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EtherCAT Vs TSN 工控通讯标准掀起战火
[作者 王明德]   2017年06月14日 星期三 浏览人次: [12545]

EtherCAT Vs TSN 工控通讯标准掀起战火



**刊头图(Source:olenium)
**刊头图(Source:olenium)

NI国家仪器技术行销工程师吴维翰指出,TSN在乙太网路频宽中切出专属通道,同时保存了IT、OT两种系统的特色,不必因为制造系统的网路更换。 (摄影/王明德)


EtherCAT这几年掀起热潮,让多数人认识工业乙太网路,不过其实乙太网路在工业领域的布局已至少10年,不过由于即时性的问题未解决,且智慧制造概念仍未成熟,因此市场仍然选择已发展多年、具有高稳定的Fieldbus,2012年德国提出工业4.0概念,各国纷纷跟进,制定智慧制造政策与时程,在智慧制造系统中,Fieldbus的封闭性缺点被突显出来,各厂商纷纷制定自己的工业乙太网路标准,EtherCAT就是其一。


与其他多数自动化大厂相较,EtherCAT的是以软体为控制核心,搭配单一线路,克服了传统工业通讯的复杂配线问题,此外EtherCAT资料同步过程的讯号抖动量小、资讯传输延迟时间少(小于1微秒)、硬体成本低,再加上相对于其他自动化大厂,Beckhoff的规模较小产品线较少,导入EtherCAT的产品更愿意使用Beckhoff以外的自动化设备,这加强了市场上设备制造商投入研发的意愿,在技术与市场情势的相互拉抬下,EtherCAT的发展速度逐渐加快。随着导入企业的快速增加,NI国家仪器技术行销工程师吴维翰指出,


设备制造产业已形成EtherCAT生态圈,包括马达、I/O、switch、hub…等,包括NI本身的PXI、cRIO、PAC,也都已可支援,不过吴维翰也点出EtherCAT的隐忧所在,他指出EtherCAT虽然根基于乙太网路技术,不过其通讯格式仍与一般商用乙太网路不同,两者的基础架构无法共用,在此状况下若制造现场沿用既有网路,且安规均已申请验证完成,要再导入EtherCAT,则所有线路就必须重布,因此除了原有的EtherCAT,NI也开始推动AVnu联盟制定的另一乙太网路标准「TSN」。


TSN异军突起


TSN也是近年来相当火热的乙太网路通讯标准,与EtherCAT不同的是,TSN并非专为工业领域所设计,而是透过现有的IEEE 802.1与IEEE 802.3标准,


增加一系列的扩展功能,进一步确保其确定性效能,例如车用领域就是其一,一直以来汽车制造商都希望可以制定出专属的车用乙太网路,透过TSN延伸的IEEE 802.3 Etherne不仅拥有新的实体层(PHY)标准100BASE-T1与Gb级PHY,并可为车用乙太网路骨干使用较轻的非屏蔽双绞线(UTP)铜缆。增加一系列的扩展功能,进一步确保其确定性效能,例如车用领域就是其一,一直以来汽车制造商都希望可以制定出专属的车用乙太网路,透过TSN延伸的IEEE 802.3 Etherne不仅拥有新的实体层(PHY)标准100BASE-T1与Gb级PHY,并可为车用乙太网路骨干使用较轻的非屏蔽双绞线(UTP)铜缆。


方能创造出最佳产能,因此设备之间的讯息传递必须即时,目前大多数工业乙太网路标准的即时性,都已可达到制造业者的要求,然而在智慧制造概念下,工厂端的OT系统必须与企业端的IT系统互联,吴维翰表示,IT系统中的乙太网路建置与OT系统大为不同,IT系统的建置需求为大量资料传输,可容许稍微延迟,OT系统的传输量不大,不过必须稳定、即时,两者功能需求不同的乙太网路要互联,OT端所受到的干扰势必高于IT端。


在此一问题上,TSN由频宽管理着手,在乙太网路频宽中切出专属通道,系统设计者可自行定义此一通道的封包类型,例如马达控制器的封包,方可经由此通道传送,此一作法同时保存了IT、OT两种系统的特色,不必因为制造系统的网路更换,而将原有的网路系统砍掉重练,此外融合了标准网路规格的TSN,未来可以延续标准网路架构,当底层的实体层布建完成,上层的应用层也可随时跟上,整体网路的速度可同步提升,而EtherCAT目前仍紧守IEEE 802.3规范。


EtherCAT强化IT链结EtherCAT强化IT链结


即是为业界熟悉的OPC UA(Unified Architecture),此技术承袭过去的OPC,所不同之处在于大幅强化了可靠性、安全性与互通性,由此看来,OPC UA与定位在即时工业乙太网现场汇流排技术的EtherCAT,可望形成优势互补局面,企业可利用EtherCAT进行机台设备的控制,同时透过EtherCAT自动化协议(EAP),非常简单地在EtherCAT主站之间进行资料交换,接着借重OPC UA平台,经由资料加密传输的方式,将工业现场的资讯安全可靠地传递到MES、ERP等企业资讯系统,甚至是云端。


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