自20多年前以太网被引入工厂以来，时间敏感网络(TSN)将对工业网络产生最大的影响。“目标是确保一个协调的协议无关的TSN网络，避免基于使用的协议的不同‘口味’，”Michael Bowne说PROFIBUS和PROFINET在北美。
TSN是一组桥接或交换标准，由电气和电子工程师协会在其IEEE 802网络标准组下开发。“TSN的承诺是使标准以太网具有实时性和完全确定性，凤凰城联系人．“如果TSN的概念获得成功，它将意味着通过时间同步消除网络延迟和时间敏感应用程序的不确定性，并通过最佳通信路径的调度和协调来确定数据流的优先级。”
Odva执行董事博士Al Beydoun博士。
当然，这一承诺在业界引起了极大的热情。主要的工业协议协会已经宣布了他们对TSN的支持，有些甚至已经发表了他们的协议将如何与TSN一起工作的早期概念。这些协会也一直在与自动化供应商合作，以实现TSN。
目前，自动化行业正处于一个两步的过程中:编写基础IEEE标准和开发工业自动化概要文件。鲍恩解释说:“TSN不仅仅是一件事。“它是IEEE标准的集合，可以把它看作一个工具箱。”
由于IEEE 802标准涵盖了所有行业，因此每个行业都需要确定它需要的哪些工具并使用它们来定义本身的共同配置文件。为了开发工业自动化的这种简介，IEEE和国际电工委员会（IEC）已加入势力，正在努力开发一个名为IEC / IEEE 60802 TSN配置文件的联合轮廓，用于工业自动化（TSN-IA配置文件）。
然而，Bowne和其他人预计将在TSN的网络开始出现在现场之前几年。他们通常给出四个原因。“首先，需要完成TSN-IA个人资料，最后剩余的IEEE标准需要最终确定，”Bowne说。
“桥梁所需的基本TSN技术通过今年的IEEE 802.1AS发布完成，”技术业务发展经理Paul Brooks罗克韦尔自动化．“假设它将具有足够的范围，应用程序互操作性的关键基本标准将是”IEEE 802.1QDJ“，TSN'的配置增强，其计划为2023或2024释放。”同时，IEC / IEEE 60802联合工作组辩论TSN-IA概况预定于2021年完成。至少，这些是在Covid-19爆发前的期望。
实施TSN需要几年时间的第二个原因是，一旦标准和外形完成，芯片制造商将需要时间来生产TSN功能芯片。“自动化设备将使用基于tsn的标准通信芯片，而不是目前特定的实时以太网硬件，”Thomas Brandl解释说博世雷克斯．
第三个原因涉及下游开发周期。“自动化设备制造商将需要在他们的设备中安装这些芯片，”Bowne说。最后，第四个原因，是终端用户必须决定他们可以在他们的工厂安装这些设备。Bowne补充道:“因为要实现这一目标，你需要一个完整的设备市场，所以人们在现实世界中开始看到TSN还需要很长时间。”
一旦TSN实现开始，预计它将在选定的应用程序中启动。该公司执行董事兼总裁Al Beydoun博士说:“限制在单个机器上的小规模有限TSN实施可能会在现有设施中更常见，一些新开发项目可能会看到更大规模的TSN推广。Odva.．
标准协调
为了实现这一目标，工业协议协会已经在忙着准备适应TSN的协议。Bowne报告称:“自2019年年中以来，在TSN上运行Profinet的规范已经编写、准备、批准并发布。然而，他的组织的工作还没有完成。它正在开发测试程序，以确保设备符合规范。
Bowne归因于TSN运行PROFINET的规范的快速发展，以至于TSN所采用的许多机制已经成为PROFINET多年来的许多机制。出于这个原因，他预计TSN对PROFINET本身的长期影响是最小的。
的OPC基金会同样，该公司正在寻求与TSN协调，这是通过2018年11月5日启动的场级通信(FLC)计划OPC进行的。该组织认为TSN是将其OPC UA(统一架构的开放平台通信)技术带到控制器和设备(如传感器和驱动器)之间的现场水平的机会。TSN将允许OPC UA不仅为大多数工业通信提供一个开放的、标准化的、可互操作的产品，而且提供从传感器到云的语义互操作性。
FLC倡议的一个关键方面是通用服务质量(QoS)概念。“OPC UA并没有定义它自己的传输协议，”FLC倡议的主管Peter Lutz解释道。相反，OPC UA是一个工业框架，可以根据不同的需求和用例，轻松适应现有的传输层。这个框架已经包含了安全、可靠、独立于制造商和平台的信息交换机制。”他还指出，通用的QoS建模概念允许将建模的信息和服务映射到不同的底层传输协议和物理媒体。
具有TSN功能的以太网/IP网络架构。
