「NI不斷地在談基於『平台』(platform)的策略,但事實上,平台一詞已經被過度使用了。」究竟什麼才是平台?國家儀器(NI)資深全球研發副總裁Scott Rust在NIWeek 2016第二天的主題演講中表示,就像Amazon或Apple,一個平台必須要有三大要素——巨大的價值、不斷的演進,以及充滿活力的生態系統。他並舉例說,「NI與合作夥伴攜手實現的Time Sensitive Networking (TSN)平台,就是一個最佳的例子。」

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NI在NIWeek上發表支援TSN標準的先期技術平台,並展示如何透過IT與OT技術的網路整合,徹底改變系統設計。在合作夥伴思科(Cisco)和英特爾(Intel)的協力合作之下,透過這一TSN測試平台可協助客戶打造分佈式系統,有效控制與量測迴圈,執行同步化I/O、程式碼與精確的通訊作業,而這些作業都能在乙太網路上完成。

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對於一些工業應用而言,乙太網路的缺點在於無法讓使用者設定決定性(deterministic)頻寬,從而導致資料傳輸(如馬達控制指令、觸發訊號)延遲。雖然許多工業乙太網路協議能夠解決這個問題,但在連接標準IT乙太網路與OT乙太網路時,由於無法重複利用現有網路,導致部署OT網路結構產生的大量成本,同時,融合網路帶來的巨大資料流量也可能阻礙控制系統通訊,因而對於生產造成不利的影響。

而這正是TSN能夠發揮作用之處。NI業務與技術總監Jamie Smith強調,「若要實現工業物聯網,TSN是一項必須掌握的技術」。因為,這項目前正發展中的IEEE標準能夠提高標準乙太網路效能,克服各網路資料流量的問題。

NI參與AVnu聯盟、IEEE 802.1、IEEE 1588、網際網路工程任務小組與OPC基金會等多個標準組織,期望整合與業界應用連結的知識,致力於在標準整合型乙太網路上,為精確通訊與同步化時序創造出一套共用的方法。

NI攜手Cisco、Intel共同打造的TSN測試台(test bed),結合了NI LabVIEW與CompactRIO,以及Intel Atom處理器與支援TSN的Intel i210 NIC。在NI Week主題演講的TSN展示中可看到兩個不同的CompactRIO透過網路進行即時馬達控制。若這些CompactRIO之間的網路頻寬被其他網路流量佔走,馬達控制的準確度會被影響。而TSN可讓使用者設定決定性頻寬,讓最重要的資料傳輸不至於受影響或干擾。

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Jamie Smith介紹,TSN可應用於分佈式智慧電網、自動化機台以及車用元件測試等,預計在今年下半年就會開放客戶搶先體驗具有TSN能力的CompactRIO (Early Access Technology Release)。

TSN在智慧電網的應用

目前,工業網際網路聯盟(IIC)的智慧型製造TSN測試台,以及多家合作夥伴均採用了這項技術:亞琛工業大學(RWTH Aachen University)的機台工具與製造工程實驗室改良了電腦數控的機台製作技術,EUV Tech開發了創新的半導體處理機台,而橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory;ORNL)則得以執行未來電網的研究。

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ORNL長久以來專注於替代能源和智慧電網的研究。該實驗室的電力與能源系統計劃負責人Mark Buckner表示,智慧電網目前面臨的挑戰是太陽能、風力、儲備電池的發電特性不像以往傳統的發電機那麼穩定。當這些新產生的電力被輸回到主電網時,由於電波和主電網的波形之間存在相位差(phase difference),造成電力抵觸效應,因而降低了整體發電效果。

因此,ORNL使用具有TSN能力的CompactRIO裝置,透過TSN讓每個CompactRIO之間達到低於100ns等級的同步效果,進而控制每個發電裝置的波形,並消除發電裝置波形之間相位差的問題,讓供電系統因而可以更快恢復正常運作。

20160805 NI NT31P6 未來TSN相似應用的參考架構