基于TSN的融合网络优势分析

作者 | Thomas Burke

工业通信协议正在不断改进和增强新的功能，以为最终用户提供改进数据采集和获取新数据源的途径。

访问设备是询问设备以获取数据时面临的最后一个挑战。工业自动化系统通常将设备与控制网络隔离，以帮助最大限度地提高性能和可靠性。然而，这些隔离网络限制了访问数据的能力，要求控制器成为控制设备有限数据的代理。电机和驱动器等控制设备的功能越来越强大，产生的数据也越来越多。运营数据对资产管理很有价值；周期数据对生命周期监控也非常有价值。

在对系统进行编程和调试时，虽然其中一些数据是可用的，但工业通信协议正在改进，为访问新的数据源开辟了途径，这些数据源在系统运行时可用，而不仅仅是通过配置软件获得。

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TSN有利于控制系统的数据采集

2018年，以太网通过时间敏感网络（TSN）规范获得增强。TSN提供设备时钟同步、流量优先级和流量整形功能。这使设备能够协调其通信调度，抢占流量，并中断大型传输，以穿插更高优先级的消息。这种功能组合使以太网能够应用于最苛刻的通信领域之一，即控制器和运动控制所需组件、以及其它设备之间的通信。

以太网最初的优势包括低成本布线、易用性和灵活的架构。对于同一个网络上的所有设备，真正的优势是从已经受控的元件上直接访问数据。

TSN提供的核心优势是确定性和融合。确定性是支持工厂车间时间关键型通信的基础，并通过最大限度地减少延迟和抖动来确保数据交付。融合使公司可将不同流量类型合并到同一个网络上，而不会影响车间通信的性能。这对于共享运营见解，从而提高整个企业的过程透明度至关重要。这种数据访问可用于获得见解，以优化制造设备、设施和整个组织。

由于TSN是标准以太网的扩展，它还可以与现有的网络技术和设备进行互操作。因此，它可以与现有设备一起使用，从而减少系统投资。来自多家供应商的支持TSN的交换机，能够将高性能流量分段以控制网络，同时继续允许后台“合并”流量用于数据采集。

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融合网络的四大优势

合并流量意味着无法共存的协议的组合，例如简单网络管理协议（SNMP）和其它非确定性通信，如数据或视频流量所需的通信。我们会见到很多协议的共存，如OPC UA、EtherNet/IP、Profinet、SLMP和任何形式的标准以太网流量。

融合网络下的数据采集具有四大优势：

1. 以前为确保确定性能而被隔离在控制网络之外的控制设备，现在可以被寻址，并可被其他应用访问，以用于高级分析和数字孪生。

2.设备正变得越来越智能和复杂。这些都需要管理，并且可以通过连接来实现。

3.通过使用通用网络简化了架构，改进了部署。

4.通过简化架构，减少故障检修和成本。

▲图：融合网络的优势包括从隔离设备、托管设备获得数据分析、改进部署和更简单的架构等。

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利用TSN改进数据可访问性

基于TSN的以太网能够开发和使用更智能的机器，提供更多的运营数据。增加新的数据采集功能将带来更多竞争优势。

TSN从根本上增强了以太网的功能。领先的技术供应商已经提供了以太网输入/输出（I/O）芯片组和固件，以便开发基于TSN的新设备和基础设施组件。很多自动化供应商已经在其产品中采用了这些组件，包括可编程逻辑控制器 (PLC)、I/O和运动控制。概念验证已经展示好几年了，运动控制确定性达到新的水平，直接提高了产品质量。现在，用户可以在同一条线路上集成视频和确定性控制通信。

这一技术趋势为机器设计师和制造商提供了许多商业机会。选择具有TSN功能的产品，机器设计师可以增加其市场占有率并获得竞争优势。

机器设计师可以从领先的供应商那里选择产品，来设计基于TSN的解决方案。得益于软件和简单的硬件修改，可以更新现有的工业控制系统以支持这些优势。

工业通信需要面向未来，并实现更高水平的性能。机器设计师和制造商应该跳出框框思考，尽早应用这项新技术，以获得明确和可衡量的竞争优势。他们需要立即采取行动，提供与TSN兼容的产品，或升级具有TSN功能的现有机器。这样，他们就可以帮助客户创建未来工厂，同时在快速增长的市场中提高竞争力。

组织不需要将整个企业转换为TSN。它有自己的位置，在需要性能和数据可访问性的功能孤岛中。TSN将这些孤岛通过交换机连接到企业网络，将两个世界有效地结合在一起。企业不需要在整个工厂范围内转换为 TSN。它有自己的用武之地，在需要性能和数据可访问性的功能孤岛。这些 TSN 岛屿可通过交换机与企业网络桥接，将两个世界简洁有效地连接起来。

审核编辑：黄飞