Lutz报告说，他的组织已经指定了在工厂和过程自动化的控制器到控制器（C2C）和控制器到设备（C2D）互操作性上构建的首次使用案例和应用程序。“C2C和C2D需要用于运动控制，功能安全和远程I / O的交叉供应商语义，”他说。“与此同时，他们还需要具有保证带宽和低延迟的实时通信能力。”
OPC基金会已经开发出许多所需规格。第一次释放功能安全规范正在审查，并在德国纽伦堡的SPS活动中宣布了第一个控制控制通信规范，2019年。“下一步将扩展OPC FLC标准Brandl说，控制器和设备之间的通信，如I / O和伺服驱动器。OPC基金会于2020年5月推出了一个运动工作组，以定义控制器和驱动器之间标准化通信的运动配置文件。
从一开始就参与了OPC FLC的工作组，Bosch Rexroth正在准备一个软件升级，允许其新的自动化控制平台采用新的通信标准。“我们的新Ctrlx核心控制器的模块化架构允许同时使用TSN和EtherCAT使用OPC FLC而无需相互影响，”Brandl说。
适应高速
TSN不会取代那些在需要高度同步、高度确定性运动控制的应用中表现出色的协议。该公司北美代表Bob Trask解释说:“TSN是以太网中最有效方法的扩展EtherCAT科技集团．TSN在异构ieee802网络中提供了有限的确定性，但它仍然有显著的延迟。因此，高速机械和其他运动控制应用程序仍然需要像EtherCAT这样的工业协议，以保证数据的实时通信。
EtherCAT将能够继续提出这些保证，因为它可以合并到基于TSN的网络中，反之亦然，而不会更改设备。此融合涉及在网络主侧升级以及连接以太网段的桥梁中的适度扩展。“我们正在使用Beckhoff Automation来开发一个TSN耦合器，基本上建立一个Talker和侦听器TSN管道来流媒体信息，”Trask说。
EtherCAT技术集团北美代表Bob Trask说。
EtherCAT的桥接概念依赖于共享帧转发和加工，以简化通信。“它可以将一个框架打包，其中许多信息的信息转到一堆从设备，”Trask说。因此，将EtherCAT集成到TSN网络中不需要每个从站的端口，并且可以通过更少的端口获得，这减少了复杂性和延迟。
在主段和从段之间插入TSN基础结构也会创建逻辑分离。其结果是主设备具有更大的灵活性，保证了最大延迟和可预测的帧丢失率。
CC-Link合作伙伴协会(CLPA)也将TSN纳入其协议，并于2018年11月发布了CC-Link IE TSN，作为一种确定性、高速控制技术。CLPA全球战略顾问、三菱电气自动化工业标准全球总监Tom Burke表示:“在设备中本地支持CC-Link IE TSN将允许对之前断开连接的机器和设备进行安全、运动和控制。”由于有了TSN，机器和设备现在将能够执行事务控制。
Burke报告说，CC-Link IE TSN已经在亚洲被采用，CLPA也正在与其合作伙伴在欧洲和北美部署它。计划将CC-Link IE TSN作为CLPA的旗舰协议。Burke说:“因为我们拥有来自所有支持我们当前协议的合作伙伴的巨大的设备安装基础，CC-Link IE领域和CC-Link IE控制，我们有一个迁移计划，允许我们的供应商在他们现有的设备中添加对CC-Link IE TSN的支持。”“我们正在与供应商合作，打造合适的桥梁和通道，以实现这一目标。”
等待和看法
并不是所有的协议关联都发布了它们的适应性。Beydoun在ODVA的报告中说:“ODVA选择了一种可衡量的方法，即在TSN标准最终确定之后再为TSN适配以太网/IP。”他和他的同事们希望避免错误的开始，避免对EtherNet/IP生态系统中的许多贡献者和用户产生任何不利影响。
然而，这种策略并不意味着ODVA已经闲置。相反，它一直在努力通过战略成员组工作，以适应其TSN的以太网/ IP。部分组的任务是开发适应，允许以太网/ IP支持TSN标准，而无需任何专有修改。
“包括DLR（设备级环），CIP（公共工业协议）运动和CIP Sync的所有技术 - 将能够采用60802通过引入新硬件定义的方法，以及通过引入固件升级，“Beydoun说。成员组正在努力将额外技术保持在最低，并确保现有以太网/ IP安装将能够利用其过去的投资。
这些战略成员之一，罗克韦尔自动化，一直在几个层面上支持这项工作。例如，在2020年ODVA行业会议上，一位代表发表了关于为TSN改编CIP动议的演讲(http://awgo.to/LQvgX)。自动化供应商也通过其产品前期开发中的原型活动来支持该标准。
“幸运的是，因为以太网/ IP使用标准设计，未经修改的以太网和TCP / UDP / IP软件套件设计，我们相信TSN的主要影响将在产品硬件上，”布鲁克斯说。“对协议的影响将相对较小。”
