Ethernet-verkkoja rakennettaessa käytetään erilaisia kytkentälaitteita. Erikseen kannattaa korostaa hallitsemattomia kytkimiä - yksinkertaisia laitteita, joiden avulla voit nopeasti ja tehokkaasti järjestää pienen Ethernet-verkon toiminnan. Tämä artikkeli tarjoaa yksityiskohtaisen yleiskatsauksen EKI-2000-sarjan lähtötason hallitsemattomista teollisuuskytkimistä.
Esittely
Ethernetistä on pitkään tullut olennainen osa kaikkia teollisia verkkoja. Tämä IT-alalta tullut standardi mahdollisti siirtymisen laadullisesti uudelle verkkoorganisaation tasolle. Nopeudet ovat lisääntyneet, luotettavuus on lisääntynyt ja verkkoinfrastruktuurin keskitetty hallinta on noussut esiin. Tiedonsiirtoprotokollien luojat eivät joutuneet odottamaan kauan. Lähes kaikki tärkeimmät teolliset protokollat, kuten Modbus TCP, EtherNet/IP, IEC 60870-5-104, PROFINET, DNP3 jne., käyttävät identtistä tai samankaltaista OSI-mallia perustana. Hyötykuorma sijoitetaan kehykseen ja lähetetään Ethernet-verkon kautta. Lähes jokainen nykyaikainen ohjain, älykäs anturi tai käyttöpaneeli on varustettu Ethernet-liitännällä samannimiseen verkkoon liittämistä varten. Tämä tarkoittaa, että teoriassa teollisuusverkossa voidaan käyttää tavallisia Ethernet-laitteita, joita löytyy yrityksen, toimiston tai jopa kotiverkosta. Käytännössä on kuitenkin jo pitkään muodostunut suuri joukko laitteita, jotka on suunniteltu toimimaan erityisesti verkkojen, kuten Industrial Ethernetin, kanssa. Se sisältää verkkolaitteita, jotka on mukautettu toimimaan erityisesti teollisuusympäristössä ja varmistavat luotettavuuden, minimaalisen viivetason ja täyttävät myös tietyn toimialan vaatimat erilaiset teollisuusstandardit. Tässä tapauksessa pää"taistelu"yksikkö on yleensä teollinen Ethernet-kytkin. Tämä johtuu siitä, että kytkin on laite, joka mahdollistaa luotettavan ja ennen kaikkea nopean vuorovaikutuksen teollisen verkon komponenttien ja solmujen välillä.
Kytkin – optimaalinen ratkaisu teollisuusverkkoon
Teollisuuskytkin tai kytkin on päälaite, jota käytetään teollisuusverkon rakentamiseen. Miksi kytkin? Onhan olemassa muita verkkolaitteita, esimerkiksi keskitin (keskitin) tai reititin (reititin). Kyse on nopeudesta ja toimivuudesta. Nopein listattu laite on hub; jokin aika sitten tämäntyyppinen laite oli erittäin suosittu alhaisen hinnan vuoksi. Itse asiassa keskitin on moniporttinen toistin, joka toimii fyysisellä tasolla OSI-verkkomallin mukaisesti ja välittää vastaanotetun tiedon kaikkiin kytkettyihin portteihin.
Toisaalta tämä järjestely mahdollistaa minimaaliset viiveet verkossa, mutta toisaalta verkon kuormitus kasvaa, koska tällä toteutuksella lähetys osoittautuu lähetettäväksi. Tämä johti usein verkon suorituskyvyn jyrkkään laskuun. Reititin puolestaan on OSI-mallin mukaan verkkotasolla toimiva laite, jossa on erittäin runsas toiminnallisuus, joka mahdollistaa liikenteen välitysreittien rakentamisen. Tällainen toiminnallisuus vaatii korkeampaa laitteen suorituskykyä, koska tietopaketti analysoidaan OSI-mallin 3. tason otsikosta alkaen ja korkeammalle. Tämän seurauksena viiveet pidentyvät, koska toteutus reitittimillä on useimmiten ohjelmisto, hinta on luonnollisesti korkeampi ja tällaiselle toiminnallisuudelle on kysyntää verkon ydintasolla.
