Przejdź do głównej zawartości

Jak TSN gwarantuje komunikację w czasie rzeczywistym dla podstacji cyfrowych

Germán Fernández

Najprawdopodobniej wielokrotnie natknąłeś się temat Time Sensitive Networking (TSN). Uważamy, że jest to istotny zestaw technologii, które w końcu zapewnią gwarancje czasowe na dostarczenie wrażliwych na czas danych w wielu branżach o znaczeniu krytycznym. Naszym zdaniem TSN jest jednym z najbardziej newralgicznych trendów, o których warto pamiętać.
Zanim zaczniemy, przypomnijmy, co obejmuje TSN i jakie ma znaczenie dla dzisiejszych zautomatyzowanych branż.

Na bardzo podstawowym poziomie TSN sortuje dane zgodnie z ich przeznaczeniem. Kiedy jest używany w przemysłowych zastosowaniach sieci Ethernet, odsyła niekrytyczne dane do kolejki, aby podróżowały zgodnie z ruchem sieci. Co ważniejsze, wrażliwe czasowo dane trafiają na "pas ekspresowy", aby przejść w schemacie czasowym do zamierzonego celu, co zagwarantuje stałe opóźnienie i uniknięcie drgań i utraty pakietów. TSN przekształci klasyczną sieć komunikacyjną Ethernet w sieć deterministyczną. Technologia TSN została opracowana w celu zapewnienia terminowych transferów krytycznych danych, nawet gdy sieć jest zajęta.

TSN i nowe standardy, z którymi się wiąże, oferują wiele korzyści dla sieci automatyzacji, w tym:
·    Gwarantowany, dokładny czas dla aplikacji krytycznych i wrażliwych na czas.
·    Interoperacyjność między dostawcami w celu stworzenia płynnego ekosystemu, który może ewoluować.
·    Elastyczność dla producentów, aby szybko dostosować i wykorzystać innowacje technologiczne
Doskonałym przykładem zastosowania technologii TSN jest stosowanie podstacji elektrycznych. Zagłębmy się bardziej w ten temat.


Pozostając aktualnym: dzisiejsza architektura podstacji
Podstacja jest często jedną z kilku stacji pomocniczych w systemie wytwarzania, przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej. Pomyśl o podstacji jako węźle w sieci elektroenergetycznej. Podstacje mają wiele funkcji, które obejmują kontrolowanie i monitorowanie stacji zamiany, rejestrowanie danych i ochronę urządzeń energetycznych poprzez monitorowanie, obok innych zadań związanych z zarządzaniem energią i zasobami.

Konwencjonalne podstacje mogą składać się nawet z setek urządzeń przewodowych, które opierają się na połączeniach przewodowych z miedzi. Jednak nowoczesne podstacje poprawiły się w tej konfiguracji, stosując się do nowego, niezastrzeżonego standardu znanego jako IEC 61850.

Dzisiejsze podstacje są podzielone na trzy różne poziomy:
Poziom stacji - na poziomie stacji znajdziesz serwery SCADA i stacje robocze HMI. Jest to również poziom, na którym operatorzy monitorują status podstacji w chronionej sterowni i gdzie zainstalowane są urządzenia telekomunikacyjne służące do komunikacji z podstacjami sąsiednimi i centrum dyspozytorskim .
Poziom od strony zatoki - poziom zatoki składa się z urządzeń znanych jako inteligentne urządzenia elektroniczne (IED). IED to inteligentne urządzenia, które odbierają dane z czujników i urządzeń zasilających, a także komendy sterujące emisją w całej podstacji. Gromadzą informacje z poziomu stacji i pomiarów dostarczonych przez poziom procesu. Urządzenia IED mogą również podejmować lokalne decyzje kontrolne, przesyłać dane do innych urządzeń IED lub przesyłać dane do podstacji systemu SCADA w celu dalszego przetwarzania i monitorowania.
Poziom procesu - Poziom procesu składa się z urządzeń takich jak wyłączniki i sprzęt do zbierania danych (CT/VT), które są używane do pomiaru prądu, napięcia i innych parametrów, które są monitorowane w różnych częściach podstacji.


W przeciwieństwie do tradycyjnej, równoległej sieci przewodowej analogowej, dzisiejsze stacje bazują na sieciach IEC 61850, które odbierają dane z czujników i urządzeń zasilających, a także wysyłają polecenia ochrony i sterowania w całej podstacji. Niektóre z ważniejszych punktów tego nowego standardu dla podstacji obejmują:
·    Ścieżki danych wykorzystują komunikację opartą na sieci Ethernet z mechanizmami o większej przepustowości i redundancji w celu przesyłania pakietów danych z wielu urządzeń w sieci.
·    Postępowanie zgodnie z IEC 61850 gwarantuje, że produkty Twojej podstacji będą kompatybilne z innymi produktami zgodnymi z IEC 61850. Celem jest ułatwienie rozbudowy działania podstacji w przyszłości.
·    Szybka komunikacja IED-to-IED (przez TSN) zapewnia zagwarantowane czasy transferu.

