Cambiando la cara de la Automatización con TSN

Por Oliver Kleineberg La tecnología digital se ha apoderado de muchos aspectos de nuestras vidas y la fábrica no es la excepción . Gracias a la Industria 4.0 (también conocida como la “fábrica inteligente”), la tecnología digital se ha convertido en una prioridad para la industria manufacturera durante las últimas décadas. Este cambio ofrece una visibilidad y conectividad mejoradas entre los sensores en el piso de la fábrica y la red troncal de la fábrica, lo que permite que los datos se muevan a altas velocidades y estén disponibles donde se necesitan para servicios de valor agregado como el análisis de datos. En este tipo de sistemas altamente automatizados, la comunicación en tiempo real es esencial y, a veces, vital. Imagine un automóvil autónomo que duda en frenar para un peatón en su camino o robots en una línea de montaje que reciben instrucciones retrasadas de la computadora que sincroniza sus movimientos. Se utilizan varias tecnologías de comunicación en tiempo real, incluidas EtherCAT, PROFINET IRT y Sercos III, para garantizar comunicaciones oportunas. Sin embargo, también tienen problemas de compatibilidad y ofrecen soporte limitado (si lo hay) para aprovechar directamente las mejoras en curso y futuras de la tecnología básica Ethernet IEEE 802, como un mayor ancho de banda. 3 Essentials Time Sensitive Networking (TSN) proporciona Comunicación confiable en tiempo real y transmisión sin retroalimentación del tráfico crítico y no crítico en la misma red. Alto ancho de banda para acomodar la gran cantidad de sensores y datos de fondo que fluyen a través de las redes de automatización que se escalan a medida que Ethernet se desarrolla. Compatibilidad con versiones anteriores de dispositivos Ethernet estándar. ¿Qué es TSN? TSN permite que las redes transmitan tráfico de fondo de menor prioridad de una manera que no afecte al tráfico de tiempo crítico. Un ejemplo de tráfico de tiempo crítico se utiliza en el control de bucle cerrado: los sensores reaccionan en función de los datos de control recibidos de los PLC y luego devuelven su retroalimentación a los PLC, cerrando el bucle. Al mismo tiempo, los datos generados por sensores a nivel de campo que no son sensibles al tiempo se transmiten en la misma infraestructura de red y se agregan en la nube de automatización local y se someten a análisis de big data.   Este proceso es la implementación del sensor a la visión de la nube. Las redes de automatización comienzan en el sensor que está conectado directamente al proceso de fabricación principal y, en su variante más compleja, terminan dentro de un servicio de infraestructura en la nube en la columna vertebral de la fábrica o incluso en una nube remota para optimización o análisis global. Los mensajes en estas redes varían en importancia: van desde el tráfico de misión crítica hasta el tráfico de fondo menos urgente. El tráfico de control de misión crítica se utiliza para controlar el proceso de fabricación y, a menudo, tiene requisitos estrictos para la puntualidad y solidez de las entregas. Los datos del sensor menos urgentes se utilizan para analizar y optimizar los procesos y, por lo general, no vienen con requisitos de garantía de tiempo o entrega. Con TSN, todos los datos viajan por la misma superautopista de la información con los datos urgentes con alta prioridad. Es como un carril para vehículos de emergencia o un carril para autobuses en una autopista, excepto que TSN no reserva carriles de tráfico distintos porque hacerlo crearía ineficiencias cuando no hay tráfico crítico. TSN dirige el tráfico para maximizar el uso del ancho de banda disponible y controla estrictamente el acceso al medio de la red. 4 opciones de red comunes: Al construir una red para transportar tráfico urgente y no urgente, tiene cuatro opciones:

1. Utilice TSN para controlar estrictamente el acceso a la red para tráfico urgente y no urgente
2. Construya redes completamente separadas para tráfico urgente y no urgente, una opción de alto costo.
3. Sobredimensionar enormemente el ancho de banda de la infraestructura de red, un enfoque ampliamente utilizado pero extremadamente caro llamado sobreaprovisionamiento de ancho de banda. Además, esto le proporcionará una solución estadística, pero no una que sea 100% determinista.
4. Acepte posibles retrasos en el tráfico de datos urgentes de misión crítica, que normalmente no son una opción viable.