Tämän seurauksena eritasoiset ja toiminnalliset kytkimet ovat yleistyneet teollisissa Ethernet-verkoissa. Kytkin on älykkäämpi laite kuin keskitin ja nopeampi kuin reititin, koska se toimii linkkikerroksessa OSI-mallin mukaisesti. Liikenne jakautuu selkeästi ja lähetetään suoraan vastaanottajalle, mikä eliminoi verkon laitteiden turhan kuormituksen, jolloin muut segmentit eivät voi käsitellä tietoja, joita ei ole tarkoitettu niille. Tämä saavutetaan analysoimalla kunkin lähetetyn datakehyksen sisältämät lähettäjän ja kohteen MAC-osoitteet. Tämän vaihdon avulla voit saavuttaa minimaaliset viiveet liikenteen jakelussa samalla, kun säilytät hyväksyttävän hintatason.
Kytkin sisältää muistissaan taulukon (CAM-taulukko), joka ilmaisee isännän MAC-osoitteen ja kytkimen fyysisen portin vastaavuuden, mikä vähentää tarkasti verkon kuormitusta, koska kytkin tietää tarkalleen mikä portti lähettääksesi datapaketin. On kuitenkin syytä ottaa huomioon, että kun kytkin kytketään päälle tai käynnistetään uudelleen, se toimii harjoitustilassa, koska vastaavuustaulukko on tyhjä. Tässä tilassa kytkimeen tulevat tiedot lähetetään kaikkiin muihin portteihin, ja kytkin analysoi ja syöttää lähettäjän MAC-osoitteen taulukkoon. Ajan myötä liikenne lokalisoituu, kun kytkin kokoaa täydellisen MAC-osoitekartoitustaulukon kaikille porteille.
Nyt monet teollisuusverkkojen verkkolaitteiden valmistajat tarjoavat kytkimiä laitteiksi verkkosolmujen välisen vuorovaikutuksen varmistamiseksi. Portfoliossa on eri toiminnallisia kytkimiä, joista pääsääntöisesti löytyy ei-hallittuja, hallittuja ja L3-tason kytkimiä. Ja jos L3-kytkimiä käytetään vaihtoehtona reitittimille verkon ydintasolla ja niiden valintaan liittyy vain erittäin erikoistuneita ongelmia, valinta hallitun ja hallitsemattoman kytkimen välillä riippuu verkkolaitteen tehtävien oikeasta määrittelystä. ratkaista. Seuraavaksi tarkastellaan peruseroja hallittujen ja hallitsemattomien kytkimien välillä.
Hallitut ja hallitsemattomat kytkimet
Hallitut ja hallitsemattomat kytkimet ovat itse asiassa kaksi eri laitetta, jotka toimivat OSI-mallin L2-tasolla. Hallitsematon kytkin on suunniteltu jakamaan automaattisesti nopeuden ja siirretyn liikenteen tasaisesti kaikille verkon osallistujille. Tämä on optimaalinen ratkaisu verkoille, joissa on pieni määrä päätelaitteita; etuja ovat:
- Ethernet-verkon korkean suorituskyvyn varmistaminen;
- lyhyt vasteaika;
- Ohjauksen helppous;
- lisätoimintojen saatavuus tietovirran hallintaan.
Hallitulla kytkimellä on korkeammat kustannukset, sitä käytetään suurissa verkoissa ja se pystyy täysin hallitsemaan lähetettyä liikennettä, nopeutta ja sillä on myös lisähallintaominaisuuksia. Itse asiassa tämä on optimaalinen ratkaisu verkko-osille, joissa tarvitaan lisätoimintoja segmentointiin, redundanssiin, tietoturvaan jne. Toisin kuin hallitsematon kytkin, hallittu kytkin on määritettävä määrittämällä joukko lisäasetuksia ja pakollisia asetuksia.
Hallitsemattomat kytkimet ovat plug and play -laitteita, jotka eivät vaadi monimutkaista konfigurointia tai syvällistä tietoa. Niiden avulla voit nopeasti järjestää tiedonsiirron Ethernet-verkon laitteiden välillä ilman lisäasetuksia. Näiden kytkimien avulla Ethernet-laitteet voivat kommunikoida keskenään (kuten PLC:t ja käyttöliittymät), jotka muodostavat yhteyden verkkoon ja välittävät tietoja vastaanottajalta lähettäjältä. Niissä on kiinteä kokoonpano, eivätkä ne salli muutoksia asetuksiin, joten sinun ei tarvitse priorisoida kehyksiä tai suorittaa lisämäärityksiä.
Hallitsemattomia kytkimiä käytetään ensisijaisesti oheislaitteiden liittämiseen verkkoon tai pienessä erillisessä verkossa, jossa on useita komponentteja. Teollisuusympäristöissä on tarpeen käyttää erityistarpeisiin räätälöityjä kytkimiä.
