Veel gebruikers vragen zich momenteel af waarom TSN (Time-Sensitive Networking) het communicatieplatform is voor toekomstige automatiseringstaken. Om het in een notendop samen te vatten: TSN wil onder meer het gebruik van een gemeenschappelijk Ethernet-netwerk voor IT- en OT mogelijk maken.

Naarmate fabrieken ontwikkelen, worden veel extra componenten in een fabriek geïntegreerd zoals virus scanners. Dergelijke acties, zoals het integreren van een virus scanner, zetten het netwerk onder druk, omdat standaard Ethernet (TCP/IP) zeer grote datapaketten kan bevatten en geen real-time functies heeft. Als er grote TCP/IP datapaketten aanwezig zijn, kunnen deze communicatiepaden blokkeren en is het niet mogelijk voor de real-time datapaketten om deze in te halen. Dit vertraagt niet alleen de aanlevering van de datapaketten in elke switch, maar veroorzaakt ook storing in de apparaten.

TSN biedt voordelen, zoals toekomstbestendige IEEE Ethernet technologie met hogere bandbreedte, determinisme, flexibele netwerkconfiguratie en een grote verscheidenheid aan chips. Het doel van gebruikers is echter om beproefde PROFINET applicaties en bestaande bouwwerken te blijven gebruiken. Om deze reden werkt PI niet alleen aan het integreren van TSN, maar ook aan het vereenvoudigen van dit nieuwe migratie pad voor de gebruiker, terwijl het flexibel blijft voor toekomstige Industrie 4.0-gebruikssituaties.

Het goede nieuws is dat het de gebruiker eigenlijk makkelijker maakt. Tegenwoordig maakt netwerkconfiguratie (d.w.z. het definiëren van de communicatiepaden van de controller naar het apparaat) deel uit van de engineering. Deze taak wordt in de toekomst overgedragen naar de software van de PROFINET-apparaten en maakt dus deel uit van de ruimte in de controller of het apparaat. Dit ontlast niet alleen de gebruiker; het verhoogt ook de flexibiliteit. De gebruiker hoeft alleen eenvoudige regels voor het netwerk te definiëren voor de configuratieberekening.
Deze omvatten:
·         Selectie van een Working Master (meestal de PLC)
·         Gegevenssnelheid (bijvoorbeeld 200 Mbit/s of 1 GBit /s)
·         Domeinnaam
·         Het plannen van de update cycli

Deze instellingen zijn snel gedaan, vooral omdat ze zijn ingesteld voor het hele netwerk (het hele domein) en niet per apparaat. Dit vermindert de inspanning aanzienlijk. Het is niet langer nodig om tijdens de engineering een doeltopologie te maken, maar dit is nog steeds mogelijk. Ondertussen is de ontwikkeling en integratie van de overeenkomstige TSN-mechanismen voor gebruik in de hedendaagse automatiseringswereld behoorlijk geavanceerd. Belangrijke functies, welke relevant zijn voor industriële automatisering, zijn al opgenomen in de normen en zullen – of worden binnenkort – geïntegreerd in de standaardchips. Dit opent nieuwe toepassingsgebieden en hardware ontwerpen voor controllers; bovendien kunnen veldapparaten met deze standaardchips flexibeler worden ingezet.

Het doel van PI, om TSN te integreren als een extra laag 2-technologie in de PROFINET-architectuur, is bereikt met de huidige PROFINET-specificatie V2.4. Het specificatie werk is afgerond en de drie delen van het document kunnen worden gedownload van de PI website. Dit stelt zowel fabrikanten als gebruikers in staat om de voordelen van TSN op een interoperabele manier te implementeren. De fabrikanten van het PROFINET-veldapparaat gebruiken dan eenvoudig de bijbehorende modules en kant-en-klare technologiemodules. Dat betekent dat ze de details niet hoeven te begrijpen of zelfs niet hoeven te implementeren, zoals nu het geval is. Hierdoor kunnen fabrikanten TSN eenvoudig toevoegen aan hun bestaande PROFINET portfolio.

Uiteraard blijft de specificatie gehandhaafd in het vertrouwde jaarlijkse onderhoudsproces, zodat nieuwe wensen van klanten, praktijkervaringen of technologische ontwikkelingen open en begrijpelijk worden geïntegreerd. De TSN-Guideline biedt ook een eenvoudige uitleg van de toepassing van TSN.

