Açık endüstriyel ethernet ağ teknolojilerinin öncüsü CC-Link IE TSN, iletişim fonksiyonlarını ve senkronizasyon hassasiyetini iyileştiriyor

Sanayi 4.0 ile birlikte akıllı fabrikalar için iletiÅŸimi kolaylaÅŸtıran aÄŸ teknolojileri daha da önemli hale geldi. Zaman Duyarlı AÄŸ (TSN-Time Sensitive Network) teknolojisi ise geleceÄŸin fabrikalarına yönelik endüstriyel ethernet için kilit rol oynuyor. TSN'nin bir aÄŸ bünyesinde senkronizasyonu nasıl saÄŸladığına ve bunun endüstriyel otomasyon uygulamalarına nasıl bir fayda sunduÄŸuna iliÅŸkin açıklamalarda bulunan CLPA Türkiye Müdürü Tolga Bizel, CC-Link IE TSN'nin açık endüstriyel ethernet aÄŸ teknolojilerinin öncüsü olduÄŸuna ve bu teknolojiyi tercih eden üreticilerin rekabet gücü elde edebileceklerine dikkat çekti.

Zaman Duyarlı AÄŸ (TSN), çok kısa bir süre içinde endüstriyel otomasyonun popüler bir kavramı haline dönüÅŸtü. TSN teknolojisi, endüstriyel ethernetin güvenilir ve zamanı öngörülebilir bir haberleÅŸme sunmasına yardımcı olarak Endüstriyel Nesnelerin Ä°nternetinin (IIoT) hayata geçirilmesinde kilit bir teknoloji rolü oynuyor. TSN teknolojisinin ilk adımının senkronize sistemlerin oluÅŸturulmasından geçtiÄŸini belirten CLPA Türkiye Müdürü Tolga Bizel, TSN'nin bir aÄŸ bünyesinde senkronizasyonu nasıl saÄŸladığına ve bunun endüstriyel otomasyon uygulamalarına nasıl bir fayda sunduÄŸuna iliÅŸkin açıklamalarda bulundu.

TSN’nin ilk etapta Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü (IEEE) tarafından profesyonel ses-görüntü sistemlerinde ses ve video köprülemesine yönelik bir dizi açık teknik standart olarak geliÅŸtirildiÄŸini dile getiren Tolga Bizel, “Sonuç olarak IEEE 802.1 standartlarıyla belirlenen ISO/OSI (Uluslararası Standardizasyon KuruluÅŸu/Açık Sistemler Ara BaÄŸlantı) Data Link - Katman 2 teknolojisi oldu. Deterministik gerçek zamanlı mesaj alışveriÅŸi sunan IEEE 802.01’in kapsamı süratli bir ÅŸekilde diÄŸer alanlara geniÅŸletildi. Özellikle zaman-kritik çevrimsel verilerin belirlenmiÅŸ zaman aralıkları içinde alınmasının son derece önemli olduÄŸu otomotiv ve imalat sektörlerinde kullanılan kontrol aÄŸlarında yaygınlaÅŸtı” dedi.

TSN’nin en önemli fonksiyonu cihaz senkronizasyonu

Endüstriyel ethernet aÄŸlarında sınırlanmış en düÅŸük gecikmeyle determinizmin uygulanabilmesi için zaman senkronizasyonunun irdelenmesi gereken kilit bir konu olduÄŸunu vurgulayan Bizel, “AÄŸ cihazlarının gerekli iÅŸlemleri birlikte, doÄŸru zamanda ve iÅŸlem yerinden bağımsız yürütebilmesini saÄŸlayan bu özellik, dağıtık sistemlerde yüksek düzeyde hassasiyetin saÄŸlanması için bir gereklilik. Buna ek olarak, tüm komponentlerin ortak zaman konseptine, örneÄŸin evrensel saate sahip olmaları halinde belirli bir makinede bir olayın ne zaman meydana geldiÄŸinin, bir aÄŸdaki farklı komponentlerde meydana gelen iki olay arasındaki zaman aralığının veya farklı cihazlarda meydana gelen olayların rölatif kronolojisinin belirlenmesi için hassas bir analiz mümkün hale geliyor. AÄŸ senkronizasyonunun uygulanması için TSN, IEE 802.1AS onaylı ‘Zamana Duyarlı Uygulamalar için Zamanlama ve Senkronizasyon’ Standardı ve ‘IEEE 1588 - AÄŸ Tabanlı Ölçüm ve Kontrol Sistemleri için Hassas Saat Senkronizasyonu Protokolü Standardı”nda belirtildiÄŸi üzere bir Master-Bağımlı Zaman Protokolü (PTP) üzerinden benzersiz bir saat sistemi kuruyor.Bu protokollere göre ‘Grandmaster’ olarak bir aÄŸ saati masteri, zaman bilgilerini ethernet paketleri olarak aÄŸdaki her bir noda veya ‘Zaman Duyarlı Sisteme’ gönderiyor. Kullanılan bazı zaman mesajı türlerinin amacı zaman bilgilerini ve aÄŸdaki farklı saatleri senkronize etmek. Ayrıca gecikmelerin etkisini azaltmak için iletiÅŸim araçları boyunca gecikmeleri de ölçüyor. Bir saat hiyerarÅŸisi oluÅŸturmak, grandmasteri belirlemek, bir PTP-tabanlı sistemi yapılandırmak, izlemek ve bakımını yapmak için ek fonksiyonlar da geliÅŸtirilmiÅŸ durumda. Bu sayede nodlardaki tüm gerçek zamanlı saatler, 1μs veya daha yüksek bir hassasiyet düzeyine kadar senkronize edilebiliyor ve çevrim süreleri birkaç μs kadar kısa olan hassas hareket kontrol uygulamalarının ihtiyaçları karşılanabiliyor. Üstelik bir hata oluÅŸtuÄŸunda, iÅŸlem kayıtlarının kontrol edilerek soruna yol açan olayların kronolojik sırada ve net bir ÅŸekilde takip edilebilmesi mümkün.Sonuç olarak, operatörler hata tespitini ve düzeltme görevlerini daha hızlı ve kolay bir ÅŸekilde yapabiliyor. Böylelikle beklenmedik arıza süreleri ve ilgili maliyetler düÅŸürülüyor. DiÄŸer taraftan ise geleneksel Ethernet aÄŸlarında küresel bir saat veya ortak bir zaman anlayışı mevcut deÄŸil. Gerçekte her cihaz kendisine ait bir saate, yani kendisine özgü bir zaman konseptine sahiptir. Hatalar ise zaman içinde birikerek iÅŸlemcilerin senkronizasyonunu bozan zaman kaymalarına neden olabiliyor” diye konuÅŸtu.

