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      1. CC-Link發布新一代網絡協議CC-Link IE TSN
        欄目:行業新聞 發布時間:2019-03-18

        TSN(時間敏感網絡)是當前工業通信最為熱門的主流技術之一,由于TSN標準確保了有實時性要求的周期數據和沒實時要求的非周期數據都能夠通過標準以太網絡設施進行傳輸,所以TSN也被稱為未來的工業通信標準。

        那么對于當前使用最廣泛的各類工業以太網來說,今后將何去何從呢?難道TSN會替代全部的實時以太網嗎?答案顯然是否定的。其實,TSN并不是一種具有破壞性的技術,它可以讓現有的各種工業實時以太網應用共存并互操作。而且,現在的多數工業以太網技術正在與TSN融合,從而適應未來工業通信的需求。

        這其中,CC-Link走在了前列。

        2月26日,CC-Link協會在北京正式發布了新一代網絡協議CC-Link IE TSN,在全球率先將千兆以太網帶寬與TSN相結合,采用高效的網絡協議進一步強化了傳統CC-Link IE的性能和功能,拓展了CC-Link IE基于工業以太網實現企業從信息層到應用層縱向整合的先進通信技術,實現了IT和OT的實時無縫融合。

        下面我們就來帶您認識一下這個全新的網絡協議。

        1 CC-Link IE TSN的開發背景

        當前制造業正在朝著自動化、降低綜合成本、提高品質和多品種小批量柔性制造的方向發展,無論是工業4.0還是工業互聯網,都有一個共同的目標 : 構建“智能工廠”,即將所有的東西都連接在一起,數據得到最充分利用,工廠自動優先生產。 

        創建智能工廠,關鍵問題在于,從生產過程中收集實時數據,通過邊緣計算對其進行初步處理, 然后將其無縫傳輸到 IT 系統。要充分利用好生產現場數據,能進行高速、穩定的控制信息通信以及向IT系統傳輸大量信息的網絡,是必不可少的。換言之,重點是將生產現場的工業網絡與IT網絡相結合。

        當今,存在著各種各樣的工業網絡,包括對交換機、配線等網絡構成的要求,也因為需要確保實時性而使用各自不同的規范,所以造成IT系統網絡和工業網絡之間無法共享同一網絡及設備等課題。同時,為了構建智能工廠,要通過裝置設備的高性能化,多功能化實現生產 性的提高,此時需要能進行高度運動控制的網絡,特別是在半導體、電池制造等行業,需求尤為顯著。 

        因此,在現有廣泛應用的工業以太網基礎上融入用時間分割方式實現實時性的TSN技術,成為了發展的必然趨勢和迫切需求。CC-Link協會為此在CC-Link IE的基礎上推出了CC-Link IE TSN。

        2 CC-Link IE TSN的技術實現

        協議層級:CC-Link IE TSN基于位于OSI參考模型的第2層的TSN技術,在第3~7層,由 CC-Link IE TSN獨立的協議和標準的以太網協議構成。

         

        TSN由多個國際標準組成,主要標準是 IEEE802.1AS( 定義時間同步方式 ) 和 IEEE802.1Qbv( 定義時間分割方式 )。將這些標準結合后可以確保在既定時間內傳輸的 定時性,亦可實現多種不同協議的混合通信。 同時,還可以使用基于TCP/IP、UDP/IP的 SNMP、HTTP 和 FTP 等標準以太網協議。

        通信方法:CC-Link IE TSN 更新了循環通信的方式。傳統的CC-Link IE使用令牌傳送方法,在通過令牌寫入自己的數據之后,本站將數據寫入的權限轉移到下一個站點。 相比之下,CC-Link IE TSN 使用的是時間分割方式,在網絡中利用時間的同步,在規定的時間內同時向兩個方向傳送輸入和輸出的數據幀,由此縮短了網絡整體的循環數 據更新的時間。該方式與TSN技術相結合,保證了在同一網絡中控制信息和管理信息的共存。這一點可以理解成從“依次單聊”方式改為“同時群聊”的方式。


        充實配置文件技術:CC-Link協會定義了CSP+(控制和通信系統配置文件),以便更容易地啟動、操作和維護CC-Link協議家族兼容產品。通過使用CSP+, CC-Link IE TSN強化了與CANopen 設備配置文件的互操作性。例如,可以使用國際標準IEC61800-7 (CiA402)進行驅動產品的通信設置。

        支持通用網絡診斷功能:在CC-Link IE TSN 網絡設備的診斷時,可用使用 SLMP(Simple Network Managerment Protocol 簡單網絡管理協議),其被廣泛用于IT網絡的監控系統里。CC-Link IE TSN 組件信息和統計信息被定義為擴展 MIB(Managerment Information Base 管理信 息庫 ),可以使用通用的 SNMP 工具進行網絡診斷。