De estas opciones, la opción clara de elección es la primera: usar TSN. TSN es la mejor opción no solo porque funciona sino también porque tiene menores costos debido a que solo requiere una sola red. Poniendo el TSN a trabajar en redes de automatización Debido a su capacidad para separar el tráfico en las redes de automatización, TSN permite la convergencia de numerosas redes pequeñas desconectadas en una estructura de red unificada. Esta nueva red puede adaptarse a los requisitos de comunicación en tiempo real a mayor escala, al tiempo que proporciona los beneficios de la convergencia de la red: visibilidad de datos y activos. Esto es una realidad para muchos mercados de redes de automatización diferentes: Automatización industrial En la automatización de fábricas, la convergencia de la red permite un control distribuido en tiempo real; La gran maquinaria y numerosos robots pueden interactuar entre sí de forma más precisa y flexible que antes. Las organizaciones pueden habilitar aplicaciones, como el mantenimiento predictivo, que requieren el análisis de cantidades sustanciales de datos de sensores. Una red convergente desde la nube al sensor también permite un acceso remoto seguro desde Internet a la maquinaria de producción para realizar el mantenimiento y otras tareas de forma remota.   Automatización energética En la automatización de energía, por ejemplo, en subestaciones eléctricas, TSN se puede utilizar para permitir que los datos de misión crítica, como los valores muestreados de voltaje y corriente, viajen a través de la red hasta el equipo de protección eléctrica. TSN también se puede utilizar para mejorar el rendimiento de notificaciones de eventos importantes, Eventos de subestación orientados a objetos genéricos (GOOSE), cuando el protocolo GOOSE utiliza la misma infraestructura de red utilizada, por ejemplo, para datos de sensores o vigilancia de red a través de un sistema SCADA.   Aplicaciones de transporte En el transporte, por ejemplo, en las redes de trenes, las aplicaciones de conveniencia, como el entretenimiento de los pasajeros, pueden compartir una red con otras aplicaciones, como la información de los pasajeros o las funciones de control que no son relevantes para la seguridad. A su vez, las funciones de seguridad se pueden combinar con otras funciones de control menos críticas en redes de control dedicadas.   Redes automotrices en vehículos TSN permite la convergencia y el reemplazo de muchos buses de comunicación diferentes en el vehículo para formar una capa de conectividad unificada. TSN, con su capacidad para fusionar el tráfico de diferentes prioridades, sin retroalimentación, en un solo cable, es ideal como tecnología de comunicación de la red troncal del automóvil en el vehículo. Los fabricantes de automóviles pueden utilizar TSN de diferentes formas según su arquitectura. Para algunos, TSN conecta solo los diferentes dominios de aplicaciones dentro del vehículo, como el tren de transmisión, el control de la carrocería y el entretenimiento de los pasajeros. En otros casos, TSN también se utiliza dentro de los dominios de aplicaciones individuales y reemplaza por completo la red de autobuses para automóviles en el vehículo.   La conclusión clave es que TSN permite que los datos urgentes y menos urgentes compartan la misma infraestructura de red, al tiempo que evita que el tráfico menos urgente obstaculice el flujo del tráfico más urgente. Para obtener más información, consulte este informe técnico sobre sistemas de señalización y redes sensibles al tiempo. Acerca del autor El Dr. Oliver Kleineberg nació en 1978 en Esslingen, Alemania. En 2007, se incorporó a Hirschmann Automation and Control GmbH en la unidad de negocio Beldens Industrial Networking Solutions. Después de trabajar en Gestión de proyectos, Gestión de la cadena de suministro y Desarrollo avanzado, ahora es el CTO de redes industriales. Oliver ha estado trabajando con numerosos organismos de normalización, incluidos los grupos IEC e IEEE 802. Ha trabajado en especificaciones de comunicación industrial tolerantes a fallas y en tiempo real, incluidos los esfuerzos continuos de estandarización de TSN en IEEE 802.1 e IEEE 802.3. Oliver se graduó de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Esslingen en Ingeniería Informática y tiene un doctorado. en Ingeniería Informática de la Universidad de Limerick. Toda la información e imágenes del presente artículo cuenta con todos los derechos reservados y es propiedad de Belden esta es una traducción de https://www.belden.com/Blogs/changing-the-face-of-automation-with-TSN