L’AD di CLPA Europe spiega le caratteristiche dello standard TSN e l’evoluzione di questa tecnologia considerata fattore abilitante per le applicazioni di Industria 4.0
Lo standard Time-Sensitive Networking (TSN) è passato dall’essere una novità, a rappresentare una parte essenziale degli impianti di produzione. Questo successo è dovuto alla capacità della tecnologia TSN di consentire alle imprese di realizzare applicazioni di Industria 4.0 favorendo la convergenza, ovvero la capacità di combinare più tipi di traffico di rete. Grazie al ruolo svolto da organizzazioni orientate al futuro come CLPA, le opportunità offerte dal TSN sono ora più evidenti che mai. Questo consorzio ha avuto un ruolo fondamentale fin dall’inizio nel sostenere lo sviluppo e l’adozione di questa tecnologia nelle applicazioni industriali.
Lo standard TSN è stato sviluppato dal gruppo di lavoro IEEE 802.1 con l’obiettivo di migliorare le capacità delle reti Ethernet industriali standard per supportare applicazioni “smart” orientate al futuro. Gli standard chiave della tecnologia TSN per le applicazioni di automazione industriale sono IEEE 802.1AS per la sincronizzazione temporale e IEEE 802.1Qbv per il time sharing e la schedulazione del traffico dati.
Il potenziale del TSN non è passato inosservato agli specialisti dell’automazione industriale e alle imprese manifatturiere che stanno attuando il loro percorso di trasformazione digitale. CLPA ha colto immediatamente le numerose opportunità che questa tecnologia poteva offrire.
Guidando la convergenza e garantendo al contempo il determinismo, il primo evidente vantaggio dello standard TSN è la sua capacità di semplificare le architetture di rete riducendo il numero di reti necessarie per supportare la condivisione dei dati e i diversi tipi di comunicazioni. Oltre a consentire infrastrutture più snelle, la convergenza supportata dallo standard TSN facilita anche la visibilità, la trasparenza e l’accessibilità. Queste caratteristiche possono migliorare notevolmente le operazioni industriali, aumentando la reattività, la produttività e l’efficienza, oltre a semplificare la risoluzione dei problemi e la manutenzione. Inoltre, è possibile abbattere i muri che tradizionalmente hanno separato la tecnologia informatica (IT) dalla tecnologia operativa (OT), grazie alla possibilità di prendere decisioni basate su un migliore accesso ai dati di processo.
Grazie al suo approccio propositivo verso l’innovazione, CLPA è stata la prima organizzazione a integrare le funzioni TSN nella sua tecnologia di rete Ethernet industriale, lanciando CC-Link IE TSN nel 2018. I primi ad adottare questa soluzione hanno immediatamente iniziato a creare e implementare strumenti di sviluppo e prodotti per l’automazione industriale compatibili con CC-Link IE TSN. Questo ha permesso di dare lo slancio e ora più di 50 utenti finali stanno sfruttando la tecnologia o hanno in programma di farlo.
Quali applicazioni
Per sviluppare prodotti che supportano questa tecnologia, sono attualmente disponibili diverse opzioni, le quali hanno permesso di rilasciare dispositivi che stanno contribuendo a rendere fabbriche, produzioni e intere aziende all’avanguardia.
Ad esempio, l’Instrumentation Technology & Economy Institute della Repubblica Popolare Cinese (ITEI, Istituto per la strumentazione tecnologica e l’economia), promotore delle migliori pratiche nel settore manifatturiero, è stato in grado di creare un sistema di produzione su scala reale basato su CC-Link IE TSN. L’impianto dimostrativo è dotato di un’architettura di rete convergente che consente il trasferimento di dati dalle aree di lavorazione, assemblaggio e logistica, nonché dai sistemi di monitoraggio degli stati operativi dei CNC e di protezione degli strumenti attraverso un’infrastruttura unificata. Di conseguenza, l’ITEI ha potuto evidenziare la riduzione della complessità, aumentando al contempo trasparenza e produttività.
Analogamente, un fornitore leader di produzione additiva, Shashin Kagaku, è stato in grado di introdurre macchine che offrono un significativo aumento delle prestazioni pur essendo più semplici da costruire. Utilizzando CC-Link IE TSN, il sistema laser è strettamente integrato con un sistema di motion control ad alta precisione, riducendo i costi complessivi e i tempi di commercializzazione. In definitiva, la macchina risultante è dieci volte più veloce dei modelli precedenti senza funzioni TSN.
Sulla base della stessa tecnologia di rete, Orisol, fornitore leader di sistemi automatizzati per la produzione di calzature, offre un’unità di assemblaggio unica per gli adesivi termoattivabili che incollano i diversi componenti della scarpa. Più precisamente, questa macchina è in grado di fornire una velocità e una reattività senza precedenti, nonché la connettività necessaria per le applicazioni di Industria 4.0.
Infine, CC-Link IE TSN è stato utilizzato nell’industria delle batterie agli ioni di litio in Cina per migliorare aspetti chiave della produzione consentendo una migliore integrazione dei processi di motion control, i quali sono altamente critici, con controllo I/O standard e safety assicurando produzioni ad alte prestazioni.