Potrzeba TSN w komunikacji podstacji
Sieci łączności podstacji odgrywają kluczową rolę w operacjach podstacji w krytycznym czasie rzeczywistym. Podczas gdy podstacje poprzednio opierały się na komunikacji analogowej i jednokierunkowej, nowoczesne stacje mogą przesyłać dane tam i z powrotem przez pojedynczą warstwę, a także pionowo między warstwami.

Ten postęp miał udrożnić sieci podstacji, zapewniając wrażliwe na czas dane pomiarowe wysyłane z poziomu procesu do Mergin Units (MUS) na Poziomie Zatoki oraz do ochrony i kontroli IED na poziomie magistrali stacji. Ta pionowa komunikacja jest połączona za pośrednictwem sieci Ethernet o wysokiej szybkości i gwarantowanej przepustowości.

Sieć magistrali procesowej obsługuje czasowe pomiary danych pomiędzy urządzeniami poziomu procesu i urządzeniami poziomu pokładowego (na tym opiera się większość funkcji zabezpieczających i sterujących stacji), podczas gdy sieć magistrali stacji obsługuje urządzenia IED ochrony i sterowania i obsługuje komunikację między zatokami i poza stacją.

Tak więc, odkąd wyizolowaliśmy wrażliwe na upływ czasu dane przesyłane w sieci podstacji, w jaki sposób możemy zapobiec utracie danych, gwarantując w każdym przypadku czas dostawy pakietów? Jednym ze sposobów jest wprowadzenie środków redundancji. IEC 61850 oferuje kilka wcześniej znormalizowanych rozwiązań redundancji, aby zapobiec utracie danych, w tym Parallel Redundancy Protocol (PRP) i High Availability Seamless Redundancy (HSR). W końcu zwiększenie dostępności sieci ułatwi dostęp do przepustowości dla transferu pakietów.

Podczas gdy implementacja protokołów redundancji sieci ma kluczowe znaczenie dla poprawy i wspomagania czasu odzyskiwania sieci, nie wystarcza jednak do zagwarantowania terminowego dostarczania danych. Nawet w sieciach IEC 61850 pojedyncze zdarzenia i transfery danych w podstacji mogą znacznie zwiększyć natężenie ruchu sieciowego. Gdy weźmiemy pod uwagę dużą liczbę jednoczesnej komunikacji w ramach podstacji, dostępność przepustowości staje się najbardziej istotna. Problem polega teraz na tym, jak zagwarantować dostępność sieci dla krytycznych strumieni danych w przypadku przeciążenia sieci.

Na szczęście jest to problem, który rozwiązuje TSN.


Korzyści z TSN dla twojej podstacji
Podczas gdy niektóre części TSN są wciąż rozwijane przez IEEE, dostępne obecnie technologie oferują całkowicie nowy poziom determinizmu w przesyłaniu danych. Celem jest, aby obecne i 
przyszłe sieci Ethernet zapewniały podstacje wyposażone w:
·    Sieć działającą w czasie rzeczywistym - do tej pory sieć Ethernet nie była w stanie sprostać rosnącym wymaganiom związanym z opóźnieniami i czasem dostarczania danych. Jednak możliwość zapewnienia gwarancji w czasie przesyłania danych jest kluczowym wymogiem dla zastosowań takich jak przesyłanie wrażliwych na czas wartości przykładowych w komunikacji w magistrali procesowej. Umożliwi to przenoszenie danych o małym opóźnieniu i eliminowanie drgań podczas przesyłania danych w czasie rzeczywistym.
·    Future-proofing - oczekuje się, że proces standaryzacji technologii TSN potrwa jeszcze kilka lat. Technologie kluczowe dla rodziny protokołów TSN zostały zakończone - i zostały z powodzeniem zastosowane. Mechanizmy te można już zintegrować z produktami, a ich korzyści można od razu wykorzystać. Kompatybilność wsteczną zapewnia również proces standaryzacji IEEE 802. Oznacza to, że sieci TSN, które są już zainstalowane, mogą nadal być używane w przyszłości.
·    Interoperacyjność - TSN pozwala na współistnienie komunikacji w czasie rzeczywistym i z opóźnieniem w tej samej sieci i wspiera tolerancję na utratę i zastrzeżenie przepustowości. Te możliwości zasadniczo poprawiają podstawową technologię Ethernet. Ponieważ standardy TSN będą kontynuowane, rezultatem będzie szeroka interoperacyjność między dostawcami.
·    Nowy standard - TSN stała się już jedną z kluczowych technologii wspomagających IIoT i Industry 4.0. Łącząc standardy TSN dla niższych warstw komunikacji (Station Bus) i standardów dla wyższych warstw protokołu (Process Bus), jako wynik otrzymamy otwartą architekturę, która może być wykorzystana, aby w pełni połączyć nawet najbardziej skomplikowane podstacje.

