Gerçek zamanlı iletişim olmadan, kontrol ve hareket uygulamalarındaki birçok otomasyon görevi düşünülemez.
Bu nedenle, Zamana Duyarlı Ağ İletişimi (TSN) teknolojisi ve ayrıca sorulan birçok soru için şu anda çok fazla beklentinin ortaya çıkması budur.
Garantili transfer süresi, gecikme ve performans nedir?
Mevcut teknolojileri kullanmaya devam edebilir miyim?
Yeni teknoloji ne zaman hazır olacak?
PI bu sorulara somut cevaplar veriyor.
Yeni teknolojiyi hayata geçirme yolunda birçok ayrıntı var. En önemli gereksinimlerden biri, kullanıcıların denenmiş ve test edilmiş PROFINET uygulamalarını ve mevcut mimarilerini kullanmaya devam etmeleridir. Yeni teknoloji de yine kullanıcı tarafından yönetilebilir olmalıdır – ek karmaşıklık satmak zordur.
PI, TSN’nin çeşitli otomasyon seçenekleri ile neye ihtiyaç duyulduğuna dair bir genel bakış alarak daha yakından incelemiş ve başlamıştır. TSN’nin gerçekte ne anlama geldiğini anlamak önemlidir. Teknoloji, gerçek zamanlı davranışı garantilemek için anahtardan / köprülerin kaynaktan / çoklu anahtarlar arasındaki hedefe iletişim yolunu ve davranışını tanımlar (Şekil 1’de gösterilmiştir). IEEE 802.1’de, uygulamaya bağlı olarak, gerekli gerçek zamanlı davranış için en iyi mekanizmaların mevcut olacağı şekilde TSN için birkaç işlem belirlenmiştir. Bu işlemlerin tümü otomasyon için uygun değildir. Ses ve video yayınları için, örneğin, 10 – 20 ms aktarma süreleri sunan ve yalnızca bir aktarım yönü sunan bir “şelale modeli” (IEEE 802.1Q – Kredi bazlı şekillendirici / IEEE 802.1BA) uygundur. Bu, akış hizmetleri için anlamlıdır, ancak tek yönlü bir çözüm kontrol döngüleri için uygun değildir. Ayrıca, döngüleri çok yavaş.
İyi bir seçim
PI, otomasyondaki gerçek zamanlı iletim gereksinimleri için özellikle önemli olan dört TSN mekanizmasını seçti. Bunlar:
- IEEE 802.1ASrev’e göre zaman senkronizasyonu (yani iletim listesi kontrolü ve senkronize uygulamalar için 1 µs’den daha az jitter)
- IEEE standardı 802.1Q-2018’e (önceden IEEE 802.1Qbv) göre tarifeli trafik (gerçek zamanlı veriler ve diğer veriler için zaman dilimleri) için geliştirmeler
- IEEE 802.1Q-2018 / IEEE 802.3-2018 uyarınca çerçeve önleme (daha önce IEEE 802.1Qbu / IEEE 802.3br) (düşük öncelikli telgrafların kesilmesi)
- Ve topolojinin kaydedilmesi için IEEE 802.1AB uyarınca katman keşfi.
Bu işlemler düşük gecikme süresi ve yüksek performans için idealdir. Bunlar tipik olarak IRT (eşzamanlı gerçek zamanlı) için geçerli olan aynı prensiplerdir. Başka bir deyişle, PI geçmişte doğru yolu belirler.
Karmaşıklığı basitleştirmek
Kuşkusuz, söz konusu mekanizmalar – özellikle uluslararası standardizasyon fonuna karşı – çok karmaşıktır. Bilgi aktarma anahtarının nasıl çalıştığını kim tam olarak bilmek ister? Yeni teknolojiyi kullanıcı için olabildiğince basit bir şekilde tasarlarken, aynı zamanda gelecekteki Industry 4.0 kullanım durumları için esnek kalırken belirtilen bir hedef olmalıdır.
İyi haber şu ki, bugün ağ yapılandırması (yani kontrol cihazından cihaza iletişim yollarının belirtilmesi) mühendisliğin bir parçası olduğu için kullanıcı için aslında kolaylaştığıdır. Gelecekte, bu görev PROFINET cihazlarının yazılımına aktarılacak ve bu nedenle kontrol cihazındaki veya cihazdaki çalışma zamanının bir parçası. Her PROFINET cihazının sadece cihaz parametreleri içermediğini, aynı zamanda ağ parametreleri de sağlayabileceğini unutmamak gerekir. Bu sadece kullanıcıyı dağıtmaz, aynı zamanda esnekliği de arttırır.