        3 CC-Link IE TSN的四大主要特點 

        1. 控制信息通信(實時)與管理信息(非實時)通信的融合

        CC-Link IE TSN 通過賦予設備控制循環通信高優先度,相對管理信息通信優先分配帶寬,實現使用實時循環通信控制設備,同時還能簡單構建與IT系統通信的網絡環境。 另外,利用與管理數據通信的共存,可以將使用 UDP 或 TCP 通信的設備連接到同一網絡中,比如保存來自視覺傳感器、監控攝像頭等設備的高精度數據,運用于監控、分析、 診斷等。


        2. 快速的系統設置和先進的預測維護

        CC-Link IE TSN也與SNMP兼容,使網絡設備診斷更加容易。迄今為止,不同設備收集狀態信息時需要使用不同的工具,現在通過使用通用SNMP監視工具不僅能從CC-Link IE TSN兼容產品,而且還能從交換機、路由器等IP通信設備收集和分析數據。由此, 減少了系統啟動時間、或系統管理和維護時確認設備運行狀態所花費的時間和精力。 采用TSN規范的時間同步協議,對兼容CC-Link IE TSN的設備之間的時間差進行校準, 使其保持高精度同步。主站和從站中存儲的時間信息以微秒為單位保持同步,如果網絡 出現異常,進行運行日志解析時,可以按照時間順序精確跟蹤到異常發生時間為止。這 可以幫助識別異常原因并更快恢復網絡正常。 另外,它還可以向IT系統提供生產現場狀況和準確。

        3. 運動控制性能的最大化,減少節拍時間

        CC-Link IE TSN使用時間分割方式實現周期31.25μs或更少的高速通信性能。在 CC-Link IE TSN 網絡系統中,增加傳感器或因生產線的擴展增加控制所需的伺服放大器軸數不僅不對總體節拍時間產生影響,而且與使用傳統網絡的系統相比,甚至大幅度縮短了節拍時間。 CC-Link IE TSN將使用各自不同通信周期的不同性能的設備連接在一起使用。迄今為止, 連接到同一主站的設備必須在整個網絡中使用相同的循環通信周期(鏈接掃描時間),而 CC-Link IE TSN在同一個網絡中可以使用多種通信周期。 這使得如伺服放大器之類需要高性能通信周期的設備能保持其性能的同時也能和不需要 高速通信周期 ( 如遠程 I/O 設備 ) 連接,此時根據每個產品的特性實施最優化的通信周期。 這還可以最大化發揮網絡上從站產品的使用潛能,提高整個系統的生產性。


        4. 為設備供應商提供更多選擇

        以往的CC-Link IE為了有效發揮其1 Gbps帶寬,設備開發廠商需要使用專用的ASIC 或FPGA的硬件方式開發主站或從站產品。 CC-Link IE TSN對應產品則可以通過硬件或軟件平臺開發。在延續以往通過使用專用 的ASIC或 FPGA 的硬件方式實現高速控制外,也可以在通用以太網芯片上使用軟件協議棧方式開發主站或從站產品。通信速度不僅對應1Gbps,同時也對應100Mbps。 通過提供給設備開發廠商多種方式(硬件或軟件)以及通信速度可選(100Mbps或1 Gbps)的實現,設備開發廠商可以選擇適合自身的開發方式實現CC-Link IE TSN兼容 設備的開發,同時兼容產品的品種和數量的充實也給用戶帶來便利。


        據悉,包括三菱在內的全球56家CC-Link IE TSN意向合作生產廠商,將在2019年春季以后陸續推出從PLC、運動控制器到交換機、I/O、伺服、機器人等全線產品


        4 CC-Link IE TSN典型應用場景

        1. 控制數據與管理信息通信融合的智能工廠

        在確??刂茢祿ㄐ诺膶崟r性的同時,實現在同一個網絡中與其它開放式網絡、以及 與IT系統的數據通信,構建起智能化工廠。

        2. 充分使用通用IP通信產品和高性能運動控制的設備

        在以往這個系統中,伺服電機在校對位置時會暫停伺服馬達,通過視覺設備精確測量 工件的位置。此時使用了與 CC-Link IE TSN 兼容的伺服放大器和視覺傳感器就可以進 行時間同步,即使在伺服馬達移動工件的過程中,視覺傳感器也能準確地確定工件的 位置。這樣就顯著減少了節拍時間。 另外,從視覺傳感器獲得的大量圖像數據可以通過IP通信進行傳輸,這樣就可以構建 一個網絡系統,既減少布線,又不影響伺服控制性能。

        文章來源:控制工程網http://www.cechina.cn/

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