TSN : Time Sensitive Networking (mise en réseau sensible au temps)
Favoriser l'unification pour améliorer les coûts et les performances
La mise en réseau sensible au temps (TSN) est une technologie qui allie les capacités de largeur de bande d'Ethernet avec le déterminisme d'un fieldbus en temps réel – le tout basé sur des normes indépendantes des fournisseurs spécifiées par l'IEEE 802.
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Aperçu
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FAQ
Les progrès incroyables réalisés ces dernières années dans les domaines de l'intelligence artificielle et de la robotique ont fait progresser l'automatisation, notamment l'automatisation industrielle et le contrôle automobile.
Découvrez comment les réseaux d'automatisation évoluent
La technologie TSN offre de nombreux avantages aux réseaux d'automatisation industrielle modernes en fournissant une largeur de bande élevée et une communication en temps réel fiable et sûre.
Pourquoi le TSN ?
Le réseau TSN peut être exploité pour diverses applications, non seulement en raison de ses avantages technologiques, mais aussi de son coût total de possession (CTP) réduit. Le remplacement des commutateurs existants par des commutateurs TSN peut représenter un coût supplémentaire, mais celui-ci est généralement inférieur à celui de la duplication des réseaux et de la maintenance des réseaux supplémentaires.
Dans les réseaux d'automatisation, le TSN permet la convergence de nombreux petits réseaux déconnectés en une structure de réseau unifiée. Ce nouveau réseau peut répondre aux exigences de communication en temps réel à plus grande échelle, tout en offrant une plus grande largeur de bande pour les données de fond. Jetez un coup d'œil à quelques cas d'utilisation montrant les avantages de la convergence des réseaux sur différents marchés.
Découvrez notre portefeuille de capacités TSN
Belden s’engage à faire évoluer la technologie TSN et à fournir des commutateurs Ethernet industriels répondant aux normes de qualité les plus élevées possibles. Découvrez notre portefeuille en constante expansion d'appareils et de solutions logicielles compatibles TSN, qui garantissent une communication fiable et indépendante du fournisseur.
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Commutateurs sur rail DIN
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Commutateurs IP67
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Logiciels
Commutateurs Fast/Gigabit Ethernet administrables Hirschmann – RSPE extensible
- Conception à l’épreuve du temps et meilleure protection possible de l’investissement - grâce à la flexibilité maximale offerte par les modules multimédias
- Productivité maximale pour les systèmes et les machines - grâce à une communication de données totalement sans interruption
- Interopérabilité porteuse d'avenir – PRP et HSR intégrés conformes à la norme internationale IEC62439
- Solution économique – modules médias et ports PoE/ PoE+ faciles à ajouter pour assurer une alimentation économique des appareils finaux
Commutateurs compacts Fast/Gigabit Ethernet de nouvelle génération de Hirschmann – BOBCAT
- Sécurité avancée - y compris les listes d’accès à vitesse filaire et la prévention automatique des dénis de service
- Transmission précise des données - prise en charge simultanée de plusieurs services sur le réseau grâce à la technologie TSN
- Préparation à la croissance future – augmentation de la largeur de bande et des capacités de vitesse
- Augmentation du temps de disponibilité : prise en charge étendue des mécanismes de redondance, tels que MRP, HSR et PRP
- Configurer l'ajustement parfait – les commutateurs prennent en charge les ports 4 à 28 avec des capacités de couche 2 et de couche 3
Commutateurs et routeurs administrables Fast/Gigabit ethernet IP67 de Hirschmann – OCTOPUS
- Boîtier compact et robuste – offre les plus hauts indices de protection industrielle (IP67/IP65) en matière de contraintes mécaniques, d'humidité, de saleté, de poussière, de chocs, de vibrations, de chaleur et de froid
- Plage de fonctionnalités étendue – commutateurs disponibles des ports 8 à 28, modèles Fast Ethernet et Gigabit Ethernet, dotés de connecteurs antichocs pour les câbles à paires torsadées ou les ports à fibre optique
