Коммутаторы для монтажных шин

Производительность сети в значительной степени зависит от магистральных коммутаторов сети автоматизации. К ним стекается трафик данных, поступающий со всех станков и функциональных блоков. Вместе с тем коммутаторы связывают сеть автоматизации с вышестоящей корпоративной сетью, что является необходимым условием для обеспечения сквозной коммуникации — от уровня управления до полевого уровня.

С появлением новых продуктов, в частности гигабитных модульных коммутаторов компании Phoenix Contact, производительные коммутационные технологии стали доступны для использования на монтажных шинах. Скорость обмена данными для таких устройств достигает 20,1 млн пакетов в секунду (pps) и троекратно превышает возможности компонентов, ранее используемых в распределительных шкафах. Каждую миллисекунду коммутатор пропускает более 20 тыс. пакетов Ethernet — сети с таким уровнем производительности впервые стало возможным реализовать в суровой производственной среде именно благодаря подобному оборудованию. Диапазон допустимых температур составляет от -20°C до +55°C и предоставляет желаемую степень свободы на этапе планирования сети.

ПРИМЕНЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ СТАНДАРТОВ ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Модульная конструкция призвана удовлетворить потребность промышленных приложений в подключениях, а гигабитные порты позволяют применять коммутатор на промышленной магистрали. И магистраль автоматизации, и подключение к вышестоящей корпоративной сети могут иметь сквозную гигабитную пропускную способность либо, опционально, избыточную реализацию. Благодаря модулям SFP можно использовать все наиболее распространенные стандарты волоконно-оптических гигабитных соединений (1000BaseSX, 1000BaseLX или Longhaul). 1000BaseSX предусматривает передачу с длиной волны 850 нм (короткая) по многомодовым (multimode) оптическим волокнам на расстояние до 550 м. 1000BaseLX задействует волны длиной 1300 нм (длинная) и одномодовые (singlemode) волокна, поэтому протяженность сегмента — в зависимости от имеющихся компонентов — может составлять до 20 км. Как правило, оба гигабитных стандарта для волоконно-оптических соединений позволяют осуществлять избыточное подключение вышележащих магистральных и распределительных коммутаторов ИТ (см. Рисунок 1).

Нижележащие ячейки автоматизации тоже можно интегрировать в сеть автоматизации посредством Gigabit Ethernet или Fast Ethernet. Переходные модули (конвертеры) позволяют подключить оборудование наиболее распространенного стандарта для волоконно-оптических сетей 100BaseFX посредством различных штекеров к многомодовым или одномодовым волокнам (см. Рисунок 2). Помимо этого, медиаконвертеры позволяют осуществлять прямую интеграцию стандарта на питание по Ethernet (Power over Ethernet, PoE) и реализовывать полевые решения с использованием оптического волокна.

Таким образом, пользователь получает необходимую гибкость для организации линий непосредственно на месте монтажа и возможность легко заменить их в случае возникновения сбоев. Согласно информации от производителя, новые пригодные для полевого использования волокна Gradient Index Hard Clad Silica (GI-HCS) впервые позволяют преодолеть расстояние до двух километров.

ПОДДЕРЖКА ВАЖНЫХ ПРОТОКОЛОВ ИТ

Поскольку рассматриваемые коммутаторы работают на стыке сети автоматизации и внутрикорпоративной сети, с точки зрения настройки и управления они должны соответствовать требованиям пользователей как с одной, так и с другой стороны сетевого подключения. Поэтому для интеграции оборудования на основе Ethernet во внутрикорпоративную сеть от высокопроизводительных коммутаторов требуется поддержка всех важных стандартов ИТ в области безопасности (правила безопасности), доступности (избыточности), а также сквозного управления сетью. К примеру, с помощью стандарта IEEE 802.1X гигабитный модульный коммутатор способен контролировать доступ к сети, которым можно централизованно управлять посредством сервера аутентификации. Обладая надежным интерфейсом для конфигурации с шифруемой передачей данных, устройство использует HTTPS для доступа из браузера, защищенную оболочку Secure Shell (SSH) для удаленных подключений, а также SNMPv3 для централизованного администрирования сети.

ВВЕДЕНИЕ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ С ПОМОЩЬЮ КОНСОЛИ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ

Конфигурация и диагностика должны быть возможны и в среде автоматизации с помощью интегрированных инструментов. Для этого инфраструктура должна допускать эксплуатацию устройства в режиме Profinet, чтобы специалисты по автоматизации могли выполнять проектирование сети и обслуживание коммутатора с помощью привычных инженерных инструментов наравне со всеми другими компонентами автоматизации. Введение в эксплуатацию и обслуживание в этом случае могут осуществляться и без применения инструментов — при помощи оснащенной дисплеем и встроенной в коммутатор консоли управления. Таким образом, важную информацию, например IP-адрес, оказывается возможно проверить на самом устройстве, и специальных знаний для этого не требуется (см. Рисунок 3). При введении в эксплуатацию пользователь может так же легко активировать через консоль управления нужный режим работы, где объединены все настройки, необходимые для того или иного протокола автоматизации.

ДИАГНОСТИКА ЧЕРЕЗ КОНСОЛЬ УПРАВЛЕНИЯ

Диагностика сети во многом предопределяет надежность ее работы. Чтобы состояние сети можно было проверять с управляющей консоли с помощью соответствующих программных инструментов, гигабитный модульный коммутатор должен предоставлять функции контроля. В ходе диагностики устройство сообщает о возникающих ошибках точно так же, как и компоненты ввода/вывода Profinet — с помощью циклической передачи ввода/вывода, а также ациклических сигналов сбоя. К примеру, если протокол избыточности среды (MRP) обнаруживает недоступность одного из путей передачи данных, то на блок управления отправляется сигнал о сбое (см. Рисунок 4). Информация предоставляется прямо в SPS, где и подвергается дальнейшей обработке. Если блок управления содержит сервер Web, то при необходимости сигнал о сбое можно передать через браузер на любой ПК.

УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ

С целью реализации энергоэффективных концепций для станков и производственных установок коммутатор должен поддерживать систему администрирования энергопотребления по стандарту Profienergy, чтобы на устройстве можно было задавать различные профили энергосбережения. Тогда, помимо собственных аппаратных ресурсов и портов, коммутатор может управлять энергопотреблением устройств, подключение которых осуществляется посредством технологии питания по Ethernet, как того требует стандарт IEEE 802.3af.

В этом случае он берет на себя функцию Profienergy, выступая в качестве заместителя питаемых устройств — к примеру, камер, точек доступа или пультов управления — за счет выполнения роли Proxy Profienergy. Компоненты PoE включаются или выключаются в соответствии со стандартом, что ведет к сокращению расхода электроэнергии в перерывах между использованием устройств.

Режимы профилей энергосбережения можно настраивать посредством администрирования на базе Web (Web-based Management), через интерфейс командной строки (Command Line Interface, CLI) или с помощью протокола SNMP. Избирательная настройка отвечает за то, чтобы все порты, используемые для коммуникации Profinet, оставались активными и сеть всегда была доступна для администрирования энергопотребления.

Уве Нольте — сотрудник компании Phoenix Contact Electronics.