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

TSN: Wielki krok naprzód w ewolucji Ethernetu ... i tu już dziś

Dr Oliver Kleineberg
Ethernet od prawie trzydziestu lat służy operatorom sieci i podczas gdy na przestrzeni lat bardzo się rozwinął, to najbardziej „rewolucyjny” skok ewolucyjny pojawia się dokładnie w tej chwili. Nowe ulepszenie technologii nosi nazwę "Time-Sensitive Networking (TSN)". Mimo że jego potężne funkcje zwiększające wartość są nadal sprawdzane (bardzo skutecznie!) w sieciach testowych i demonstracyjnych, operatorzy sieci w rzeczywistości mogą zacząć korzystać z tej technologii od razu.

Lubię myśleć o TSN jako "Ethernet Plus", ponieważ jest to nie tyle "nowy" protokół, co wzmocnienie Ethernetu. TSN stoi na barkach czegoś bardzo skutecznego i udanego, a czyni go jeszcze lepszym.
Połącz odmienne sieci w jedno - z gwarancjami dostawy i pełną interoperacyjnością Kluczową wartością - którą dodaje TSN do zastosowań przemysłowych, jest zdolność do ujednolicania sieci, które były z konieczności oddzielne w przeszłości, dzięki czemu użytkownicy mogą cieszyć…

Wskazówki dotyczące prawidłowego podłączenia kabla VFD

Peter Cox
Ilość napędów o zmiennej częstotliwości we współczesnych obiektach przemysłowych znacznie zwiększyła się w ostatnich latach. Nic dziwnego - regulując prędkość i napięcie silnika, aby sprostać zmieniającemu się w czasie rzeczywistym zapotrzebowaniu procesowemu, VFD pomagają zapewnić cenne korzyści, takie jak zwiększona energooszczędność, dokładniejsza kontrola procesu i mniejsze zużycie kosztownych urządzeń. Niestety, korzystanie z VFD nie zawsze jest tak proste, jak po prostu podłączenie urządzenia do sieci.
Aby dowiedzieć się więcej o zaletach kabla VFD, pobierz nasz bezpłatny raport "The Case for VFD Cable to Achieve System Reliability and Safety".

Podłączenie kabla VFD nie jest tym samym co podłączenie standardowego kabla. Istnieje wiele mylnych informacji i nieporozumień związanych z tym faktem i, świadomie lub nieświadomie, często użytkownicy idą na "skróty" w procesie instalacji. A to może spowodować poważne problemy w Twojej działalności. Oto kilka ws…

Pytania dotyczące wdrażania Industrial IoT? IIC ma odpowiedzi.

Jeff Lund
Industrial Internet Consortium (IIC) to globalna organizacja działająca na rzecz przyspieszenia pomyślnego wdrażania narzędzi Industrial Internet of Things (IIoT) w organizacjach wszelkiego rodzaju. Została założona w marcu 2014 r. na podstawie porozumienia między AT&T, Cisco, General Electric, IBM i Intel i obecnie ma ponad 260 członków zlokalizowanych w 30 krajach, a setki innych, nie będących członkami, korzysta z jego zasobów.
Według organizacji, jej misja polega na "dostarczaniu godnego zaufania IIoT, w którym systemy i urządzenia na świecie są bezpiecznie połączone i kontrolowane, aby zapewnić transformacyjne wyniki". Inny opis stwierdza, że ​​"IIC to otwarta, neutralna ‘piaskownica’, w której przemysł, środowisko akademickie i rząd spotykają się, by współpracować, wprowadzać innowacje i stwarzać odpowiednie warunki." Oba opisy są moim zdaniem bardzo trafne. Korzyści, które zapewnia IIC, są ogromne - organizacja zauważa, że ​​chociaż Internet przem…