Teollisuuskytkimiä kehitetään erilaisiin teollisiin sovelluksiin, kuten sähköntuotantoon, öljyyn ja kaasuun, rautatieliikenteeseen ja infrastruktuuriin jne. Ne on erityisesti suunniteltu toimimaan monenlaisissa lämpötiloissa, tärinässä ja iskuissa ja edistävät kustannustehokkaan ja luotettavan suojatun verkon luomista.
Advantech sarjan kytkimet
Teollisuuden kytkimet Advantech sarja ovat lähtötason laitteita ja suunniteltu järjestämään nopeasti laitteiden vuorovaikutus Ethernet-verkon avulla. Tällä hetkellä sarjassa Mukana on yli 25 laitetta, alla olevasta taulukosta näkyy tilausnumeron erittely.
Tällöin kytkimet voidaan varustaa sekä RJ-45-porteilla että optisilla porteilla tiedonsiirtoon yksi- ja monimuotokuidun kautta, maksiminopeus voi olla 1 Gbit/s.
Sarjakytkimien toimivuus
Hallitsemattomien kytkimien toiminnallisuus ei yleensä ole mitään poikkeuksellista. Selvitetään kuitenkin, mitkä toiminnot ovat vielä käytettävissä Advantech-sarjan kytkimissä .
MDI/MDI-X-liitäntätyypin automaattinen tunnistus
Tämän ominaisuuden avulla voit liittää minkä tahansa tyyppisen Ethernet-laitteen kytkimiin huolehtimatta kaapelityypistä: suora tai ristikkäinen.
Tyypillisesti "suoraa" kaapelia käytetään verkkosovittimen liittämiseen L2-verkkolaitteeseen (keskittimeen tai kytkimeen). Kahden identtisen verkkolaitteen liittämiseksi toisiinsa tai esimerkiksi verkkosovittimen reitittimeen on suositeltavaa käyttää ristikkokaapelia. MDI/MDI-X-toiminnon ansiosta voit käyttää mitä tahansa kaapeleita kytkimen kanssa.
Automaattinen verkkotyypin tunnistus (Auto-Negotiation)
Tämä toiminto, joka seuraa MDI/MDI-X:ää, kuuluu Plug and Play -toimintoon ja antaa sinun määrittää automaattisesti Ethernet-standardin tarjoaman verkkotyypin ja siirtonopeuden. Käytännössä tämä on erityisen tärkeää, koska olemassa olevassa verkossa voidaan käyttää eri nopeusominaisuuksilla varustettuja laitteita, 10 Mbit/s - 1 Gbit/s. Automaattinen neuvottelu helpottaa verkon käyttäjien elämää huomattavasti. Laite itse "neuvottelee" nopeuden rajansa "Ethernet-naapurin" kanssa.
Lähetä myrskysuojaus
Myrskysuojaus on myös erittäin hyödyllinen kytkimien ominaisuus. Lähetysmyrsky johtuu yleensä paikallisverkon silmukoista tai jonkin verkon osallistujan virheellisestä käytöksestä. Tällaisissa tapauksissa verkko täyttyy suurella määrällä hyödyttömiä kehyksiä, mikä vaikuttaa sen nopeuteen.
Kytkimen lähetysmyrskysuojatoiminto suodattaa lähetyskehykset automaattisesti. Ja kun lähetysliikenne ylittää tietyn kynnyksen, verkko pysyy edelleen toimintakunnossa, koska kytkin varaa automaattisesti kaistanleveyden normaaleiden kehysten lähetystä varten.
Lähetä myrskysuojausominaisuus hallitsemattomissa kytkimissä oletuksena käytössä. Yksityiskohtaiset tiedot kunkin mallin kynnysarvoista on selvennettävä valmistajan virallisella verkkosivustolla.
P-Fail rele
Aloitetaan siitä, että useimmat sarjan mallit suunniteltu tulojännitealueelle 12…48 V DC. Tulo on monistettu ja suojattu napaisuuden vaihtamiselta sekä ylivirralta itsepalautuvalla sulakkeella. Tulossa on jännitevertailija, ja kun jännite syötetään molempiin tuloihin, komparaattori valitsee automaattisesti suuremman arvon ja tekee tästä tulosta päätulon. Kun jonkin tulon jännite katkeaa tai sen taso laskee alle 12 V:n, kytkin kytkeytyy automaattisesti toiselle kanavalle ja sulkee P-Fail-releen. Tämän toiminnon avulla voit seurata kytkimien virtalähdeverkon tilaa ja ilmoittaa nopeasti epänormaalista toiminnasta.