Od zastosowań w podstacjach energetycznych po zautomatyzowane sieci komunikacyjne przyszłości, TSN jest technologią, która pozwala na najbardziej płynny transfer danych. Jesteś ciekawy, w jaki sposób technologia TSN mogłaby przynieść korzyści Twojemu zastosowaniu podstacji poprzez oszczędności? Chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak działa TSN? Pobierz nasz najnowszy raport: "TSN - Time Sensitive Networking" (w języku angielskim). 

Jeśli masz jakiekolwiek pytania, wątpliwości czy uwagi, zapraszamy do kontaktu! Jesteśmy do dyspozycji od poniedziałku do piątku w godz. 8:00 - 16:00.
Tel: +48 32 256 25 33
E-mail: info@pf-electronic.pl

Komentarze

Popularne posty z tego bloga

Ethernet przemysłowy a zwykły Ethernet: dlaczego to ma znaczenie?

Sylvia Feng Środowiska przemysłowe są trudne. Mówię o oleju, kurzu, wodzie i wysokich temperaturach. Środowisko, w którym działa wiele obiektów przemysłowych, znacznie różni się od budynku biurowego lub sklepu detalicznego. Mimo to oczekuje się, że wiele (pozornie) podstawowych funkcji będzie działać płynnie, pomimo tych warunków. Fabryki muszą mieć możliwość przesyłania danych z jednej maszyny do drugiej i muszą mieć możliwość polegania na kablu, aby działał w ekstremalnych warunkach. Jednym z obszarów, który może wywrzeć niesamowity wpływ na producentów, zarówno pozytywnie, jak i negatywnie, jest niezawodność, bezpieczeństwo i siła ich kabla sieciowego. Po prostu użycie dowolnego kabla Ethernet nie będzie działać. Zwykłe urządzenia, które mogą działać dobrze w warunkach biurowych z kontrolowaną temperaturą, nie wytrzymają ekstremów środowiska przemysłowego. Oto świetna analogia: jak niedorzeczne byłoby umieścić pingwina na pustyni? Wszyscy wiemy, że pingwiny nie

W jaki sposób wibracje, hałas i przesłuch mogą powodować przestoje

Jeremy Friedmar Trudne środowiska wymagają wytrzymałych produktów Wibracje i hałas są powszechne w środowiskach przemysłowych, takich jak produkcja i transport kolejowy. Huk linii montażowych może zakłócać transmisję danych, a złącza mogą stać się luźne. Zastanów się, ile wibracji występuje, gdy wagon jedzie do miejsca docelowego. Środowiska takie jak te wymagają solidnego produktu. Oto świetna analogia: jak absurdalnie byłoby, gdyby zespół rockowy ćwiczył w bibliotece? Byłoby to nie tylko zakłócające, ale całkowicie uniemożliwiałoby normalne funkcjonowanie. Wibracje i hałas w bibliotece byłyby nie do zniesienia dla osób pracujących w tej przestrzeni. W przypadku środowiska przemysłowego głównym skutkiem zarówno hałasu, jak i wibracji jest utrata sygnału. Ma to szczególne znaczenie w przypadku okablowania Ethernet ze względu na fakt, że może powstać wyższy bitowy poziom błędu, co jest szkodliwe dla sieci komunikacyjnej wymaganej dla czasu pracy bez przestojów. Wpł

Zmniejsz swoje maszyny, używając mniejszych kabli

Sri Senthamaraikannan Mniejsze maszyny zaczynają się od mniejszych kabli Jeśli jesteś konstruktorem maszyn, wiesz, jak ważny jest trend miniaturyzacji i jak nieustannie musisz dążyć do projektowania precyzyjnych i wydajnych maszyn. Mniejsze maszyny zmniejszają zapotrzebowanie na energię, zwiększają elastyczność projektowania, pozwalają między innymi na pracę większej liczby maszyn w tej samej zatłoczonej fabryce i obniżają koszty konserwacji. Wszystko to oznacza niższe koszty i większą wydajność. A dla Ciebie mniejsze maszyny oferują nie tylko możliwość sprzedaży większej ich liczby, ale także oszczędzają czas i pieniądze na każdym etapie procesu produkcyjnego - od zaopatrzenia, przez montaż, wysyłkę, logistykę, aż po instalację. Aby to wesprzeć, Belden opracował wysokiej jakości, wytrzymały przemysłowo kabel elektroniczny, który oferuje taką samą wydajność jak tradycyjny kabel elektroniczny 300 V – a jest znacznie mniejszy i bardziej elastyczny. Kabel  SpaceMaker  ma oko