Gelecekte, PI uzmanları tarafından geliştirilen ve teknik özelliklerde açıklanan her TSN alanında bir Ağ Yönetimi Motoru (NME) olacak. NME şunları içerecektir:
- Ağ yapılandırması
- Topoloji keşfi
- Yol planlama
- En iyi NME müzakere
Son nokta, örneğin, birden fazla denetleyici varsa ve hangi bilgilerin daha önemli olduğu ve bu nedenle daha hızlı bir şekilde iletilmesi gerektiğine dair bir karar verilmesi gerekiyorsa gereklidir. Kullanıcı daha sonra yapılandırma hesaplaması için ağ için basit kurallar tanımlamalıdır. Kurallar:
- Çalışma saati ana (tipik olarak bir PLC) seçimi
- Veri hızı (örneğin, 100 Mbps veya 1 Gbps)
- Alan adı
- Güncelleme döngülerini zamanlama
Bu ayarlar, özellikle her cihaz için değil tüm ağ için tanımlandığı için hızlı bir şekilde yapılır. Bu harcamaları önemli ölçüde azaltır. Mühendislik aşamasında belirli bir topolojinin yaratılması da artık gerekli değildir, ancak gerekirse de mümkündür.
NME, bu temel ayarları ve çevrimiçi topoloji keşfinin sonuçlarını kullanarak anahtarlardaki yolları ve gerekli ayarları hesaplar – örneğin, hangi anahtarın hangi saatten hangi bilgilerle geçirileceği. Burada, hedef MAC adresleri, örneğin kontrol cihazından cihaza yapılan anahtarları parametreleştirmek amacıyla TSN akışları için tanımlanmıştır. Bu prosedür IEC / IEEE 60802’de de tavsiye edilir. İlave (daha kapsamlı) bir koordinasyon gerektiğinden, bu nedenle olası tüm konfigürasyonlarda yakınsak bir ağın kurulmasını sağlamakla birlikte, PI zaten TSN ile uyumlu, pratik ama pratik bir yol sunmaya karar verdi. Bugünün teknolojisi: NME.
Kullanıcının avantajı, önceden olduğu gibi aynı kullanıcı perspektifine sahip olmalarıdır (IO verileri, parametreleştirme, PROFINET davranışı vb.). PROFINET kurulu 20 milyondan fazla cihazı göz önüne alındığında, bu güven verici bir düşüncedir. PROFINET’in temel mimarisi, başlangıç için PROFINET durum makineleri, veri alışverişi, teşhis vb. Gibi aynı kalır. Ağ için parametre indirmek için sadece NME veya ilgili iletişim eklenir.
Kanıtlanmış Kanıt
Bunun gerçekten işe yaradığının kanıtı ilk olarak Kasım 2018’deki SPS fuarındaki PI standında (Şekil 3) demo modelinde ve sonrasında da bu yıl Nisan ayında Hannover Ticaret Fuarı’nda gösterildi. Bu demo, çeşitli TSN donanım modülleri ve ağ senkronizasyonu, IO senkronizasyonu, mevcut cihazların entegrasyonu ve ağ yükü için test edilmiş PROFINET yığınlarının bir kombinasyonuydu. Şebeke değişiklikleri sırasında 1 µs’den daha az jitterli gerçek zamanlı yetenekli IO uygulamalarının mümkün olduğu kadar tak ve çalış mümkün olduğu gösterilmiştir. Mevcut PROFINET cihazlarının kolay bağlantısı ve PROFINET iletişiminin sağlamlığı, hatta yüksek ağ yükleriyle bile gösterilmiştir. IEC / IEEE 60802 henüz tamamlanmamış olsa da, PI tarafından geliştirilen mekanizmalar zaten çalışıyor. Aynı zamanda,
Canlı demoda, farklı şirketlerden (Analog Devices, Hilscher ve Texas Instruments) gelen prototip uygulamaları, kendi özel donanım ve bellenim platformlarıyla birlikte çalıştı. Teknoloji tedarikçileri arasında birlikte çalışabilirlik PI için çok önemlidir. Sadece bu şekilde cihaz üreticileri, kendi cihazlarına en uygun platformu seçebilirler. Bu nedenle PI, mantıksal olarak IEC / IEEE 60802’nin TSN IA profiline uygunluğu seçti. Otomasyon için donanım gereksinimlerinin, diğer şeylerin yanı sıra, fieldbus arabiriminin uygulanmasında daha da büyük bir yarı iletken tedarikçileri ekosistemine dayanabileceği şekilde tanımlanması söz konusudur.
Görünüm
Diğer PI projelerinde olduğu gibi, donanım ve ürün yazılımında somut uygulamaya, çeşitli teknoloji şirketleri tarafından başlatılmasının ve aynı zamanda ilgili spesifikasyonların çalışılmasının değerli olduğu kanıtlanmıştır. Örneğin, şartnamelerin gerçek ürünlerde nasıl uygulanabileceğini değerlendirmek ve şartnamenin tutarlı, eksiksiz ve birlikte çalışabilir olup olmadığını doğrulamak mümkündür.
Genel olarak, bu bir kavram kanıtının bir sonraki adımını tamamlar. Şartname çalışması yakın zamanda tamamlanmıştır. Diğer uygulamalar, ilgili belgelendirme testlerine hazırlık aşamasında olduğu gibi zaten yapım aşamasındadır. Bununla, yeni TSN teknolojisini uygulama yolunda atılmış en önemli adımlar atılıyor.