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Ultimamente se ha hablado mucho sobre Time-sensitive networking (TSN) en las noticias. Puede comprender el por qué si ha tenido que lidiar con los diferentes estándares de comunicación que coexisten en los sistemas de automatización actuales.

¿Por qué es importante el time-sensitive networking (TSN)?

Ultimamente se ha hablado mucho sobre TSN en las noticias. Puede comprender el por qué si ha tenido que lidiar con los diferentes estándares de comunicación que coexisten en los sistemas de automatización actuales. El hecho de que algunos de los proveedores de tecnología de automatización más grandes hayan trabajado juntos para desarrollar este estándar abierto es señal de su importancia.

TSN permite la comunicación vertical desde dispositivos de campo a sistemas de nivel superior.

Qué es (y qué no es).

TSN no es un protocolo. Es un conjunto de estándares del IEEE que son administrados por el grupo de trabajo del IEEE 802,1. TSN es un sistema de comunicación determinista completo y en tiempo real que maneja tres funciones clave de red:

Sincronización de tiempo, para que todos los dispositivos tengan una vista común del tiempo
Programación, de modo que puedan existir diferentes clases de tráfico en la misma red y los usuarios puedan priorizar el tráfico más urgente
Modelación del tráfico, para que se le pueda dar forma al tráfico restante y se pueda reservar el ancho de banda de la red para lograr la tolerancia a fallas

TSN permite integrar el control de la máquina y la comunicación de información requerida para que las fábricas inteligentes de próxima generación se realicen en una red.

Por qué debería interesarle.

Hay 5 grandes razones por las que debe interesarse en TSN.

MAYOR CONVERGENCIA
TSN combina diferentes tipos de tráfico de datos en una red. La tecnología operativa (TO) de nivel inferior y la tecnología de información (IT) de nivel superior pueden residir en el mismo cable. La convergencia de TI y TO permite admitir datos no urgentes (p. ej., datos estadísticos y de diagnóstico) y datos operativos urgentes (p. ej., control de movimiento y comandos de seguridad) en la misma red, sin comprometer la calidad de servicio (QoS). La compatibilidad con el intercambio de datos entre TO y TI es esencial para el Internet Industrial de las Cosas (IIoT), también conocido como Industry 4,0.
RENDIMIENTO DE LA RED DETERMINISTA
TSN permite clasificar los flujos de datos y etiquetarlos con una entrega determinista a través de la red. Este determinismo permite disminuir la velocidad de transferencia de tráfico menos importante sin afectar negativamente el rendimiento de las aplicaciones críticas. El rendimiento determinista de la red permitirá una sincronización de alta velocidad y alta precisión que mejora tanto la productividad como la calidad en toda la planta.

According to SmartIndustry, “Recent studies have shown that TSN could outperform TCP and other solutions maintaining extremely low latencies on highly-congested networks. Específicamente, podría mantener una latencia de 2 ms en un enlace troncal que conecta dos interruptores caracterizados por una capacidad del 95% (o congestión) incluso cuando se transmiten marcos con grandes tamaños de carga de 200 bytes”.
COEXISTENCIA RESPALDADA POR LA INDUSTRIA
No se puede dejar de destacar la importancia de las soluciones abiertas e interoperables. La informática personal, las redes y la Internet prosperaron cuando se adoptaron estándares abiertos. Los proveedores y las organizaciones tecnológicas respaldan el TSN y este amplio apoyo continúa creciendo. La Arquitectura Unificada OPC (OPC UA) en TSN lleva las comunicaciones en tiempo real, el intercambio de datos y la programación al nivel del dispositivo. También permitirá la interoperabilidad de múltiples proveedores desde el sensor hasta la nube, otra capacidad clave para el Internet Industrial de las Cosas (IIoT).
INTELIGENCIA MACHINE-TO-MACHINE y MACHINE-TO-HUMAN
El protocolo de comunicación machine to machine (máquina a máquina) de OPC UA para la automatización industrial agiliza significativamente la recopilación y el control de datos. También proporciona información semántica, que el ser humano puede leer y una máquina puede interpretar. Esta capacidad de agregar contexto y significado a los datos es uno de los mayores beneficios del IIoT.
IMPLEMENTACIÓN Y MANTENIMIENTO MÁS SENCILLOS
TSN simplifica en gran medida la red en sí. La capacidad de usar una sola red para llevar a cabo una gama completa de tareas:
- Reduce el tiempo de ingeniería;
- Reduce los costos de instalación;
- Habilita la configuración automática de dispositivos;
- Aumenta el tiempo del ciclo.
Reducir los costos de integración y, al mismo tiempo, lograr el mejor rendimiento en su clase es atractivo para muchos usuarios:
- Proveedores de tecnología de automatización;
- Fabricantes de máquinas;
- Integradores de sistemas;
- Usuarios de maquinaria industrial.

Cómo funciona.

