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CC-Link IE TSN als Enabler für Connected Industries

Enabler für Connected Industries
CC-Link IE TSN kombiniert Gigabit-Bandbreite mit TSN

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Das TSN-Protokoll von CC-Link IE verwendet die Schichten 3 bis 7 des OSI-Referenzmodells und baut auf der TSN-Technologie in Schicht 2 auf Bild: CLPA
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(ge) CC-Link IE TSN von der CLPA (CC-Link Partner Association) ist ein Enabler für Connected Industries. CC-Link IE TSN kombiniert als offenes industrielles Ethernet Gigabit-Bandbreite mit den Standards des Time-Sensitive Networking (TSN).

CC-Link IE TSN ist eine Schlüsseltechnologie für die Konvergenz von Operational Technology (OT) und Informationstechnologie (IT). Die Technologie unterstützt den Aufbau von Plattformen für das industrielle Internet der Dinge (IIoT), die das Herzstück der datengesteuerten, intelligenten Fertigungsanlagen und Unternehmen von Industrie 4.0 bilden. CC-Link IE TSN, bietet ein solides Gerüst für die Weiterleitung ständig wachsender Datenmengen in den Unternehmen und für die Nutzung mächtiger Werkzeuge wie Big Data Analytics, wenn es darum geht, fortschrittliche IIoT-Architekturen für Industrie-4.0-Anwendungen zu implementieren.

CC-Link IE TSN

Um intelligente Fabriken aufzubauen, ist die Erfassung von Echtzeitinformationen aus den Produktionsprozessen, deren Verarbeitung über Edge-Computing und die anschließende nahtlose Übertragung an IT-Systeme unerlässlich. Gefordert werden allgemein Produktivitätssteigerungen durch höhere Leistung und Funktionalität der Anlagen sowie eine leistungsfähige Antriebssteuerung. CC-Link IE TSN baut auf den Eigenschaften von CC-Link IE auf, indem es die Kommunikationsfunktionen und die Synchronisierungsgenauigkeit optimiert. Die Nachfrage nach TSN-Unterstützung wird daher zunehmen, da es diese Technologie ermöglicht, verschiedene Netze auf derselben Verbindungsleitung zu kombinieren und durch Zeitsynchronisation Echtzeitkommunikation zu ermöglichen. Dadurch werden die Möglichkeiten der Antriebssteuerung erheblich verbessert.

CC-Link IE TSN ermöglicht eine nahtlose, reibungslose Verbindung von IT-Systemen der oberen Ebene zu OT-Systemen an Produktionsstandorten, was den erweiterten Einsatz einer Vielzahl von Anwendungen in der Fertigung ermöglicht. Das TSN-Protokoll von CC-Link IE verwendet die Schichten 3 bis 7 des OSI-Referenzmodells und baut auf der TSN-Technologie auf, die sich in Schicht 2 befindet.

TSN besteht aus mehreren internationalen Standards. Die wichtigsten Standards sind IEEE802.1AS (definiert die Zeitsynchronisationsmethode) und IEEE802.1Qbv (definiert die Time-Sharing-Methode). Die Kombination dieser Standards mit dem Ethernet-Standard ermöglicht Echtzeit-Timing, die Gewährleistung der Übertragung innerhalb einer bestimmten Zeitspanne und eine kombinierte Implementierung mit anderen Kommunikationsprotokollen.

Token-Passing-Verfahren

Der herkömmliche CC-Link IE verwendet ein Token-Passing-Verfahren. Eine Station überträgt die Übertragungsrechte an die nächste, nachdem sie ihre eigenen Daten mit der Übertragung des Token abgeschlossen hat. CC-Link IE TSN verwendet eine über das Netzwerk synchronisierte gemeinsame Zeit. Die Eingangs- und Ausgangskommunikationsrahmen werden in einer festen Zeit gleichzeitig in beide Richtungen übertragen. Die Kombination dieser Methode mit TSN verkürzt die zyklische Datenaktualisierungszeit des Netzwerks. Durch die Verwendung von CSP+ ist bei CC-Link IE TSN die Unterstützung für Canopen-Geräteprofile hinzugefügt. Beispielsweise kann die Kommunikationskonfiguration unter Verwendung des internationalen Standards IEC61800-7 (CiA402) auf Motion-Control-Geräten durchgeführt werden.

Weit verbreitete IT-Netzwerküberwachungs-Tools wie das Simple Network Management Protocol (SNMP) werden von CC-Link IE TSN für die Fehlerdiagnose von Netzwerkgeräten unterstützt. Die Struktur und die statistischen Informationen von CC-Link IE TSN sind als Extend MIB (Management Information Base) definiert, und die Netzwerkdiagnose ist über allgemeine SNMP-unterstützende Tools verfügbar.

