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百通赫思曼中國區(qū)高級技術(shù)經(jīng)理張晗宜

機(jī)器智能技術(shù)的進(jìn)步，也推動了自動化領(lǐng)域的進(jìn)步，工業(yè)自動化目前正在從工業(yè)3.0升級到工業(yè)4.0，升級轉(zhuǎn)型的內(nèi)容包括智能設(shè)備的部署，高級分析軟件和機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)合使生產(chǎn)設(shè)施更加智能化等。同時整個工業(yè)系統(tǒng)的框架也從“自動化金字塔結(jié)構(gòu)”過渡到“自動化柱狀結(jié)構(gòu)”，如下圖所示：

在新的柱狀架構(gòu)中，控制層將消失：部分控制功能下移至現(xiàn)場級，以分布式控制的方式實(shí)現(xiàn)例如運(yùn)動控制或者安全控制等。另外部分控制功能上移到管理層，通過例如PLC虛擬化的方式實(shí)現(xiàn)集中式控制。

而位于現(xiàn)場層和管理層之間的連接層為底層和上層的互聯(lián)互通，提供高帶寬、低延遲、低抖動的網(wǎng)絡(luò)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場傳感器到上層甚至到云端的應(yīng)用。

TSN對不同種類數(shù)據(jù)的“調(diào)度”處理行為類似高速公路，例如應(yīng)急車道是預(yù)留出來給“高優(yōu)先級”的“應(yīng)急車輛”通行的，因此哪怕其他車道上流量較高，應(yīng)急車輛的通行始終不會受到影響。TSN會為不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)（或者是不同種類的應(yīng)用數(shù)據(jù)，即根據(jù)不同應(yīng)用劃分優(yōu)先級）分配網(wǎng)絡(luò)“通道”，從而保證每種不同應(yīng)用數(shù)據(jù)對延遲、抖動等網(wǎng)絡(luò)通信傳輸?shù)囊蠖寄軌虻玫綕M足。基于TSN網(wǎng)絡(luò)的這種特性能夠帶來的優(yōu)勢之一，即可以將原先各自獨(dú)立的應(yīng)用系統(tǒng)整合到一張網(wǎng)里，既可以節(jié)約企業(yè)對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)投資的成本，也可以實(shí)現(xiàn)在同一個自動化工廠內(nèi)所有應(yīng)用的互聯(lián)互通。因此在IIoT和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐步開始部署的今天，TSN可以作為承載整個自動化車間網(wǎng)絡(luò)的信息高速公路。

TSN除在傳統(tǒng)自動化工廠內(nèi)的應(yīng)用之外，在當(dāng)今另一個熱點(diǎn)技術(shù)行業(yè)也有著極大應(yīng)用空間——無人駕駛。

如今的汽車內(nèi)部裝備了大量車載電子控制單元和數(shù)字傳感器，甚至裝配了GPU顯卡來實(shí)時運(yùn)算處理攝像頭傳回的畫面數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)自動駕駛，新技術(shù)的革新推動了對網(wǎng)絡(luò)物理連接端口以及高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)通信的更大需求。

傳統(tǒng)的汽車內(nèi)部有包括CAN總線，F(xiàn)lexRay等不同控制協(xié)議，這些協(xié)議之間并不兼容，因此物理上需要部署各自獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。其劣勢在于物理上獨(dú)立部署多套網(wǎng)絡(luò)需要單獨(dú)布線，從而增加了線纜的成本和重量，而線纜重量的增加也直接影響到汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，其次這些傳統(tǒng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的帶寬相對于以太網(wǎng)都非常小，無法滿足當(dāng)今汽車無人駕駛系統(tǒng)對帶寬的需求。

TSN技術(shù)將為當(dāng)今的汽車行業(yè)帶來革命性的技術(shù)進(jìn)步——將原本非以太網(wǎng)且互不兼容的車內(nèi)總線協(xié)議替換成基于TSN的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議。以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化特性使得從車內(nèi)各傳感器之間到云端服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，同時只需要物理上部署一套網(wǎng)絡(luò)，既節(jié)約了線纜的成本也減輕了汽車的重量，TSN可以為車內(nèi)控制系統(tǒng)提供低延時、低抖動、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)傳輸，相信在不久的將來TSN會在汽車行業(yè)和無人駕駛領(lǐng)域有廣泛的部署和應(yīng)用。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