發布日期：2022-07-15 點擊率：54
數字化給工業通信設立了非常高的標準。憑借現場層的 PROFINET 和控制層的 OPC UA，西門子一直致力于推動基于開放通信標準的工業以太網快速發展。如今，西門子又更進一步：將時間敏感網絡（TSN）標準應用于以太網，從而在工業網絡中實現預留帶寬、服務質量（QoS）機制、低傳輸延遲以及多種協議（包括實時協議）的并行傳輸。
隨著生產過程數字化程度的不斷提高，這要求工業通信越來越具有開放性、穩健性、確定性和靈活性。只有通信和響應極其敏捷的產線才能確保快速可靠地生產個性化產品，同時滿足嚴格的交付計劃。
邁向數字化的一大步
與工業控制系統把實時通信放首位不同， IT 系統則把對數據的開放訪問看得更重，這也是企業分開運營這兩種網絡的原因。面對日益增長的數字化，這種分離現在必須由開放的、允許靈活性和確定性生產的端到端網絡所取代。TSN （時間敏感網絡）在 IEEE 802.1 框架范圍內創建了標準的技術基礎，以保證服務質量（QoS）和以太網日益增長的需求。TSN 包含多個獨立的標準，這些標準只屬于OSI 通信的第 2 層。這意味著使用 TSN，用戶接口將保持不變。
從汽車工業到機械制造，或是食品飲料工業， TSN 為工業生產提供了決定性優勢，包括預留帶寬、服務質量（QoS）機制、低傳輸延遲和多協議（包括實時協議）的并行傳輸。西門子將憑借 TSN 打造工業網絡的數字化轉型---從現場層和機器對機器（M2M）通信到控制層和操作層。
共同推動發展
TSN 已經有了良好的開端。作為其持續開發的一部分，LNI4.0（Labs Network Industrie 4.0，工業4.0網絡實驗室）正在對TSN進行測試。LNI4.0 連接了遍及德國的測試環境和裝置，以推進工業 4.0 的發展，西門子是創始成員之一。與許多其它工業企業一道，LNI4.0正在盡其所能的測試來自不同供應商 TSN 產品的互操作性，并依托其測試床研究評估 TSN 在M2M 通信和機械網絡連接至云端方面的潛力。所獲得的知識將根據需要提供給標準化委員會，以用于未來開發。
TSN 之路：PROFINET 和 OPC UA
TSN對現有IEEE 標準的影響僅限于 OSI 通信第 2層。TSN 不是通信協議；而是一項基本技術。在未來幾年里，這項技術將成為 PROFINET和 OPC UA 發展的“加速器”。
PROFINET基于TSN --- 現場層通信
工業以太網標準 PROFINET 在現場層已經安裝超過2000 多萬個節點。為了讓 PROFINET 用戶未來能夠在現場層從 TSN 中獲益，PROFIBUS 和 PROFINET 國際（PI）已制定了基于 TSN 的 PROFINET 規范。西門子不僅僅是 PI 成員，其還積極致力于將 PROFINET 映射到 TSN 機制上。由于 OSI 第 7 層即 PROFINET 應用層是保留的，因此非常易于繼續使用現有項目和程序。
TSN 的優勢：
●提高處理高網絡負載的穩健性
●標準硬件組件-包括同步應用
●輕松、經濟、高效地實現 PROFINET設備
●有/無同步模式的技術：拓撲中無“孤島”
●兼容性，得益于 PROFINET 應用中 OSI 第 7 層的保留
●未來的即插即用網絡：簡單（重新）配置，即使在持續運行期間也可實現。
●可擴展帶寬（100/1000 Mbit/s）
OPC UA基于TSN --- 控制層和操作層通信
開放、獨立于供應商、獨立于平臺的以太網標準 OPC UA 在從控制層往上具有其優勢。對于控制層和操作層中時間要求嚴格的應用，西門子依托OPC UA PubSub和TSN，在跨越所有組件和系統的標準化網絡中，實現機器與機器之間、機器與 MES 和 ERP 層之間快速、安全和可靠通信。
TSN 的優勢：
●最大開放性：獨立于供應商的通信
●多個協議并行傳輸（包括實時能力）
●提高服務質量（QoS）
●強大的機器通信：控制層和操作層的高性能通信
●動態、ad-hoc通信連接的潛力
●得益于 100/1000/10000 Mbit/s 的可擴展帶寬，可傳輸大量數據
離散工業的TSN演示模型
機器間通過 TSN 進行通信---西門子展示其工作原理
M2M 間基于 TSN 的通信在實踐中應用是怎樣的？不要停留在理論上，西門子在展會上展示了實際的模型，其使用兩個機器人的同步運動在實踐中證明這一點。每一個機器人通過 PROFINET 與 SIMATIC 控制器進行通信。而兩個控制器間則通過基于 TSN 的 OPC UA PubSub （發布/訂閱）進行同步。得益于帶寬預留，TSN 網絡中的數據傳輸可進行精確預測，并與負載無關。
為演示 TSN 通信和標準以太網通信可以在同一網絡中同時使用，模型中的數據也通過通信處理器從控制器傳輸到云端（例如：MindSphere）。
