Stärken gegenüber Echtzeitbussystemen

Zusätzlich zu den oben dargestellten Beispielen gibt es noch zahlreiche weitere Anwendungsfälle, die sich durch die Nutzung von KI in der Automatisierung umsetzen lassen. Viele dieser Beispiele sind ohne konvergente TSN-Netzwerke und Uhrzeitsynchronisation nicht oder nur wesentlich komplizierter oder kostspieliger realisierbar. In diesen Applikationen können TSN-Mechanismen im Netzwerk ihre Stärken im Vergleich zu spezialisierten Echtzeitbussystemen ausspielen. Vielleicht liegt der größte Nutzen von TSN in diesen Anwendungen und weniger im Ersatz aktueller Spezialbussysteme für Motion Control. Als weitere gute Nachricht sei angeführt, dass die beschriebenen Anwendungen schon heute verwirklicht werden können. Die Switches von Phoenix Contact [1] unterstützen derzeit bereits Funktionen, wie Quality of Service (QoS), Precision Time Protocol (PTP) und Preemption. Auch der GigE-Vision-Standard spezifiziert die Verwendung von PTP. KI in Kombination mit TSN erlaubt damit eine neue Generation von Automatisierungsapplikationen, deren Entwicklung wahrscheinlich erst am Anfang steht.

Vorteile von TSN auf einen Blick

Time Sensitive Networks sind kein einzelner Standard. Vielmehr lässt sich TSN mit einem Werkzeugkasten vergleichen, der mit mehreren Tools gefüllt ist. Jedes dieser Werkzeuge dient einem speziellen Zweck:

• Quality of Service (QoS gemäß IEEE 802.1Q) ermöglicht die Nutzung eines gemeinsamen Netzwerks für zeitkritische Prozessdaten und große Datenmengen, wie etwa Kamerabilder. Hierbei ist eine Bandbreite von 1 Gbit/s oder mehr unerlässlich.
• Precisision Time Protocol (PTP gemäß 802.1AS) sorgt für die Uhrzeitsynchronisation mit Abweichungen von weniger als 1 µs selbst in größeren Netzwerktopologien. Das verbreitete Network Time Protocol (NTP) ist dazu nicht in der Lage, kann aber zusammen mit PTP in einem Netzwerk verwendet werden.
• Preemption (802.3Qbu, 802.3) löst das Problem der Interferenz von zeitkritischen Echtzeitdaten und nicht-zeitkritischen Daten, beispielsweise Jumbo-Frames von Kamerasystemen. So wird die Echtzeitübertragung nicht durch große, unkritische Telegramme verzögert.
• Synchrone Kommunikation erlaubt auf der Basis von PTP die Synchronisation der Sender zur Reduzierung von Jittern. Die Funktion ist in vielen Applikationen, die heute zum Beispiel mit Profinet RT arbeiten, nicht immer notwendig.
• Durch spezielle Mechanismen des QoS lässt sich die bestehende Gerätewelt ohne Brüche in TSN-Netzwerke integrieren. Dies ermöglicht eine schrittweise Einführung in den Applikationen, in denen sich der größte Nutzen ergibt (Bild 6).

All diese Werkzeuge und deren Zusammenspiel schaffen das sogenannte konvergente Netzwerk, in dem IT-Daten und kritische Prozessdaten sowie eine hochgenaue Uhrzeitsynchronisation koexistieren. Dies verringert die Kosten und Komplexität im Vergleich zu Spezialnetzwerken für diese Disziplinen signifikant.

Literatur

1. Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont: www.phoenixcontact.com/tsn