Senkronizasyondan daha fazlası

TSN'nin, tüm zamana duyarlı aÄŸ cihazları arasında güvenilir bir zaman senkronizasyonu oluÅŸturmak adına tüm diÄŸer kilit fonksiyonları için gerekli temeli saÄŸladığını vurgulayan Bizel, “Özellikle IEEE 802.1AS, IEEE 802.1Qbv- ‘Planlanmış Trafik için GeliÅŸtirmeler’ standardını destekleyen güçlü bir mekanizma sunuyor. Bu da veri trafiÄŸi kuyruklarının verimli bir ÅŸekilde planlanmasının yolunu ve zaman-kritik çerçevelerin ‘tam zamanlı’ teslimat önceliklendirilmesinin nasıl yapılacağını tanımlıyor. Bu süreç ise her bir çerçevenin VLAN etiket öncelik alanını kontrol eden ve bir plan dahilinde tanımlanmış uygun bir öncelikli kuyruÄŸa mesaj atayan zaman duyarlı ÅŸekillendiricilere (TAS) dayanıyor. Planlanmış zaman aralıklarında kuyrukta bekleyen verilerin aktarımı saÄŸlanırken diÄŸer kuyruklarda aktarım engelleniyor. Bu sayede de TAS, çevrimsel mesajların çevrim-harici trafiÄŸin müdahalesine karşı korunmalarını saÄŸlarken, bir uygulamayı ve hatta tüm üretim sürecini aksatabilecek herhangi bir gecikmenin veya zaman-kritik mesajların gönderilmemesi riskinin önüne geçiyor. Dahası, benzer önceliklere sahip farklı çerçevelerin eÅŸ zamanlı iletilebilmesinden dolayı iletiÅŸim çevrim sürelerini de optimize edebiliyor. Sonuç itibariyle TAS ve sabit trafik programları, determinimizin önüne geçen geleneksel Ethernet'in kullandığı çarpışma algılama yöntemli geleneksel taşıyıcı-algılamalı çoklu eriÅŸimin (CSMA/CD) yerine geçebiliyor” dedi.

Başarılı bir TSN Uygulaması

CLPA tarafından hayata geçirilen CC-Link IE TSN'nin, açık endüstriyel ethernet aÄŸ teknolojilerinin öncüsü olduÄŸuna dikkat çeken Tolga Bizel, bu teknolojinin IEEE 802.1AS ve IEEE 802.1Qbv Katman 2 standartlarını benimseyen ISO/OSI Katman 3-7'ye dayandığını belirtti. CC-Link IE TSN’nin iletiÅŸim fonksiyonlarını ve senkronizasyon hassasiyetini iyileÅŸtirerek halihazırda dünyanın ilk açık gigabit endüstriyel etherneti CC-Link IE tarafından sunulan avantajları optimize ettiÄŸini söyleyen Bizel, sözlerini ÅŸöyle tamamladı: “ÖrneÄŸin bu yenilikçi çözüm, 31,25 μs kadar düÅŸük çevrim süreleri elde edebilirken, gigabit bant geniÅŸlikleri sayesinde çevrim-harici trafiÄŸin sorunsuz bir ÅŸekilde üstesinden gelebiliyor. Bu sayede dördüncü sanayi devrimi yani Sanayi 4.0 yaygınlaşırken giderek daha fazla artış gösterecek çevrim-harici trafik ve gerçek zamanlı kontrol trafiÄŸi için ideal bir ortak iletiÅŸim kanalı sunuluyor. Bu teknolojiyi tercih eden üreticiler ise açık endüstriyel ethernet aÄŸlarında performans, baÄŸlantı ve zekayı destekleyen giderek popülerliÄŸi artan açık sistem sayesinde rekabet güçlerini artırabiliyor.”