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TSN als neue Echtzeitkommunikation in der FertigungEin Überblick aktueller Entwicklungen2019-09-03

Bastian Otto | 03. September 2019 | Seite 3

Notwendigkeit eines neuen IEEE Standards

￭ Echtzeitanforderung an das industrielle Netzwerk steigt stetig￭ Bisher: Erweiterungen außerhalb der IEEE Spezifikationen￭ Vorangetrieben durch die Automobilindustrie￭ Basierend auf Wissen der Automatisierungsindustrie￭ Verringerung der Kosten für die Technologie

￭ Zusammenschluss innerhalb des IEEE zur TSN Task Group￭ TSN ist ein Sammelbegriff für zehn Standards

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Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH l www.hilscher.com Vgl. Christian Schlegel. TSN und die Feldbusse Konkurrenz oder Ergänzung ?



Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH l www.hilscher.com Vgl. Schenk, Belden: TSN Enabling Technology for the Automation Model of the Future




Quelle: Schenk, Belden: TSN Enabling Technology for the Automation Model of the Future


Was bedeutet TSN?

￭ In der Industriellen Automation ist der Hauptanwendungsfall für TSN die Bereitstellung von harter Echtzeit in Mischbetriebsnetzen

￭ Im Gegensatz zu bestehenden Feldbus- und Realtime Ethernetlösungen ist der Anspruch von TSN gegebenenfalls auch mehrere Echtzeitprotokolle auf einer Physik zu ermöglichen

￭ Ziel ist es auch, standardisierte Infrastrukturkomponenten für verschiedene Protokolle zu ermöglichen

￭ Verschiedene Organisationen propagieren zur Zeit Möglichkeiten, Realtime Ethernet Systeme mit TSN zu betreiben

￭ Alle Initiativen orientieren sich dabei an der gemeinsamen Arbeitsgruppe von IEEE und IEC: IEEE/IEC 60802



Wie funktioniert Echtzeitkommunikation heute?

￭ Viele Realtime Ethernet Systeme erlauben heute bereits Mischverkehr zwischen Echtzeitkommunikation und best effort Datenverkehr


t

Zyklus 1 Zyklus 2 Zyklus 3 Zyklus 4

Realtime TrafficBest Effort Traffic


Was ändert sich durch TSN?

￭ TSN erlaubt die „gleichberechtigte“ Verwaltung von gemischtem Netzwerkverkehr, siehe untenstehendes Beispiel:


t

Zyklus 1 Zyklus 2 Zyklus 3 Zyklus 4

Realtime Traffic 1Best Effort Traffic

Realtime Traffic 2Videostream


IEEE 802.1Qbv Enhancements for Scheduled Traffic


Network


Was ändert sich NICHT durch TSN?

￭ TSN verändert das Netzwerk auf ISO/OSI Layer 2

￭ Protokolle agieren innerhalb ihrer Zeitscheiben unabhängig

￭ Alle Funktionen der Layer 3 bis 7 bleiben erhalten

￭ TSN ist kein neues Protokoll!￭ Die meisten Layer 3+ Protokolle

können mit TSN verwendet werden￭ ABER: Für Echtzeitanforderungen ist

ein Mechanismus zur Übertragung auf TSN nötig!


Level 2: Link (Std EthN)

Level 1: Physical (Ethernet)

Level 3: Network (e.g. IP)

Level 4: Transport

Level 5: Session

Level 6: Presentation

Level 7: Application

Level 2: Link (TSN)


IEEE 802 TSN Toolbox


Name Status

IEEE 802.1Qbv Enhancements for Scheduled Traffic Published

IEEE 802.1 AS-rev Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications Draft

IEEE 802.1Qbu Frame Preemption Published

IEEE 802.1Qca Path control and reservation Published

IEEE 802.1Qcc Enhancements and improvements for stream reservation Published

IEEE 802.1Qci Per-stream filtering and policing Published

IEEE 802.1CB Redundancy Published

IEEE 802.1Qch Cyclic queuing and forwarding Published

IEEE P802.1Qcr: Asynchronous Traffic Shaping Draft

IEEE 802.3br Interspersing Express Traffic Published


IEEE/IEC 60802

￭ IEEE/IEC 60802 ist eine gemeinsame Arbeitsgruppe der IEEE und der IEC mit dem Ziel, ein Profil für die Anwendung von TSN in Fertigungsanlagen zu spezifizieren

￭ Die Arbeiten an diesem Profil laufen noch. Der aktuelle Stand der relevanten Unterstandards, die im TSN Profil für Industrienanlagen zu finden sein sollen, werden aus der Toolbox auf der vorherigen Folie zusammengestellt



EtherCAT TSN

￭ Die EtherCAT Technology Group sieht TSN als Lösung oberhalb der Steuerungsebene und propagiert die Verwendung im Zusammenhang mit EtherCAT hierarchisch

￭ Tunneln von EtherCAT durch TSN ist möglich und spezifiziert


Dr. Karl Weber, EtherCAT Technology Group: EtherCAT and TSN – Best Practices for Industrial Ethernet System Architectures


CC-Link IE TSN

￭ CC-Link IE TSN erweitert CC-Link IE dahingehend, dass durch Zeitsynchronisation simultanes Senden ermöglicht wird, was die Latenzen verringern kann


CLPA Homepage, CC-Link IE TSN, Stand August 2019


PROFINET@TSN

￭ PI spezifiziert eine Verwendung von PROFINET in TSN Netzen für die Steuerungskommunikation

￭ Hierbei ist eine Verschlankung des PROFINET Protokolls denkbar


Xaver Schmidt, 2nd Industrial IIoT Forum, 14.11.2018, Berlin


OPC Field Level Communication Initiative

￭ Neu im Bereich harter Echtzeit ist OPC UA

￭ Bisher wurde OPC nur für nicht-Echtzeitverkehr genutzt

￭ Mit einem TSN-basierten, Echtzeitanforderungen erfüllenden Pub-Sub Modus will die Field Level Communication Initiative fit machen für Controller toDevice Communication in harter Echtzeit


OPC Foundation, SPS Messe 2018


IEEE 802.1Qcc Enhancements and improvements for stream reservation


Fully Centralized Model:UNI interface located between CUC and CNC

Fully Distributed Model, orCentralized Network / Distributed User Model :UNI interface located at network edge to hide internal network.

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