在智能制造和工业4.0的浪潮中，工业自动化网络的性能与可靠性成为决定产线效率与产品质量的关键因素。传统的工业自动化网络架构，如串联网络，在面临单点故障时往往会导致整个产线瘫痪，严重影响了生产效率和成本控制。光路科技最新研发的TSN交换机则克服了这一挑战，它通过支持CC-Link IE TSN协议，并通过优化网络架构和通信机制，为工业自动化领域提供了一种高效、可靠的网络解决方案。本文将深入探讨FR-TSN系列工业交换机与CC-Link IE TSN协议的技术细节及其在实际应用中的优势。
关于 CC-Link IE TSN
CC-Link IE TSN是一种创新的工业自动化网络技术，它在全球范围内率先采用了基于标准以太网规范的TSN（时间敏感网络）技术，具有显著技术优势和广泛应用前景。它通过融合TSN技术和重新定义通信协议，实现了高速、低延迟的数据传输和实时性通信，为工业自动化领域的发展注入了新的活力。
CC-Link IE TSN 技术背景与特点
TSN技术融合：CC-Link IE TSN结合了TSN技术的优势，通过高效协议强化了CC-Link IE原有的性能和功能。TSN技术由多个国际标准组成，主要标准是IEEE802.1AS（定义时间同步方法）和IEEE802.1Qbv（定义时间分割方法）。这些标准的结合使用，保证了数据传输的确定性，并为不同协议网络之间的互操作提供了可能性。
OSI模型定位：CC-Link IE TSN协议以位于OSI参考模型第2层的TSN技术为基础，由在第3至第7层的CC-Link IE TSN独立协议和标准以太网协议组成。
网络开放性：CC-Link IE TSN在进一步提高网络开放性的同时，通过高效的协议实现了高速、低延迟的数据传输，满足了工业自动化领域对实时性和可靠性的高要求。
CC-Link IE TSN 技术优势
- 实时性通信：CC-Link IE TSN实现了控制信息的实时性通信，能够与其他开放式网络进行通信，并在同一个网络中与IT系统进行信息通信。这提高了系统构成的自由度，并实现了布线成本的削减。
- 多个通信周期并存：CC-Link IE TSN允许在同一个网络中进行多个通信周期，因此可以根据每个设备的特性优化通信周期，将运动控制性能提升到最大化以减少网络扫描时间。例如，对伺服系统、安全设备等可以定义高速周期，而对温湿度传感器等可使用中速或低速周期。
- 时间同步与校准：CC-Link IE TSN采用TSN规范的时间同步协议，对兼容设备进行时间差校准，使其保持高精度同步。主设备和从设备中存储的时间信息与微秒保持同步，这有助于精确跟踪和诊断网络事件。
- SNMP支持：CC-Link IE TSN支持SNMP，使用通用SNMP监控工具可以同时分析CC-Link IE TSN设备和交换机、路由器等IP通信设备。这提供了丰富的网络诊断和维护功能。
- 硬件与软件平台支持：CC-Link IE TSN同时支持硬件和软件平台的对应产品开发。主、从站都可以基于ASIC或FPGA的硬件开发，也可以在通用以太网芯片上装入软件协议栈开发。这为设备供应商提供了更大的灵活性来选择最适合的方法进行产品开发。
关于FR-TSN工业交换机
FR-TSN系列工业交换机是光路科技为工业自动化等低时延应用环境设计的网络设备，这些TSN交换机结合了高性能硬件与先进软件功能，为工业自动化网络提供了坚实的基础。
硬件设计：应对恶劣环境
在工业环境中，网络设备需要面对高温、潮湿、振动等多种恶劣条件。FR-TSN系列工业交换机采用IP40铝合金外壳设计，这种设计不仅具备优异的散热性能，还能有效抵御灰尘和水分的侵入，保障设备在极端环境下稳定运行。同时，该系列交换机还具备优良的EMC电磁兼容抗扰性设计，能够抵御来自周围电气设备的电磁干扰，保证通信的稳定性和可靠性。
在接口方面，FR-TSN系列工业交换机提供了多种选择，包括百兆/千兆以太网电口、千兆/万兆光纤口等，以满足不同设备的连接需求。此外，TSN交换机支持了模块化设计，用户可以根据实际需求扩展交换机端口数量和功能，灵活应对产线规模的扩大或设备更新迭代。
