所有物联网和工业物联网努力背后的一个主要目标是创建能够自主优化制造流程的智能工厂。实现这一目标的关键之一是时间敏感的网络。
CC-Link合作伙伴协会
时间敏感网络(TSN)协议是IEEE以太网相关标准的补充，并开始在工业网络中流行起来。TSN让网络设计者在保持确定性性能的同时，将实时控制通信与非实时信息通信结合起来。这在传统的以太网中是不可能的。
控制与信息通信的智能集成。在运行实时控制的同时，将IT系统信息通信和其他开放协议集成在同一网络上，实现智能工厂。
许多网络和通信协议开发者正在将TSN纳入他们的协议中。下面是CC-Link正在做的事情。
CC-Link提供了许多网络。2007年，该组织推出了CC-Link IE，这是业界第一个基于1gbps以太网的工业开放网络。多年来，该组织扩大了其协议的范围。
-CC-Link IE Control是连接工厂内控制器的主干网络。
-CC-Link IE Field涵盖一般的输入/输出控制，将控制器与各种现场设备连接起来。
- CC-Link IE Field Motion适合运动控制应用。
—CC-Link IE Safety为安全控制
2016年，CC-Link IE Field Basic加入到产品线中，将兼容性扩展到100 Mbit设备。
最近，CC-Link推出了CC-Link IE TSN。该规范是第一个将千兆以太网带宽与时间敏感网络(TSN)相结合的规范。
增加TSN是为了在增强性能和功能的同时增加开放性。它还支持更多的开发方法，可以更轻松地在更广泛的设备上实施，并增加兼容产品的数量，预计将加速使用IIoT的智能工厂的建设。
为什么要使用TSN?
制造业继续增加自动化以降低TCO(总拥有成本)并提高质量。但它也需要采用大规模定制等新的制造方法。
随着实体制造业和数字产业的融合，以信息技术为基础的数据推动的信息驱动社会继续发展，传感技术，高速网络，云/边缘计算的普及，以及人工智能的发展。
在全球范围内，制造业正朝着使用工业物联网的方向发展，例如欧洲的工业4.0、美国的工业互联网联盟(IIC)、中国的智能制造和日本的互联工业。所有这些都有一个共同的目标:创建“智能工厂”，在这个工厂里，一切都是相连的，数据被充分利用，优化的制造是自主进行的。
TSN协议使不同网络在同一中继线上混合使用成为可能，并通过时间同步提供实时通信。
要创建智能工厂，关键问题包括从生产过程中收集实时信息，用边缘计算进行处理，然后将其无缝传输到it系统。为了实现这一目标，一个关键的需求是一个能够高速、稳定的控制通信以及向IT系统传输大量信息的网络。换句话说，将生产现场的工业网络与it系统网络结合起来是很重要的。
虽然目前正在使用各种工业网络，但很难实现它们之间的互操作性，从而导致自动化的“孤岛”，从而降低了流程的透明度。对TSN支持的需求将会增加，因为这项技术可以在同一干线上混合不同的网络，并通过时间同步提供实时通信。
CC-Link IE TSN可以轻松地从上层IT系统连接到生产现场的OT系统，扩大了制造业中各种应用的使用范围。
为了实现智能工厂，通过更高的设备性能和功能以及先进的运动控制来提高生产力是必不可少的。在半导体和电池制造等行业尤其如此。
CC-Link IE TSN在CC-Link IE的基础上改进了通信功能和同步精度。因此，运动控制能力得到了增强。因此，它被创建为下一代工业开放网络，以加速智能工厂的建设。
开放技术概述
CC-Link IE TSN的协议使用开放系统互连(OSI)参考模型的第3层到第7层，建立在位于第2层的TSN技术之上。
如果发生网络错误，TSN协议可以检查操作日志，并按照时间顺序准确地跟踪事件直至错误发生。这可以帮助识别问题，并可以更快地恢复。
TSN由多个国际标准组成。主要的标准有定义时间同步方式的IEEE802.1AS标准和定义分时方式的IEEE802.1Qbv标准。将这些与以太网标准相结合，可以实现准时性，确保在给定时间段内传输，并与其他通信协议混合实现。
可以使用的以太网标准协议是第三层的IP和第四层的TCP/UDP。上层还可以使用SNMP、HTTP、FTP等协议。这种安排提供了更灵活的网络管理，因为通用以太网诊断工具可用于网络诊断。
沟通的方法
CC-Link IE TSN采用分时，一种革命性的循环通信概念。
传统的CC-Link IE使用令牌传递方法。一个站在传送自己的数据后，通过传送令牌将传输权转移给下一个站。
相比之下，CC-Link IE TSN使用的是跨网络同步的公共时间。输入和输出通信帧在固定时间内同时向两个方向传输。该方法与TSN技术相结合，缩短了网络循环数据更新时间。
增加了概要文件支持和诊断
CC-Link合作伙伴协会定义了CSP+(控制与通信系统配置文件)，以便更容易启动，操作和维护与CC-Link系列兼容的设备。通过使用CSP+， CC-Link IE TSN增加了对CANopen设备配置文件的支持。例如，使用国际标准IEC61800-7 (CiA402)进行通信是可能的。
支持通用网络诊断功能