Inhoud:
Omdat TSN in laag 2 moet worden geclassificeerd, blijven de lagen van het communicatiemodel erboven ongewijzigd. Daarom blijft ook het beeld van de gebruiker van PROFINET met parametrering, diagnose of apparaatmodel ongewijzigd; de daarboven opgestelde profielen, zoals PROFIsafe, zullen niet worden beïnvloed.
Apparaat:
Fabrikanten kunnen PROFINET over TSN, welke wordt samengevat in Conformance Class D, integreren in bestaande apparaten als een extra functie of een nieuwe apparaten lanceren.

Ethernet met TSN breidt in wezen de bestaande mechanismen van Ethernet uit met de onderwerpen ‘Quality of Service’ (bijvoorbeeld reservering van bandbreedte,) tijd synchronisatie, evenals low latency en zelfs een bumpless redundancy. De applicaties registreren hun communicatie eisen op het netwerk en zijn verzekerd van de respectievelijke gevraagde QoS door het netwerk. De verbindingen lopen dan in zogenaamde streams, die vervolgens genieten van bandbreedtebescherming via de toewijzing van middelen in de geheugens van de switches. In principe kan elk van deze streams in real-time worden voorzien. Door de ingekapselde streams is het met TSN ook mogelijk dat meerdere real-time protocollen parallel in één netwerk kunnen worden bediend. Dit wordt ook wel netwerkconvergentie genoemd. Dit is een fundamenteel verschil met de huidige Ethernet gebaseerde real-time protocollen, zoals PROFINET, waarbij het netwerk alleen PROFINET toestaat als het enige real-time compatibele protocol (naast TCP/IP gebaseerd verkeer).

Nee, TSN vervangt PROFINET niet
Aangezien PROFINET vanaf het begin afhankelijk is van IEEE-standaarden, zien we ook de TSN-technologie die in de IEEE moet worden gestandaardiseerd als een nuttige uitbreiding van laag 2 van PROFINET. PROFINET biedt services die nodig zijn voor automatisering, zoals cyclische en acyclische gegevens, alarmen/diagnostiek, parametrering, welke de IEEE-mechanismen, zoals TSN, niet alleen kunnen bieden. TSN is daarom geen concurrent van PROFINET, maar beschrijft IEEE-basismechanismen die communicatieprotocollen, zoals PROFINET of OPC UA kunnen gebruiken. PROFINET zal de mogelijkheden van een TSN netwerk voor zichzelf kunnen benutten en daarvan profiteren.

TSN alleen zal PROFINET nooit kunnen vervangen, omdat het een basistechnologie is waarop communicatieprotocollen kunnen worden gebaseerd

PI werkt al aan het gebruik van PROFINET op basis van TSN naast RT en IRT. TSN standaardiseert de real-time mechanismen op Layer 2, welke doorgaans worden opgelost via speciale hardware in de huidige Ethernet-gebaseerde fieldbus systemen, zoals PROFINET met IRT. Protocollen op basis van TSN zullen daarom in de toekomst kunnen werken met gestandaardiseerde hardware via IEEE, zelfs voor klok-synchrone toepassingen. Zo biedt PROFINET met TSN de voordelen die reeds bekend zijn van PROFINET met IRT (tijdnauwkeurigheid, reproduceerbaarheid, bandbreedteboeking, diagnose), maar op basis van standaard hardware. Natuurlijk blijven de RT- en IRT-mechanismen deel uitmaken van de PROFINET-specificatie en profiteren van PROFINET innovaties.

Wanneer het industriële profiel IEEE/IEC 60802, dat bepaalt welke TSN-diensten worden gebruikt voor industriële automatisering, wordt aangenomen (vanaf 2021).

TSN vereist een ‘TSN-geschikte’ hardwarecomponent; de Ethernet-componenten die tegenwoordig zijn geïnstalleerd, kunnen normaal gesproken niet door software worden uitgebreid tot TSN. Het is echter een mogelijkheid dat de ‘standaard Ethernet-module’ in de toekomst een TSN-geschikte Ethernet-module zal zijn. Dit is een motivatie voor PI om PROFINET op TSN op te zetten. Alle bekende fabrikanten zijn al begonnen of hebben op zijn minst de ontwikkeling van hardware apparaten met TSN-mechanismen aangekondigd. Dit biedt een breed scala aan mogelijkheden voor de verschillende hardware-ontwerpen van de fabrikanten.

PROFINET over TSN richtlijn:
Deze richtlijn biedt initiële richtlijnen voor apparaat en stack ontwikkelaars om de ontwikkeling van nieuwe apparaten die PROFINET ondersteunen via TSN te versnellen. Deze vind je here.

PROFINET over TSN plannings-richtlijn:
Lezers van deze richtlijn zijn ontwikkelingsmanagers en ontwikkelaars van PROFINET via TSN scheduling/engineering tools en apparaten (voor leden). Deze vind je here.