TSN è qui già ora
Grazie allo standard TSN e alle sue caratteristiche, i percorsi di trasformazione digitale intrapresi dagli impianti di produzione in diversi settori vengono portati avanti a ritmo sostenuto da una serie di fornitori di prodotti per l’automazione industriale. Utilizzando dispositivi e macchine innovative per offrire capacità senza precedenti, gli utilizzatori di questa nuova tecnologia stanno ulteriormente aumentando la loro competitività, rendendo le proprie produzioni all’avanguardia.
CLPA, in quanto prima organizzazione a lanciare una tecnologia di rete compatibile con lo standard TSN, ha svolto un ruolo chiave nel consentire ai fornitori e agli utenti finali di sfruttare questa innovazione. Inoltre, l’associazione ha sviluppato una conoscenza impareggiabile della tecnologia collaborando con un’ampia gamma di specialisti dell’automazione nella creazione e certificazione delle opzioni di sviluppo CC-Link IE TSN e dei prodotti compatibili.
L’associazione
CLPA – CC-Link Partner Association – è un’organizzazione internazionale fondata nel 2000. Da oltre 20 anni, CLPA si occupa dello sviluppo tecnologico e della promozione della famiglia di reti aperte di automazione CC-Link. La tecnologia chiave di CLPA è CC-Link IE TSN, la prima rete Ethernet Gigabit aperta al mondo a combinare la larghezza di banda Gigabit con il protocollo TSN (Time Sensitive Networking), che la rende la soluzione leader per le applicazioni Industry 4.0. Attualmente, CLPA ha 4.100 aziende associate in tutto il mondo con più di 2.600 prodotti compatibili disponibili da 370 produttori. In tutto il mondo vengono utilizzati ormai 38 milioni di prodotti basati sulle tecnologie CLPA.
CASI D’USO/1 Automotive
Il settore Automotive sta affrontando cambiamenti senza precedenti, eppure molte cose sono rimaste invariate, come la verniciatura, stampa e saldatura delle carrozzerie e così via. Due le sfide principali: la raccolta e la gestione di una grande quantità di dati per una grande varietà di processi in una fabbrica di assemblaggio e su diversi impianti, richiede una comunicazione con una supply chain estesa e complessa che fornisce gran parte dei componenti dei veicoli con un approccio JIT (Just-In-Time). In secondo luogo, l’enorme varietà di apparecchiature e sistemi installata in una fabbrica e la necessità che questi sistemi interagiscano l’uno con l’altro, sia al loro livello che a quelli superiori. Il TSN può aiutare ad affrontare tutte queste sfide in diversi modi. Poiché supporta la larghezza di banda Gigabit, è in grado di utilizzare reti dotate della capacità richiesta per gestire in modo puntuale l’enorme quantità di dati generata dai sistemi di fabbrica. Quando sono necessarie azioni correttive o vengono identificati problemi di manutenzione, la stessa larghezza di banda consente di implementare queste contromisure in tempo reale, con ritardi minimi.
La possibilità di far convergere diverse reti su una singola architettura consente di semplificare i sistemi complessi solitamente utilizzati nelle fabbriche. Questo consente di ridurre i costi, avviare più rapidamente i programmi di produzione e massimizzare i tempi di operatività. La convergenza consente inoltre di risolvere il problema delle “isole” di automazione, solitamente presenti in fabbrica a causa dell’evoluzione degli impianti. Sistemi un tempo difficili da connettere e dai quali l’estrazione dei dati era problematica possono ora contribuire a una maggiore visibilità e a un funzionamento migliore dei processi. Il TSN consente infine di monitorare con semplicità il traffico di rete in modo da identificare rapidamente gli eventi anomali e attuare contromisure atte a prevenire danni.
CASI D’USO/2 Industrie di processo
Il settore delle industrie di processo include un’ampia gamma di attività diverse, che vanno dalle industrie chimiche, al petrolio e gas, e ad altre industrie che si sovrappongono, come il settore farmaceutico e quello dei semiconduttori. Questi impianti sono fondamentali per molti altri settori, poiché forniscono i componenti e le materie prime per molti altri processi manifatturieri. In gran parte dei casi, essi hanno in comune un sistema di controllo distribuito che monitora e gestisce i processi, spesso sparso su un impianto di grandi dimensioni.
Anche in questo caso, il TSN può offrire a queste applicazioni diversi vantaggi, grazie alla capacità di utilizzare un’architettura di rete unificata di classe Gigabit. Questo consente non solo di evitare l’installazione e la manutenzione di reti distinte per i diversi protocolli, con i relativi gateway, ma anche di ridurre gli sforzi ingegneristici e la complessità dei sistemi, mantenendo nel contempo le funzioni e i vantaggi dei singoli protocolli. Può inoltre eliminare le barriere che ostacolano la necessaria integrazione fluida tra tutti i sistemi di fabbrica più importanti (automazione, strumentazione, I/O di rete, sistemi di distribuzione elettrica, sistemi e strumenti di sicurezza, dispositivi IIoT, gateway periferici, ecc.) per migliorare le prestazioni operative e commerciali di un impianto. Poiché molti prodotti delle industrie di processo sono ingredienti necessari per altri settori, questi vantaggi possono ripercuotersi positivamente su un’intera catena del valore, a tutto vantaggio dei clienti e degli utenti finali.
