Standard-Ethernet für zeitsynchronisierte IoT-Anwendungen

Time-Sensitive Networking

National Instruments, ein US-Hersteller von Soft- und Hardware für computergestützte Mess- und Automatisierungssysteme, hat in Zusammenarbeit mit Cisco und Intel die Plattform Early-Access-Technology für Time-Sensitive Networking (TSN) entwickelt, um die Entwicklung neuer Synchronisations- und Kommunikationstechnik voranzutreiben. Darüber sollen sich Steuer-, Regel- und Messanwendungen im Standard-Ethernet deterministisch und zeitsynchronisiert auf verteilten Systemen ausführen lassen.

TSN-fähige Controller: NI arbeitet gemeinsam mit Cisco und Intel an der Zusammenführung von IT und Betriebstechnik in einem Netzwerk, um das Systemdesign grundlegend zu verändern. TSN stellt Mechanismen bereit, mit denen sich über Standard-Ethernet-Verbindungen verteilte, synchronisierte Systeme mit harten Echtzeitanforderungen erstellen lassen.

Die neue Plattform wird bereits im Rahmen von Projekten wie z. B. dem TSN-Testbed des Industrial-Internet-Konsortiums für „Smart Factories“ eingesetzt, um sie auch in bunten „Ökosystemen“ zu testen. Genutzt wird die Technologie darüber hinaus auch vom Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen für die Entwicklung von CNC-Maschinen der nächsten Generation, von der EUV Tech zur Erstellung neuartiger Halbleiterfertigungsmaschinen und vom Oak Ridge National Laboratory (ORNL) für Forschungen rund um das Stromnetz der Zukunft.

„Das Oak Ridge National Laboratory arbeitet daran, die Stabilität und Steuerung von Stromnetzen angesichts des zunehmenden Ausbaus erneuerbarer Energiequellen zu verbessern“, sagt Mark Buckner, Power and Energy Systems Group Leader beim ORNL. Mit Time-Sensitive Networking ergeben sich seiner Meinung nach „ganz neue Möglichkeiten für die Koordinierung und Steuerung von Microgrids, was zu einer deutlich stabileren Stromversorgung führt.“

Synchronisierte Systeme mit harten Echtzeitanforderungen

TSN stellt Mechanismen bereit, mit denen sich über Standard-Ethernet-Verbindungen verteilte, synchronisierte Systeme mit harten Echtzeitanforderungen erstellen lassen. Da diese Systeme sowohl für die Echtzeitsteuerung als auch für die Übertragung von IT-Daten dieselbe Infrastruktur nutzen, werden Steuerung, Regelung, Messungen, Konfiguration, Benutzeroberflächen und Dateiaustausch in einem Netzwerk zusammengeführt. Diese Netzwerkkonvergenz mit sicherer Übertragung von Steuerdaten und hoher Leistungsfähigkeit soll das Systemdesign und die Systemwartung grundlegend verändern.

Die „Early Access Technology“-Plattform baut auf neuen CompactRIO-Controllern mit Atom-Prozessoren und einem TSN-fähigen I210-Netzwerkanschluss von Intel auf und soll so zur schnellen und gleichzeitig energiesparenden Lösung mit einem günstigen Preis-Leistungs-Verhältnis werden.

Mit der Systemdesignsoftware Labview programmiert

Die Controller werden mit der Systemdesignsoftware Labview programmiert, um die Zeitsynchronisation im Netzwerk aufrechtzuerhalten und sowohl die Verarbeitung auf dem Echtzeitprozessor als auch auf dem FPGA anhand der Zeitvorgaben zu synchronisieren. Da Zeit ein Grundkonzept von Labview ist, lassen sich Signalverarbeitung, Steuer- und Regelalgorithmen und I/O-Timing einfach mit geplanten Netzwerkübertragungen sowie zwischen mehreren in einem Netzwerk verteilten Systemen koordinieren.

Interessierte Kunden haben die Möglichkeit, der NI-Community „Time Sensitive Networks“ beizutreten. Die Community bietet neben Informationen zu den Hard- und Softwarefunktionen auch Beispielcode und Dokumentation sowie Unterstützung bei Auswahl und Kauf der passenden Produkte von NI und Partnern für die Erstellung einsatzfähiger TSN-Systeme. Mehr Informationen gibt es hier.

www.ni.com/de-de.html

Bildquelle: National Instruments

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