- Réduction des coûts de câblage – les commutateurs peuvent être mis en cascade aussi souvent que nécessaire, ce qui permet la mise en œuvre de réseaux décentralisés avec des chemins courts vers les dispositifs respectifs
- Conformité optimale aux normes – assure une viabilité maximale à long terme, ce qui signifie que les systèmes peuvent être étendus de manière économique chaque fois que cela est nécessaire
Système d'exploitation Hirschmann – HiOS
Logiciel de commutation HiOS de Hirschmann
- Sécurité – fonctionnalité complète pour construire une base de réseau sécurisée
- Redondance – plusieurs technologies pour correspondre aux topologies des réseaux industriels, notamment MRP, MSTP, PRP, HSR, DLR et VRRP
- Évolutif – mises à jour régulières des logiciels, plus un serveur OPC UA intégré, indépendant de la marque, permettant d'établir une communication entre tous les niveaux d'automatisation
- Communication en temps réel – fonctionnalité TSN gratuite, intégrée et facilement configurable, ne nécessitant aucun matériel, logiciel ou connaissance spécifiques
- Convergence IT/OT – protocoles de gestion des bureaux et des industries afin de faciliter l'intégration des réseaux IT et OT
Logiciel d'administration réseau Industrial HiVision Hirschmann
Hirschmann Industrial HiVision
- Actionnable – obtenez une visibilité instantanée des indicateurs clés de performance avec le tableau de bord du réseau, permettant une remédiation rapide qui améliore le temps de disponibilité et la sécurité
- Gain de temps – identifiez, mappez et configurez facilement toute l'infrastructure réseau avec MultiConfig, y compris les appareils compatibles SNMP de n'importe quel industriel, même pendant le fonctionnement en direct
- Performance assurée – téléchargez une version gratuite du logiciel pour une utilisation illimitée afin de découvrir les avantages avant d'acheter
La transformation de l'automatisation industrielle
Les marchés de l'automatisation industrielle sont stimulés par la transition de l'industrie 3.0 à l'industrie 4.0 ou l'usine intelligente, une partie de l'Internet industriel des objets (IIoT). Cette transition est généralement illustrée par le passage de la pyramide de l'automatisation au pilier de l'automatisation.
Le modèle pyramidal, que les industries suivent depuis plusieurs décennies, sépare strictement les couches fonctionnelles depuis l'atelier de l'usine (le niveau du champ) jusqu'aux systèmes de gestion au sommet. La communication de données en temps réel se fait généralement au niveau du champ, où se trouvent les capteurs et les actionneurs, et entre le champ et le contrôleur.
Le pilier de l'automatisation dans un environnement de production IIoT (industrie 4.0) a toujours un niveau de champ sur l'atelier de l'usine, mais le nombre total de capteurs au niveau du champ est considérablement plus élevé pour permettre une analyse et un contrôle beaucoup plus étroits des fonctions de fabrication.
Dans le pilier de l'automatisation, le niveau du contrôleur disparaît. Certaines des fonctions de contrôle sont transférées au niveau du champ sous forme d'unités de contrôle distribuées, qui sont utilisées pour des réactions extrêmement rapides et fiables, comme pour les fonctions de sécurité. D'autres unités de commande passent au niveau de la gestion (dorsale de l'usine) en tant qu'unités de commande centralisées (« API virtuel »).
Les fonctions de commande virtuelles ou les automates programmables virtuels (API), hébergés dans le cloud d'automatisation local, interagissent directement avec le processus de production via la couche de connectivité. La virtualisation des API offre une flexibilité maximale ; ils peuvent être ajoutés et retirés, et la puissance de calcul peut être allouée là où elle est le plus nécessaire. Les applications de la dorsale de l'usine n'ont même pas besoin d'être physiquement proches des applications au niveau du champ. Ils peuvent être situés n'importe où : dans le service informatique ou même dans un centre de données éloigné de l'usine, en fonction de la latence (délai) maximale de bout en bout que les applications autorisent. Cette flexibilité dans les processus de contrôle se traduit par une flexibilité dans le processus de production.