Indem CC-Link IE TSN der zyklischen Kommunikation für die Gerätesteuerung eine hohe Priorität einräumt und Bandbreite gegenüber der Informationskommunikation bevorzugt zuweist, bietet es eine Netzwerkumgebung, die Informationen mit IT-Systemen kommuniziert und gleichzeitig Systemgeräte mit zyklischer Echtzeitkommunikation steuert. Geräte mit UDP- oder TCP-Kommunikation (wie Bildverarbeitungssysteme) können zur hochgenauen Überwachung, Diagnose und Analyse an das Netzwerk angeschlossen werden.

SNMP wird unterstützt

Mit einem universellen SNMP-Überwachungstool können sowohl CC-Link-IE-TSN-Geräte als auch IP-Kommunikationsgeräte wie Switches und Router gemeinsam analysiert werden. Das von TSN geregelte Zeitsynchronisationsprotokoll wird verwendet, um Zeitunterschiede zwischen Geräten, die mit CC-Link IE TSN kompatibel sind, zu kalibrieren und sie mit hoher Genauigkeit synchron zu halten. Sowohl in Master- als auch in Slave-Geräten gespeicherte Zeitinformationen werden auf die Mikrosekunde synchronisiert gehalten. Wenn ein Netzwerkfehler auftritt, ist es dadurch möglich, die Betriebsprotokolle zu überprüfen und Ereignisse bis zum Fehler in chronologischer Reihenfolge genau nachzuvollziehen. Es ist auch möglich, den IT-Systemen Informationen über den Produktionsstandort und genaue Zeitinformationen zur Verfügung zu stellen. Dies ermöglicht eine KI-unterstützte Datenanalyse zur weiteren Prozessoptimierung durch vorausschauende Wartung.

CC-Link IE TSN verwendet die Time-Sharing-Methode mit Zeittrigger und bidirektionaler Simultankommunikation, um eine Zykluszeit von 31,25 μs oder weniger zu erreichen. Dies minimiert nicht nur die Gesamtzykluszeit, selbst wenn die Erweiterung der Produktionslinie das Hinzufügen von Sensoren oder Servoachsen erfordert, sondern bietet auch einen Leistungsvorteil bei der Zykluszeit im Vergleich zu herkömmlichen CC-Link IE-Netzwerken. CC-Link IE TSN ermöglicht die Verwendung mehrerer Kommunikationszyklen innerhalb desselben Netzwerks. Dadurch ist es möglich, die Kommunikationszyklen in Abhängigkeit von den Eigenschaften der einzelnen Geräte zu optimieren. Dadurch kann auch das Potenzial der Slave-Geräte im Netzwerk maximiert und die Produktivität des gesamten Systems verbessert werden.

Optionen für Gerätehersteller

CC-Link IE TSN unterstützt die Implementierung sowohl auf Hardware- als auch auf Software-Plattformen. ASIC- und FPGA-basierte Hardware-Methoden werden unterstützt. Darüber hinaus ist auch die Entwicklung mit Software-Protokollstacks auf einem Allzweck-Ethernet-Chip sowohl für Master- als auch für Slave-Geräte möglich. In allen Fällen werden physikalische Schichten mit 100 Mbit und 1 Gbit unterstützt. Diese Flexibilität ermöglicht es Geräteherstellern, Produkte mit den optimalen Methoden zu entwickeln und gleichzeitig die Zeit bis zur Markteinführung zu minimieren. Dies führt zu einer breiteren Palette von Produkten für Endbenutzer.

Die Technologie ermöglicht es, intelligente Fabriken durch die Integration von IT-System-Informationskommunikation und anderen offenen Protokollen im selben Netzwerk bei gleichzeitiger Echtzeit-Steuerung aufzubauen. Dazu gehören Systeme mit universellen IP-Kommunikationsgeräten und hochleistungsfähiger Antriebssteuerung. Durch die Verwendung von CC-Link-IE-TSN-kompatiblen Servoverstärkern und Bildverarbeitungskomponenten ermöglicht die Zeitsynchronisation dem Bildverarbeitungssystem eine genaue Erkennung der Werkstückposition während der Bewegung. Dadurch wird eine erhebliche Verkürzung der Zykluszeit und eine reduzierte Verdrahtung ermöglicht. Auch bei der Übertragung von Bildern mit großer Kapazität von Bildverarbeitungssystemen per IP-Kommunikation ist es möglich, ein einziges Netzwerksystem mit reduzierter Verdrahtung aufzubauen, ohne die Servosteuerung zu beeinträchtigen.

eu.cc-link.org

Kontakt:
CLPA-Europe
Tel: +49 (0) 2102 486-7988
Mitsubishi-Electric-Platz 1
40882 Ratingen

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