Статья опубликована в рамках: LXVI Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 14 июня 2018 г.)
Наука: Информационные технологии
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
дипломов
ПРОВЕДЕНИЕ ОБЗОРА ТЕХНОЛОГИИ TIME SENSITIVE NETWORKING ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕЕ В РОБОТОТЕХНИКЕ
В настоящее время, процесс автоматизации производства развивается очень быстрыми темпами: увеличивается количество устройств со встроенной системой управления, увеличивается мощность микроконтроллеров. Из-за этих изменений возрастает роль данных, получаемых на всех уровнях АСУ ТП (Автоматизированная система управления технологическим процессом). Запросы от заказчиков АСУ ТП все более ужесточаются в части объема, скорости и надежности получения данных. Для решения поставленных запросов, была создана промышленная сеть. Задачей промышленной сети является объединение всех устройств, использующихся в производстве, в единую сеть, для передачи информации между ними. В течение многих лет производственные сети создавались по традиционной централизованной схеме. Данная схема имела одно мощное вычислительное устройство и большое количество кабелей, с помощью которых производилось подключение всех устройств. Такая схема имела высокую цену и низкий уровень автоматизации. На данный момент, такие производственные сети имеют все меньше популярности. Недостатки централизованных АСУ ТП:
- большие затраты на кабельную сеть;
- вспомогательное оборудование:
- сложный монтаж;
- низкая надежность;
- сложная реконфигурация.
Ввиду этих недостатков, централизованные АСУ ТП стали во многих случаях абсолютно неприемлемыми как экономически, так и технологически.
Альтернативным решением стали цифровые промышленные сети (ЦПС). Они состоят из множества узлов, обмен между которыми производится цифровым способом. На данный момент, рынок имеет около сотни различных типов ЦПС, применяемых в системах автоматизации. Технические и стоимостные различия этих систем настолько велики, что выбор решения, оптимально подходящего для нужд конкретного производства, является непростой задачей.
Целью данной работы является проведение исследования технологии Time Sensitive Network, а так же рассмотрение применения этой технологии в робототехнике. В настоящий момент, робототехника стала развиваться большими темпами в России. Передача данных между различными роботизированными устройствами для их совместной работы имеет приоритетную задачу. Все чаще в производство начинают использовать робототехнический комплекс. Робототехнический комплекс представляет собой несколько роботов, которые взаимодействуют для определенной задачи. Роботы взаимосвязаны между собой промышленной сетью. Если сеть не сможет передавать данные в точное время, или будут теряться данные, то тогда задачи, для которой создавался робототехнический комплекс будут удовлетворяться либо частично, либо полностью не соответствовать тому, для чего создавался комплекс.
Приоритет в мире автоматизации для выполнения более сложных задач на более высоких скоростях вызывает интерес к Time Sensitive Networking, который позволяет системам обрабатывать сообщения в режиме реального времени.
Time Sensitive Networking (Сеть чувствительная ко времени) – это технология, которая обеспечивает синхронизацию (детерминированность) устройств, подключенных с помощью Ethernet. Синхронизация достигается путем перераспределения трафика посредством раздачи приоритетов определенным устройствам. Синхронизация обеспечивается с помощью стандартов IEEE 802. Все стандарты, описывающие TSN приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Стандарты, описывающие TSN
|
Стандарт |
Область |
Задача |
|
IEEE 802.1ASRev, IEEE 1588 |
Сроки и синхронизация |
Усовершенствование и улучшение производительности |
|
IEEE 802.1Qbu & IEEE 802.3br |
Экспедирование и очередь |
Предотвращение потери кадров и трафик Interspersing Express |
|
IEEE 802.1Qbv |
Экспедирование и очередь |
Улучшения для запланированного трафика - временное формирование трафика |
|
IEEE 802.1Qca |
Контроль пути и резервирование |
Контроль пути и резервирование |
|
IEEE 802.1Qcc |
Резервное хранилище (SRP) |
Усовершенствование и улучшенияе производительности протокола резервирования потока (SRP) |
|
IEEE 802.1Qci |
Временная защита от вторжений |
Фильтрация и полиграфия по потоку |
|
IEEE 802.1CB |
Резервное хранилище (SRP) |
Репликация и устранение кадров для обеспечения надежности |
TSN начала разрабатываться в 2012 году, в ее основе лежит протокол Audio Video Bridging (AVB). Протокол AVB предназначается для передачи данных аудио-видео систем по Ethernet.