CC-Link IE通过简单网络管理协议SNMP (Simple network Management Protocol，简单网络管理协议)对TSN网络设备进行检测，SNMP是一种广泛应用于IT网络监控的协议。CC-Link IE将TSN组件信息和统计信息定义为扩展的mib (Management information base)，允许使用通用的SNMP工具进行网络诊断。
CC-Link IE TSN的主要特性
CC-Link IE TSN通过为设备控制提供高优先级的循环通信，并通过优先分配带宽而不是信息通信，在通过实时循环通信控制系统设备的同时与IT系统进行信息通信。这种与信息通信的混合意味着使用UDP或TCP通信的设备(如机器视觉系统)可以连接到网络，进行高精度监控、诊断和分析。
快速的系统设置和先进的预测性维护
CC-Link IE TSN还支持SNMP协议，便于对网络设备进行诊断。目前，收集设备状态信息需要使用专用工具。但是，通用的SNMP监控工具可以用于从兼容CC-Link IE TSN或IP通信的设备(如交换机和路由器)收集和分析数据。这允许更快的系统启动时间，并且可以减少在维护期间花费在系统管理和检查设备运行状态上的时间和精力。
通过每个设备的特性来优化通信周期是可能的。例如，可以连接不需要高速通信周期的设备(如远程I/O)，同时仍然保持需要高性能通信周期的设备(如伺服放大器)的性能。这还可以最大限度地发挥网络上从属设备的潜力，并提高整个系统的生产率。
TSN规范的时间同步协议对兼容CC-Link IE TSN的设备之间的时间差进行校准，使其保持同步。存储在主设备和从设备中的时间信息保持与微秒同步。如果发生网络错误，可以检查操作日志，并按时间顺序准确地跟踪事件直至错误发生。这可以帮助识别问题，并可以更快地恢复。
还可以向It系统提供生产现场信息和准确的时间信息。这将允许人工智能数据分析通过预测性维护提供进一步的流程改进。
最大限度地提高运动控制性能，减少周期时间
CC-Link IE TSN采用带时间触发器的分时方式，双向同时通信，周期时间不超过31.25微秒。在使用CC-Link IE TSN操作的系统中，增加传感器或增加控制所需的伺服放大器轴的数量以扩大生产线对整体周期时间的影响最小。与使用传统网络的系统相比，循环时间甚至可以缩短。
CC-Link IE TSN允许不同通信周期的设备根据每个设备的性能一起使用。到目前为止，连接到同一主站的设备必须在整个网络中使用相同的循环通信周期(链路扫描时间)进行操作。click IE TSN允许在同一网络中使用多个通信周期。
因此，可以通过每个设备的特性来优化通信周期。例如，可以连接不需要高速通信周期的设备(如远程I/O)，同时仍然保持需要高性能通信周期的设备(如伺服放大器)的性能。这还可以最大限度地发挥网络上从属设备的潜力，并提高整个系统的生产率。
为设备供应商提供更多选择
对于传统的CC-Link IE，为了有效地利用其1gbps的带宽，设备开发供应商必须使用专用的asic或fpga实现主设备和从设备功能。
CC-Link IE TSN支持在硬件和软件平台上实现。支持基于ASIC和FPGA的硬件方法。此外，在通用以太网芯片上使用软件协议栈进行开发，对于主设备和从设备都是可能的。所有情况下均支持100mbit和1gbit物理层。
设备开发供应商，给定这些实现选项(硬件或软件)和通信速度(100mbps或1gbps)，可以使用与CC-Link IE TSN兼容的设备的最佳开发方法。通过快速扩展兼容设备的范围，这也将使用户受益。
用例
通用IP通信设备和高性能运动控制。
在该系统中，在对中操作时，伺服电机瞬间停止，然后通过视觉精确测量工件位置。此时可以使用与CC-Link IE TSN兼容的伺服放大器和视觉传感器进行时间同步，使视觉传感器能够在伺服电机移动时准确地确定工件的位置。这可以显著缩短循环时间并减少布线。
来自视觉传感器的大量图像数据可以通过IP通信传输，从而允许构建单个网络系统，减少布线，但不会对伺服控制性能产生影响。
未来的发展
CC-Link IE TSN规范使用TSN技术在以太网上实现分时通信，使以太网设备易于使用。该协议还针对高速循环通信进行了重新设计，显著提高了OT领域的一般控制和运动控制的性能和功能。
开发工作将继续进行，其目标是进一步扩大可用于以下领域:
•CC-Link IE安全通信功能支持开发，以解决需要安全通信的应用程序
•光缆支持的应用需要长距离或高噪声阻力
我们还计划获得国际标准，如IEC61784 (CCLinkIE已经获得)，SEMI半导体/FPD行业国际标准，以及中国、韩国等国家的国家标准。
我们还将努力利用TSN技术加强与其他工业开放网络的互联互通，通过整体连接实现数据的最佳利用。
这将使CC-Link IE TSN能够扩展到更多领域，并成长为一个工业开放网络，作为旨在实现自主、优化制造的“智能工厂”的基础。
CC-Link合作伙伴协会
am.cc-link.org
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