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TSN 助力 IIoT 和工业 4.0——不可不知的五件事

张杰     2021年3月25日
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制造业将在全球经济复苏中发挥至关重要的作用。看到隧道尽头的光明,相当多重量级制造企业正计划更快、更精准地扩大生产,应对日益增长的需求。然而,向好趋势能否持续将取决于企业是否愿意接受创新技术,不断提高生产效率、降低运维成本。

时间敏感网络 (TSN) 一直被视作助力工业 4.0 和工业互联网 (IIoT) 应用实现低成本、高效率生产的先进技术。2020 年,已开始使用 TSN 技术的业内先行者通过多次虚拟演示向世人展示,TSN 不是未成形的想法,而是已开始落地的真实技术。展望未来之前,下面这些要点信息将助您做出正确的投资选择。

▎问题 1  ▎采用 TSN 技术有何益处?

答:TSN 的两大宗旨是:一、整合周期性低延迟要求(时间敏感)的数据无缝纳入整个工业流程中;二、呈现整个企业的详细运行状态,帮助企业主实时快速响应市场需求。通过 TSN 技术,企业主可以实现这两个主要目标,并能享受以下收益:

  1. TSN 有助于实现高速网络、大容量数据传输、高精度运动控制和低延迟。
  2. TSN 可以对网络流量进行优先级排序,保证实时通讯,以便时间敏感数据在正确的时间传输至正确的位置上。由此,在基于标准以太网的工业自动化系统中,统一网络上融合应用这一目标得以实现,由统一网络为多种应用服务成为可能,并且无需担心时间敏感数据不能及时抵达目的地。
  3. 由于数据传输可精确调度,避免非授权数据的流入,TSN 可以增强网络安全性。

图表:为多种应用服务的统一网络

▎问题 2  ▎“统一网络”重要吗?

答:是的,融合 OT 和 IT 网络形成统一网络,是协调生成准确数据、便于企业洞察生产过程的必要前提。然而,如果两个网络存在差距,就极难实现融合,更别提将专有自动化“孤岛”集成到 OT 环境中了。统一网络有以下优势:

  1. 通讯仅需一种工业标准
  2. 了解不同供应商协议的培训成本降低
  3. 布线和维护成本降低

了解统一网络的更多信息,请参阅《互操作:工业 4.0 时代 TSN 成功的保障》。

▎问题 3  ▎TSN 的潜在应用领域有哪些?

虽然 TSN 从音视频桥 (AVB) 发展而来,但 TSN 的用途却不仅限于音频和视频应用。极具潜力的 TSN 具有突出特点和优势,可广泛应用于半导体、汽车、机械、食品和饮料、化工、电力等众多产业。不同领域的 TSN 应用要求各不相同,现行的 TSN 标准与实际应用中的 TSN 系统存在较大差距。Moxa 携手 Xilinx ,致力于发展 TSN 技术,助力工业 4.0 应用,详见新闻稿

▎问题 4  ▎TSN 是否适用于我的应用?

以下 6 种情况可作参考,帮助您判断贵司是否应部署 TSN 技术。

如果您符合 3 条及以上,那么对您而言 TSN 是理想解决方案。

  • 整合标准或通信协议技术耗资巨大。
  • 隔离网络结构导致现有网络系统排错成本高昂。
  • 网络系统难以管理,需要额外投入时间和精力开发工具。
  • 现有系统和 IT 系统间存在互操作性问题。
  • 需要更高的带宽开发自动化系统。
  • 需要加强网络安全。

▎问题 5  ▎公司现有的生产流程和网络设置状况良好,为什么还需要考虑部署 TSN

目前您能接受现在的产出,但从长期来看,很可能难以追赶已经拥抱 TSN 的竞争对手。您仍可以利用现有基础设施扩大生产,但是扩张会面临局限,比如传送带是依靠 PROFINET 协议经由 HMI 通讯,将会面临兼容问题。另外,硬件实时运动控制使用 EtherCAT 协议,而机械臂控制使用 Mitsubishi CC-Link IE 等其他协议。虽然在必要的时候添加模块并不麻烦,但供应商采用的以太网技术各不相同,管理来自不同供应商的设备绝非易事。在所有单元都被隔离的状态下,很难整合数据,更别说优化流程,提高生产效率。长此以往,企业不得不面临与工业 4.0 和 IIoT 应用背道而驰的窘境。此外,一旦机器视觉、运动摄像头等应用加入到统一网络中,TSN 技术将使即插即生产成为现实。

图表:在 TSN 统一网络中集成更多应用

简而言之,是 IT 和 OT 网络整合让工业 4.0 和 IIoT 应用成为可能。而 TSN 正是连接这两种网络的基础,在网络连接方面极具优势并能降低系统部署成本。目前,人们对 TSN 的了解还不够,部分人误以为 TSN 还是一项不成熟的技术,但事实上,TSN 的发展已超越 TSN 交换机、PLC、伺服电机、IO 等单个设备,朝着构建完整生态的方向发展,助力各类 IIoT 和工业 4.0 应用落地。

了解更多关于 Moxa TSN 技术的信息,请访问微网站: www.moxa.com/TSN

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