Плюсами этого протокола является:
• Резервирование трафика для синхронизации устройств, это необходимо, чтобы сделать задержку меньше 2 миллисекунд;
• Обеспечение качества передачи, то есть сведения потери пакетов данных к минимуму, при этом качество аудио и видео не должно стать хуже;
• Уменьшение количества проводов, кабелей и оборудования.
Компании, такие как TTTech, Intel, National Instruments, Cisco, Xilinx и др. увидели возможность применения этой технологии в сфере производственной деятельности и решили разработать технологию, которая имела все те возможности, что и ABV, но с акцентом на производство. Так и появилась технология Time Sensitive Networking.
TSN, разработанная рабочей группой IEEE 802.1, которая управляет связью на основе Ethernet, позволяет выполнять жесткие требования в режиме реального времени, требуемые приложениями с замкнутым контуром в приложениях управления движением или приложениях безопасности. TSN реализовывается на 2 уровне модели OSI (open systems interconnection basic reference model), что делает TSN желательным протоколом для разработанных технологиях, базирующихся на Ethernet. В настоящее время SIEMENS уже ведет разработку устройств, в которых будет сочетание их разработанной технологии PROFINET и внедренная в эту технологию TSN. Так же ведутся разработки по внедрению TSN в такие популярные технологии как EtherCAT, Powerlink.
TSN уделяет большое внимание технологии Industry 4.0, что увеличивает объем данных, отправляемых по сетям. Благодаря дальнейшей разработке Ethernet в IEEE 802.1 могут быть разработаны будущие устройства со стандартными Ethernet-контроллерами, которые по-прежнему отвечают всем требованиям к промышленной безопасности.
В робототехнике TSN сможет занят достаточно важное место, особенно в робототехнических комплексах.
Одними из основных характеристик таких комплексов является точность работы каждой части комплекса, сведение времени работы к минимуму, уменьшение размеров интерфейса. Большинство характеристик достигаются с помощью синхронизации и правильным управлением трафика сети. Отсюда следует, что TSN будет очень полезна в робототехнике, ввиду того, что способна выполнить задачи, поставленные перед ней робототехнической системой.
Подводя итоги можно с уверенностью сказать, что TSN будет иметь большую популярность из-за своего революционного решения проблемы детерминизма в промышленных сетях. В робототехнике, TSN так же получит одно из важнейших мест, особенно в тех сферах деятельности роботов, где детерминизм стоит как основная характеристика по выбору робота, или робототехнического комплекса.
Список литературы:
- Как работает AVB [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.osp.ru/lan/2014/01/13039323/ (дата обращения: 05.12.2017).
- Time Sensitive Network (TSN) Protocols and use in EtherNet/IP Systems // Frisco, Texas, USA October 13, 2015.
- TSN – Time Sensitive Networking [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.belden.com/hubfs/resources/knowledge/white-papers/tsn-time-sensitive-networking.pdf?hsCtaTracking=c812c7a2-3d80-455d-b80a-d51fc7871b62%7Ca77d5d1e-6fc7-4414-8b89-7717bd71aec9 (дата обращения: 07.02.2018).
- Time Sensitive Network Usage Speeds Up [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.totallyintegratedautomation.com/2018/05/time-sensitive-network-usage-speeds-up/ (дата обращения: 10.05.2018).
дипломов
Оставить комментарий