LED-ilmaisin
Tämän ominaisuuden avulla voit arvioida kytkimen kunnon tarkastamalla se silmämääräisesti. Sarjakytkimen jokainen dataportti siinä on kaksi LEDiä, jotka näyttävät siirtonopeuden, yhteyden tilan ja mahdollisen törmäystilan. On myös LEDejä, jotka toistavat P-Fail-releitä, jotka aktivoituvat samanaikaisesti, kun jokin virtapiireistä katkeaa.
PoE (Power-over-Ethernet)
Useilla sarjan hallitsemattomilla kytkimillä Power-over-Ethernet-toiminto on otettu käyttöön. Sen avulla voit tarjota virtaa etälaitteille IEEE 802.3af- ja IEEE 802.3at (PoE+) -standardien mukaisesti, joissa teholinjana käytetään luokan 5e tai korkeampaa kierrettyä parisiirtolinjaa. Näiden kytkimien syöttöverkona suositellaan käytettäväksi nimellisarvoa 53...57 VDC, jotta vältetään jännitehäviö johdossa.
Sisäänrakennettu EMI- ja ESD-suojaus
Vaihda sarjaa niissä on sisäänrakennettu suodatusjärjestelmä, joka suojaa sähkömagneettisilta häiriöiltä ja staattiselta jännitteeltä. Virtajohdon kautta kytkin voi tarjota toimivuuden lyhytaikaisen impulssimelun aikana, jonka amplitudi on jopa 3000 V DC, sekä RJ-45-porttien sähköstaattisten purkausten aikana 4000 V asti.
Form Factor
Ehdottomasti kaikki sarjan kytkimet niissä on kestävä metallikotelo, jonka suojausluokka on IP30. Rakenteellisesti sarja voidaan valmistaa kahtena versiona, tämä on joko DIN-kiskoon tai 19' telineeseen asennettava versio. Kaikki tarvittavat kiinnitystarvikkeet sisältyvät pakkaukseen. Myös kytkimet, jotka on suunniteltu asennettaviksi DIN-kiskoon, voidaan asentaa paneeliin; pidike toimitetaan.
Johtopäätös
Teollisuuden hallitsemattomat kytkimet ovat laitteita, jotka on sovitettu toimimaan erityisesti teollisuusympäristössä. Ne tarjoavat luotettavan ja nopean vuorovaikutuksen Ethernet-solmujen välillä eivätkä vaadi lisäasetuksia ja -määrityksiä. Tällä hetkellä hallitsematon kytkin on yksinkertainen halpa verkkolaite, joka pystyy ratkaisemaan melko suuren määrän Ethernet-verkon kautta tapahtuvan vaihdon järjestämiseen liittyviä perustehtäviä. Mitään konfigurointia ei tarvita; sinun tarvitsee vain irrottaa kytkin laatikosta ja kytkeä kaikki tarvittavat liittimet.
Advantechin hallitsematon kytkinsarja , joka kuuluu kuvattuun laiteluokkaan, tukee monia tärkeitä ja tarpeellisia toimintoja, kuten automaattinen MDI/MDI-X-yhteystyypin tunnistus, automaattinen verkkotyypin tunnistus (Auto-Negotiation), lähetysmyrskysuojaus, PoE, suojaus sähkömagneettisia häiriöitä ja sähköstaattisia arvoja vastaan jne. Kaikki nämä toiminnot yhdessä mahdollistavat käytön ratkaista perusongelmia verkon ja päätesolmujen välisen vuorovaikutuksen järjestämisessä.
Sovellusesimerkki
Yksi Advantechin asiakkaista on . CNPC valitsi Advantechin öljykenttien valvonta- ja ohjausratkaisun parantaakseen tietoliikenneominaisuuksia ja samalla vähentääkseen niihin liittyviä kustannuksia. Data välitetään matkapuhelinverkon kautta kentältä ohjauskeskukseen. Reitittimet asennettiin kytkimillä pumppupaikkojen vieressä olevissa kaapeissa, mikä tarjoaa verkkoyhteyden kenttälaitteille, kuten kameroille, logiikalle, RTU:lle ja muille laitteille.
Kirjallisuus
1.
2.
3.
Kirjoittaja on yrityksen työntekijä
Lähde: will.com