El futuro de las comunicaciones industriales está en TSN

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John Browett, director general de CLPA Europa, analiza por qué TSN es crucial para mejorar las comunicaciones industriales y prepararla para el futuro

El futuro de las comunicaciones industriales está en TSN

Las tecnologías innovadoras están remodelando sustancialmente las comunicaciones industriales, mejorando sus capacidades existentes y proporcionando nuevas herramientas. Time-Sensitive Networking (TSN) es uno de ellos y su papel esencial para las comunicaciones industriales es cada vez más evidente. Es por eso que las empresas deben actuar ahora para implementar TSN dentro de sus procesos de automatización industrial.

TSN es una tecnología innovadora definida por los estándares IEEE 802.1 que reside en la capa 2 (enlace de datos) del modelo de referencia de "Open System Interconnection" (OSI) para comunicaciones. En última instancia, hace que Ethernet sea determinista por diseño, mejorando así la precisión y confiabilidad de la transferencia de datos.

Más precisamente, dos pilares clave de TSN y sus innovadoras capacidades deterministas son los subestándares IEEE 802.1AS - “Timing and Synchronisation for Time-Sensitive Applications” e IEEE 802.1Qbv - “Enhancements for Scheduled Traffic”. Estos proporcionan la base para ofrecer un rendimiento determinista.

Una mirada más cercana a los estándares TSN

El primer subestándar, IEEE 802.1AS, se basa originalmente en IEEE 1588 - "Standard for a Precision Clock Synchronisation Protocol for Networked Measurement and Control Systems”. Admite la sincronización de todos los dispositivos dentro de una red con extrema precisión asegurándose de que toda la red Los dispositivos funcionan de acuerdo con un sistema de tiempo común. Esta sincronización de tiempo es manejada por un reloj maestro de la red, también conocido como 'Grandmaster'. Este envía información de tiempo en el formato de paquetes Ethernet a cada nodo y al "Time-Aware System "dentro de la red.

Como resultado, todos los dispositivos funcionan según el mismo reloj, lo que minimiza la probabilidad de desviaciones en el tiempo (fluctuación) que pueden provocar retrasos en la transferencia de datos. Esto es sustancialmente diferente de lo que ocurre en las redes Ethernet estándar, donde cada dispositivo tiene su propio reloj interno y la acumulación de errores de tiempo puede provocar fluctuaciones no deseadas.

IEEE 802.1Qbv aprovecha el entorno sincronizado creado por IEEE 802.1AS para configurar sistemas de programación de tráfico efectivos. Este subestándar proporciona switches de red con los denominados modeladores de tiempo (TASs) para transportar datos críticos en el tiempo, como información de control y movimiento. Por lo tanto, es posible priorizar los datos urgentes y regulares con los TASs, ya que se crean ventanas de tiempo periódicas (slots) basadas en modelos Time Division Multiple Access (TDMA). Durante estos intervalos, solo se transmiten datos de misión crítica o de tiempo programado o reservado, sin ninguna interferencia.

En efecto, dado que todos los TASs y los dispositivos de red están sincronizados, cada nodo es consciente de cuándo se pueden enviar y procesar los datos de prioridad. En consecuencia, los tiempos de envío y recepción se programarán en las definiciones de tráfico de los paquetes de datos.

El determinismo apoya la convergencia de datos

Los estándares TSN pueden evitar la posible pérdida de datos al evitar la sobrecarga de la red. Además, la planificación del tráfico y el determinismo resultante ayudan a las empresas a fusionar varios tipos de tráfico en una sola red. Por ejemplo, no solo es posible combinar E/S y Motion Control, así como comunicaciones de seguridad sin comprometer el rendimiento. De hecho, las empresas también pueden integrar otro tráfico Ethernet de cámaras, lectores de códigos de barras e impresoras, así como otros protocolos Ethernet en la misma red.

Las empresas también pueden reducir significativamente su gasto de capital (CAPEX) simplificando las arquitecturas de red y haciendo un mejor uso del ancho de banda de red disponible. Las arquitecturas de red simplificadas y claramente estructuradas pueden reducir los posibles tiempos de inactividad al optimizar la identificación de errores y su eliminación.

Además, es posible utilizar una infraestructura más flexible. Con esto, los dispositivos pueden agregarse o eliminarse fácilmente de la red, así como reconfigurarse mientras se admiten diferentes filosofías de configuración. Además, la transparencia y la convergencia que ofrece la tecnología TSN pueden ayudar a diferentes partes de la empresa a acceder a datos relevantes en diferentes niveles. Esto puede tener un impacto extremadamente positivo en la productividad de una empresa.

La convergencia es el núcleo de la fabricación basada en datos

La transparencia y la productividad mejoradas de los procesos pueden mejorar aún más, ya que las empresas pueden utilizar las capacidades de TSN para converger sus mundos de tecnología de la información (TI) y tecnología operativa (OT). Por lo tanto, las estrategias de transformación digital brindan información basada en datos que se puede utilizar para optimizar las operaciones clave.

La transparencia y convergencia de datos de TSN permite a las empresas conectar TI y OT para extraer más datos de los procesos industriales y analizarlos mediante modelos predictivos cada vez más precisos e inteligentes para recopilar conocimientos significativos sobre las operaciones de la fábrica. Este conocimiento profundo se puede aprovechar para mejorar el rendimiento, la productividad, la eficiencia y la calidad del producto final.

En última instancia, TSN puede respaldar la creación de industrias conectadas competitivas y preparadas para el futuro que respalden las aplicaciones de la Industria 4.0. Aún más, la tecnología está bien equipada para ofrecer compatibilidad con innovaciones nuevas y potencialmente ventajosas, como 5G. Por lo tanto, las empresas deben considerar implementar TSN dentro de sus instalaciones ahora para prepararse para el futuro de las comunicaciones industriales y al mismo tiempo abordar las necesidades actuales.

Una solución clave que las empresas deberían considerar para adoptar TSN ahora es CC-Link IE TSN, la primera Ethernet industrial que presenta funciones TSN además del ancho de banda gigabit. Esto ya ofrece una gama de dispositivos compatibles y proporciona un ecosistema de desarrollo integral, que admite múltiples opciones de desarrollo estándar de la industria. Al adoptar CC-Link IE TSN, las empresas pueden confiar en una tecnología probada para aprovechar todo el potencial de TSN y sus capacidades innovadoras con productos y aplicaciones de vanguardia que admiten los marcos de la Industria 4.0.




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