Esta descripción de CLPA-Americas describe muy bien la funcionalidad determinista de TSN. Dicen lo siguiente:

TSN prioriza las señales y dedica un carril y una parte del tiempo del ciclo a los mensajes priorizados.
Durante un tiempo de bloqueo anterior al tiempo de ciclo reservado, los mensajes que amenacen la sincronización de los mensajes priorizados no pueden entrar al interruptor TSN.
CC-Link IE TSN also divides messages to ensure reliability
Establecer plazos para establecer señales de movimiento reduce drásticamente la latencia (tiempo de fluctuación) y hace que el sistema sea predecible y determinista.

Cómo se obtiene.

A recent article in Process and Control Today says that, "A network technology that helps businesses get closer to the future ‘holy grail’ of industrial communications is CC-Link IE TSN. This is the first open industrial Ethernet available on the market to combine gigabit bandwidth with Time-Sensitive Networking."

CC-Link IE TSN fue desarrollado por CC-Link Partners Association (CLPA). CC-Link IE TSN ofrece un camino hacia el futuro y, a su vez, aborda las necesidades actuales. Es evolutivo y revolucionario.

CC-Link IE TSN delivers control, motion and safety data streams on one "pipe"

Con CC-Link IE TSN, una única arquitectura de red unificada admite:

Flujos de tráfico críticos y no urgentes;
Tráfico TCP e IP;
Dispositivos de campo de 1 gigabit y 100 megabit.

TSN permite que los ingenieros utilicen Ethernet de uso general para un control y automatización cada vez más rápidos y sofisticados. Tener una red tan eficiente permite que todos los diferentes componentes se comuniquen entre sí de manera más efectiva y también admite la computación de borde eficiente.

CC-Link IE TSN permite la interoperabilidad de proveedores a través de Ethernet convergente estándar. Los mecanismos y las arquitecturas de integración para los sistemas de control de nube perimetral inteligente se conectan directamente a la red. Esta conectividad permite que los clientes, proveedores y vendedores accedan a los datos de estos sistemas y aprovechen las rutinas de mantenimiento preventivo y optimización.

Dado que es una red basada en software, los ingenieros pueden colocar dispositivos heredados más lentos en TSN hoy y migrar a dispositivos de mayor velocidad cuando lo deseen. Esta compatibilidad con versiones anteriores y la ruta de migración hacia versiones futuras es un sello distintivo de las tecnologías abiertas basadas en estándares.

Qué funciones admite CC-Link IE TSN.

Según la CC-Link Partner Association, “CC-Link IE TSN admite funciones de movimiento, control de secuencia y seguridad, y sus ofertas de hardware relacionadas, incluidas las de E/S y seguridad tradicionales, servo movimiento, CNC y funciones de proceso. TSN incluso admite la desafiante aplicación de la visión mecánica”.

Entre los productos compatibles con CC-Link IE TSN ahora se incluyen los siguientes:

PLC
Servomotores
Robots (Coming Soon)
GOTs (HMIs) and
Inversores

Cómo mejora TSN las aplicaciones de movimiento.

Tom Burke, asesor estratégico global de CLPA-Americas, dijo: “Para las aplicaciones de movimiento, la mayor preocupación no es la velocidad de la red. Es la fluctuación. CC-Link IE TSN reduce drásticamente la fluctuación”.

Los servomotores pueden controlarse directamente en la misma red, junto con los demás componentes de automatización. Esto significa que puede integrar controladores de movimiento sin comprometer el rendimiento y puede sincronizar ejes en tiempo real para mejorar la productividad y la calidad.

Por qué las fábricas inteligentes necesitan CC-Link IE TSN.

Motion Control Tips A Design World Resource says, “Smart factories need to gather production information in real time; process it via edge computing; and transmit it onward to IT systems. Para aprovechar los datos del sitio de producción de esta manera se requiere una red estable de alta velocidad como CC-Link IE TSN”.

Normalmente, los sistemas de automatización en las operaciones de fabricación se han implementado utilizando una infraestructura de red no estándar. Esto ha hecho que sea muy difícil acceder a los datos. Muchos fabricantes aún descargan datos de dispositivos individuales en unidades externas de memoria. Esta ineficiencia ha creado una barrera técnica para el IIoT, con base en la capacidad de consumir datos en cualquier lugar de la infraestructura.

Deloitte y la Alianza de Fabricantes para la Productividad e Innovación (Manufacturer’s Alliance for Productivity and Innovation, MAPI) señalaron que “las iniciativas de fabricación inteligente pueden aumentar la productividad, el rendimiento y la capacidad de la fábrica en aproximadamente un 10%. Esto es posible al tener maquinaria y equipos que puedan mejorar los procesos industriales a través de la automatización, la comunicación y la optimización automática”.

Debido a que CC-Link IE TSN admite el intercambio de datos entre TI y TO, cumple con la promesa de IIoT.

CC-Link IE TSN ofrece flujos de datos de control, movimiento y seguridad en una sola “tubería”.

Cuándo estará disponible.

La tecnología basada en TSN para redes CC-Link IE TSN ya está disponible. La migración a esta tecnología le permite avanzar en la ruta hacia la fábrica inteligente al combinar los beneficios de un marco Ethernet abierto con ancho de banda de gigabits más las capacidades adicionales de TSN. Haga clic aquí para obtener más información sobre la tecnología basada en TSN para redes CC-Link IE TSN.