QUESTION7

CEC问:浩繁通讯厂商已经宣布了 TSN 的互换机,这些产品已经能够正式投入应用了吗?Moxa 在 TSN 产品方面的进展是什么?

张杰:确凿,包括 Moxa 在内今朝举世范围内已经有三家实现量产的 TSN 工业互换机厂家。Moxa 今朝在海内已经正式上市了型号为 TSN-G5000 TSN 系列互换机,共有两款产品,一个是 4 口的,一个是 8 口的,都是全千兆以太网互换机。支持的协议包括 802.1AS(准时和同步)、802.1Qbv(流量调整的增强功能)和 NETCONF/YANG 标准。

Moxa TSN-G5000 TSN 系列互换机

实际上,一些厂家在现阶段还有很多测试床的磨合事情要做。只有经历赓续迭代的成熟产品,才能够确保在商用的时刻,不存在很多的问题,才能真正给客户带来代价,我感觉这点也是 TSN 产品能否量产和工业实际利用的关键。

Moxa 的 TSN 互换机并不是简单地将现成的 TSN 芯片功能集成再嵌入,也不是未成熟的工程机,而是基于富厚行业履历自立开拓,且已做生意业化量产的靠得住产品。

▎QUESTION8

CEC问:对付 TSN 的未来利用,您觉得有哪些趋势和前景?

张杰:今朝来看,“室外用 5G,室内用 TSN 是未来工业通讯技巧演进的路线和趋势。未来 5G 会往工业互联网上延伸,而 TSN 收集将认真工厂内网,从而打造内外一体的低延迟,高精度靠得住收集。当然,未来 5G 和 TSN 之间的协议层也有望被打通,届时全部工业互联网能够发挥更大年夜的使用代价,也将打开不一样的天下。

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