Entre le niveau du champ et le dorsal de l'usine se trouve un niveau de connectivité. Les performances des réseaux à haut débit et à faible latence sont nécessaires tant au niveau du champ qu'au niveau de la connectivité. En outre, la couche de connectivité achemine le trafic de fond de moindre priorité de manière à ne pas ralentir le trafic critique. C'est là que le TSN entre en scène.
FIGURE : passer de la pyramide de l'automatisation au pilier de l'automatisation.
Reconnaître la nécessité du TSN dans l'environnement IIoT
La couche de connectivité du pilier « automatisation » peut être considérée comme l'autoroute de l'information entre l'épine dorsale de l'usine et la couche du champ. Le trafic se compose de données essentielles à la mission et de données moins urgentes. La couche de connectivité doit acheminer tout le trafic à destination, mais les données critiques sont urgentes ; elles doivent atteindre leur destination à temps. Lorsque vous construisez un réseau pour acheminer le trafic urgent et non urgent, vous avez quatre options :
- Utiliser le TSN, qui permet aux données urgentes et moins urgentes de partager la connexion réseau, tout en empêchant le trafic moins urgent d'entraver le flux du trafic plus urgent.
- Construire des réseaux distincts pour les différentes applications – une option très coûteuse.
- Surdimensionner massivement l'infrastructure réseau, une approche largement utilisée mais extrêmement coûteuse appelée surdimensionnement de la largeur de bande.
- Supporter les délais de trafic des données critiques, ce qui n'est généralement pas une option viable.
De ces quatre options, le choix évident est la première option – utiliser le TSN.
TSN – Une nouvelle évolution dans la mise en réseau critique
Dans les systèmes hautement automatisés, la communication en temps réel est essentielle et parfois vitale. Imaginez une voiture autonome hésitant à freiner pour un piéton sur sa trajectoire ou des robots sur une chaîne de montage recevant des instructions tardives de l'ordinateur qui synchronise leurs mouvements.
Plusieurs technologies de communication en temps réel, notamment EtherCAT, PROFINET IRT et Sercos III, sont utilisées pour assurer des communications en temps voulu, mais elles présentent des problèmes de compatibilité et offrent une prise en charge limitée, voire nulle, des améliorations futures telles que l'augmentation de la largeur de bande.
La mise en réseau temporelle surmonte ces limites en fournissant les trois éléments essentiels suivants :
- Communication fiable en temps réel
- Une largeur de bande élevée pour prendre en charge le grand nombre de capteurs et de données de base qui circulent sur les réseaux d'automatisation
- Rétrocompatibilité avec les dispositifs Ethernet
Réseaux Ethernet orientés vers l'avenir de TSN
TSN fait passer IEEE* 802 Ethernet au niveau supérieur pour répondre aux exigences en matière de réseaux d'automatisation d'aujourd'hui et de demain. TSN offre une faible latence de bout en bout sans précédent, ainsi qu'une précision de livraison de trame avec une très faible gigue supérieure à tout ce qui était possible avec la technologie standardisée IEEE 802.1. La normalisation dans le cadre de l'IEEE 802.1 et de l'IEEE 802.3 garantit l'interopérabilité entre les différents fournisseurs, une large portée commerciale, l'évolutivité avec les futures augmentations de vitesse d'Ethernet et la sécurité en matière d'investissement.
* Institut des ingénieurs en électricité et en électronique
Depuis la création de l'initiative FLC (Field Level Communications) au sein de la Fondation OPC en novembre 2018, les choses sont claires : la combinaison technologique d'OPC UA et d'IEEE TSN en tant que technologie de communication indépendante des fournisseurs bénéficie d'un large soutien, non seulement sur le papier, mais aussi dans la mise en œuvre technique. Belden a soutenu ce développement dès le début.
- Belden est un pionnier de l’Ethernet industriel TSN et redéfinit constamment les limites de cette technologie.
- Belden excelle dans la synchronisation horaire. Les commutateurs Hirschmann sont utilisés dans les applications les plus exigeantes qui nécessitent un timing précis.
