Promwad unterstützt neue TSN-Profile für die industrielle Automatisierung (TSN-IA) nach IEC/IEEE 60802

Das Promwad-Ingenieurteam entwickelt Software und entwirft Hardware für Gerätehersteller, die den neuen Standard IEC/IEEE 60802 Time Sensitive Networking für die industrielle Automatisierung (TSN-IA) unterstützen. Die Arbeit an TSN-IA ist im Gange; die nächste Arbeitsgruppensitzung ist für Januar 2023 geplant. In der Zwischenzeit sind wir bereit, Sie über die Funktionen und Vorteile dieses neuen Profils zu informieren.

IEC/IEEE 60802 ist ein neuer Standard, der zeitkritische Netzwerkprofile für die industrielle Automatisierung definiert. Die TSN-IA-Profile beschreiben Konfigurationen, Protokolle, Funktionen, Optionen, Standardeinstellungen und Verfahren von Endstationen, Bridges und LANs für industrielle Automatisierungsnetzwerke.

Wofür TSN-IA verwendet wird

Die Datenübertragung über Ethernet kann verzögert oder fragmentiert sein. Das empfangende Gerät setzt eine einzelne Datei aus verschiedenen Teilen einer Datenfolge zusammen, die möglicherweise nicht in der richtigen Reihenfolge ankommt. In einigen Branchen ist dies kein kritisches Problem. Doch die industrielle Automatisierung ist ein Bereich, in dem selbst geringe Verzögerungen bei der Datenübertragung (einige Hundertstelsekunden) zu Systemausfällen führen können.

Time-Sensitive Networking (TSN) umfasst eine Liste von Standards für verschiedene Branchen, die die Datenübertragung in Echtzeit beschreiben und dieses Problem lösen. Das TSN-IA-Profil wurde speziell für die industrielle Automatisierung (IA) entwickelt.

IEC/IEEE 60802 TSN Joint Profile ist ein gemeinsamer Standard für die Schicht 2 des OSI-Modells, der die Kommunikation mit SPS und anderen Geräten beschreibt.

Der Standard wird von mehreren branchenführenden Unternehmen entwickelt: Schneider Electric, Siemens, B&R, Beckhoff, Ericsson, Rockwell Automation, Nokia, ABB und Bosch Rexroth.

In der folgenden Abbildung werden die Ziele der einzelnen Phasen der Arbeit am gemeinsamen TSN-Profil IEC/IEEE 60802 dargestellt:

^{Überblick über die Arbeit am neuen TSN Joint Profile IEC/IEEE 60802: wo die Änderungen stattfinden und was die Ziele der einzelnen Phasen sind. Quelle: ieee802.org.}

Vorteile des TSN-IA-Profils

Das neue TSN-Profil für die industrielle Automatisierung wird zwei entscheidende Aufgaben für industrielle Netzwerke lösen: die fehlerfreie Übertragung von Daten in Echtzeit und die Gewährleistung von Sicherheit und Zuverlässigkeit des Übertragungsprozesses. Folgende Merkmale von TSN-IA machen dies möglich:

• Traffic-Shaping: Mehrere Arten von Datenverkehr mit unterschiedlichen Bandbreiten und Latenzanforderungen können dasselbe Netz passieren.
• Reservierung von Zeitfenstern für bestimmte Verkehrsklassen.
• Sicherstellung der Zeitsynchronisation bei der Datenübertragung von verschiedenen Geräten und Anwendungen.
• Die Übertragung von Frames mit niedriger Priorität wird unterbrochen und erst dann fortgesetzt, wenn der Datenverkehr endet.

Der Hauptvorteil der Verwendung des TSN-IA-Profils in der industriellen Automatisierung ist die Vereinheitlichung der Datenverbindungsschicht bzw. Schicht 2 des OSI-Modells, die die Übertragung von Daten über die physikalische Schicht zwischen Knoten in einem Netzsegment ermöglicht.

Warum das TSN-IA-Profil kein Ersatz für industrielle Netzwerke ist

Bei allen Vorteilen des neuen Profils wird TSN nicht die industriellen Netzwerke ersetzen, die mit Technologien der PI Group, ODVA und CC-Link arbeiten.

TSN arbeitet auf der Schicht 2 des OSI-Modells und ist die Basistechnologie für Kommunikationsstandards wie PROFINET TSN, EtherNet/IP TSN, Sercos III TSN oder CC-Link IE TSN.

Das TSN-IA-Profil sorgt dafür, dass Daten von einem Punkt zum anderen übertragen werden. Die gesamte weitere Datenverarbeitung findet auf höheren Ebenen statt.

Wie bei EtherCAT werden TSN-Profile für Allzwecknetzwerke ohne spezifische Hardwarebeschränkungen und -merkmale verwendet.

^{TSN-Protokoll auf Schicht 2 des OSI-Modells. Quelle: us.profinet.com}

Technologien der PI Group

PROFINET-Standards ermöglichen wichtige Prozesse in der Fabrikautomation: zyklische und azyklische Datenübertragung, Alarme und Diagnose sowie Parametrierung. TSN-IA ist nicht in der Lage, diese Funktionen zu implementieren.

EtherNet/IP von ODVA, Organisation zur Entwicklung von Standards

TSN-IA übernimmt die Kommunikation zwischen Schaltanlagen und Feldgeräten wie SPS und übergeordneten Systemen. Nachfolgend einige der Funktionen, die EtherNet/IP in Verbindung mit TSN-IA realisieren kann:

• Unterstützung für isochrone Regelkreise und zyklische Regelkreise mit begrenzter Latenzzeit
• Gewährleistung einer Abfolge von Ereignissen
• Anpassung der Kommunikation Maschine-zu-Maschine / Controller-zu-Controller (M2M/C2C)
• Sicherheit

CC-Link IE TSN-Protokoll

CC-Link IE TSN ist das erste Netzwerk, das Gigabit-Ethernet-Bandbreite und TSN-Technologie nutzt. Es arbeitet auf den Schichten 3–7 des OSI-Modells und verwendet TSN von Schicht 2 als Basis. Dies ermöglicht Offenheit, hohe Datenraten, erhöhte Funktionalität und einfachere Nutzung von IP-Geräten.

Daher wird TSN-IA kein Ersatz, sondern eine Ergänzung zu den oben analysierten industriellen Netzwerken sein, da es diese Funktionen der OSI-Schicht 2 erweitert: Leistung, Sicherheit und Echtzeit-Datenübertragung.

Promwad verfolgt die Entwicklung von IEC/IEEE 60802 für zeitkritische Netzwerke, die auf den Industrieprotokollen PROFINET, Modbus, EtherNet/IP, Sercos III, VARAN, MECHATROlink III laufen werden. Nehmen Sie Kontakt mit uns auf, um die Entwicklung Ihrer Software- oder Hardwarelösung mit TSN-IA-Unterstützung zu besprechen.

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