软件功能：提升网络性能与可靠性
除了硬件设计外，FR-TSN系列工业交换机的软件功能同样出色。它可以支持CC-Link IE TSN，这大大提高了网络的兼容性和灵活性。
在时间同步方面，FR-TSN系列工业交换机采用IEEE 802.1AS协议实现微秒级时钟同步。这种时间同步机制让网络中各个设备的时间保持一致，为数据采集和处理的准确性提供了有力保障。它支持IEEE 802.1Qbv协议实现时间分割，保障在限定时间内数据传输的确定性。这种TSN技术的应用，让TSN交换机能够在工业自动化网络中实现高性能、高功能的控制通信。
在网络管理方面，FR-TSN系列工业交换机支持SNMP等网络管理协议，方便用户对网络进行远程监控和管理。同时，它还提供了丰富的网络诊断和维护功能，如链路状态监测、端口流量统计等，帮助用户及时发现并解决网络故障，降低了网络维护的复杂性和成本。
FR-TSN系列工业交换机与CCLINK IE TSN协议的结合应用
FR-TSN系列工业交换机通过支持CCLINK IE TSN协议，为工业自动化领域带来了更加高效、可靠的网络解决方案。
优化网络架构：提升可靠性
传统的工业自动化网络通常采用串联的方式连接各个设备，如下图，这种方式下，一旦某个设备出现故障，其下游的所有设备都将失去与PLC的通信，导致整个产线无法正常工作。
为了克服这一弊端，FR-TSN系列工业交换机采用了星型网络架构，如下图。在这种架构下，PLC和每个伺服驱动器都直接连接到交换机上，形成了一个以交换机为中心的网络。这种架构不仅提高了网络的可靠性，还降低了单点故障对整个网络的影响。即使某个伺服驱动器出现故障，也不会影响其他设备与PLC的通信，从而保证了产线的连续运行。
实时性保障：时间敏感网络技术的应用
在工业自动化网络中，实时性是一个重要的性能指标。FR-TSN系列工业交换机可通过支持CCLINK IE TSN协议来保障数据的实时性。通过IEEE 802.1AS协议实现时间同步，让网络中各个设备的时间保持一致；通过IEEE 802.1Qbv协议实现时间分割，确保在限定时间内数据传输的确定性。从而让工业交换机能够在工业自动化网络中实现高速、低延迟的数据传输，满足了高精度、高实时性控制的需求。
易于维护与扩展：灵活应对产线变化
在工业自动化领域，产线规模和设备类型经常发生变化。为了应对这种变化，FR-TSN系列工业交换机采用了模块化设计和丰富的接口选项。用户可以根据实际需求扩展交换机端口数量和功能，灵活应对产线规模的扩大或设备更新迭代。同时，星型网络架构使得故障排查和修复更加简单。一旦出现故障，用户只需检查故障设备与交换机的连接即可快速定位问题并修复。这种易于维护和扩展的工业交换机，很受工业自动化领域的青睐。
丰富的应用场景：实现智能制造与工业4.0
FR-TSN系列工业交换机与CCLINK IE TSN协议的结合应用不仅适用于伺服驱动器的连接和控制，还适用于其他工业自动化设备的连接和控制。同时，它还支持与IT系统的通信和数据交换，为实现智能制造和工业4.0提供了有力支持。通过集成传感器、执行器、控制器和数据分析软件等智能化元素，用户可以构建一个高度集成、高度自动化的智能制造系统。这种系统能够实时监控产线状态、优化生产流程、提高产品质量和降低成本，为企业的可持续发展提供有力保障。
展望
TSN交换机与CCLINK IE TSN协议的结合应用为工业自动化领域提供了一种高效、可靠的网络解决方案。通过优化网络架构和通信机制、提高网络的实时性、可靠性和扩展性等特点，这种结合为智能制造和工业4.0的发展提供了有力支持。未来，随着工业自动化技术的不断发展和创新，FR-TSN系列工业交换机与CCLINK IE TSN协议将继续发挥重要作用，推动工业自动化网络向更高性能、更高可靠性的方向发展。同时，我们也将持续关注市场动态和技术趋势，不断优化和完善产品功能和服务体系，为用户提供更加优质、高效的工业自动化网络解决方案。