- Les solutions logicielles de gestion de réseau de Belden permettent la fusion et le fonctionnement des réseaux lloT modernes.
Quelle est la place de TSN ?
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Ressources TSN
Que signifie TSN ?
Le système TSN (mise en réseau sensible au temps) est une collection de normes qui permet la diffusion de messages déterministes sur les réseaux Ethernet standard. Tel que défini par l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), le TSN implique une forme de gestion du trafic réseau afin de garantir des délais non négociables pour les latences de transmission de bout en bout.
Quelle est la différence entre la latence et la gigue ?
Latence = Le temps que mettent les données à se déplacer d'un point A à un point B.
Gigue = Toute variation de la latence.
Par exemple, supposons que vous deviez vous rendre à un rendez-vous à une heure précise. Vous allez sur Internet, vous tracez l'itinéraire et vous découvrez qu'il vous faut 30 minutes pour vous y rendre. Vous saisissez la destination dans l'application GPS de votre smartphone, et il donne la même estimation : 30 minutes. En fait, vous y êtes déjà allé(e) en voiture, et cela vous a toujours pris 30 minutes. Il s'agit de la latence.
Trente minutes avant votre rendez-vous, vous montez dans votre voiture et commencez à rouler vers le lieu de votre rendez-vous. Dix minutes plus tard, vous êtes coincé(e) dans les embouteillages. Vous n'avez aucune idée du temps que cela prendra. Il s'agit de la gigue.
Qu'est-ce que l'OPC ?
L'OPC est la norme d'interopérabilité permettant l'échange sécurisé et fiable de données dans le domaine de l'automatisation industrielle et dans d'autres secteurs. Il est indépendant de la plateforme et assure un flux d'informations transparent entre les appareils de différents fournisseurs. La Fondation OPC est responsable du développement et de la maintenance de la norme qui porte son nom.
La norme OPC est une série de spécifications développées par des vendeurs industriels, des utilisateurs finaux et des développeurs de logiciels. Ces spécifications définissent l'interface entre les clients et les serveurs, ainsi que les serveurs et les serveurs, notamment l'accès aux données en temps réel, la surveillance des alarmes et des événements, l'accès aux données historiques et d'autres applications.
Quelle est la différence entre OPC et UA OPC ?
L'architecture unifiée (UA) OPC, publiée en 2008, est une architecture orientée service indépendante de la plateforme qui intègre toutes les fonctionnalités des spécifications OPC Classic individuelles dans un cadre extensible.
Cette approche à plusieurs niveaux permet d'atteindre les objectifs initiaux en matière de spécifications de conception, à savoir :
- Équivalence fonctionnelle : toutes les spécifications COM OPC Classic sont mises en correspondance avec l'UA
- Indépendance de la plateforme : d'un microcontrôleur embarqué à une infrastructure basée sur le cloud
- Sécurisé : chiffrement, authentification et audit
- Extensible : possibilité d'ajouter de nouvelles fonctionnalités sans affecter les applications existantes
- Modélisation globale de l'information : pour définir des informations complexes
Quels sont les principaux avantages du passage à OPC UA par rapport à TSN ?
En utilisant des technologies ouvertes et standard telles que OPC UA et TSN en combinaison, le marché de l'automatisation industrielle peut éviter le danger lié au fait que les fournisseurs de bus de champ ajoutent simplement de nouvelles couches de technologie propriétaire au-dessus de TSN. OPC UA au travers de TSN répond à toutes les exigences strictes liées aux applications industrielles, tout en offrant toute la flexibilité et l'interopérabilité connues de l'informatique d'entreprise :
- Communication totalement ouverte, standard et interopérable
- Respect des délais et livraison garantie pour les messages critiques
- Trafic critique et non critique convergé sur un seul réseau transparent pour l'utilisateur
- Configuration automatisée et dynamique du réseau en fonction des besoins des applications
- Omniprésence, connexion des capteurs au cloud sans passerelles
- Compatibilité ascendante et descendante, intégration des dispositifs Ethernet existants