Az Ethernet hálózatok kiépítése során a kapcsolóberendezések különféle osztályait használják. Külön érdemes kiemelni a nem menedzselt kapcsolókat - egyszerű eszközöket, amelyek lehetővé teszik egy kis Ethernet hálózat működésének gyors és hatékony megszervezését. Ez a cikk részletes áttekintést nyújt az EKI-2000 sorozat belépő szintű, nem menedzselt ipari kapcsolóiról.
Bevezetés
Az Ethernet régóta minden ipari hálózat szerves részévé vált. Ez az informatikai iparból származó szabvány lehetővé tette a hálózatszervezés minőségileg új szintjére lépést. Nőtt a sebesség, nőtt a megbízhatóság, és megjelent a hálózati infrastruktúra központosított kezelésének lehetősége. Az adatátviteli protokollok megalkotói nem voltak kénytelenek sokáig várni. Szinte minden jelentősebb ipari protokoll, mint például a Modbus TCP, EtherNet/IP, IEC 60870-5-104, PROFINET, DNP3 stb., azonos vagy hasonló OSI modellt használ alapul. A hasznos terhet egy keretbe helyezik, és Ethernet hálózaton keresztül továbbítják. Szinte minden modern vezérlő, intelligens érzékelő vagy kezelőpanel rendelkezik Ethernet interfésszel az azonos nevű hálózathoz való csatlakozáshoz. Ez azt jelenti, hogy elméletileg egy ipari hálózat szabványos Ethernet eszközöket használhat, amelyek megtalálhatók vállalati, irodai vagy akár otthoni hálózatban is. A gyakorlatban azonban már régóta kialakult az eszközök nagy csoportja, amelyeket kifejezetten olyan hálózatokkal való együttműködésre terveztek, mint például az ipari Ethernet. Tartalmaz olyan hálózati eszközöket, amelyek kifejezetten ipari környezetben való használatra lettek adaptálva, biztosítva a megbízhatóságot, a minimális késleltetési szintet, és megfelelnek az adott iparág által megkövetelt különféle ipari szabványoknak. Ebben az esetben a fő „harci” egység általában egy ipari Ethernet-kapcsoló. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a kapcsoló olyan eszköz, amely megbízható és ami a legfontosabb, gyors interakciót tesz lehetővé az ipari hálózat összetevői és csomópontjai között.
Switch – az optimális megoldás ipari hálózatokhoz
Az ipari kapcsoló vagy kapcsoló az ipari hálózat kiépítésének fő eszköze. Miért kapcsoló? Végül is vannak más hálózati eszközök, például egy hub (hub) vagy egy útválasztó (router). Minden a sebességről és a funkcionalitásról szól. A listán szereplő leggyorsabb eszköz a hub, valamivel ezelőtt ez a típus nagyon népszerű volt alacsony ára miatt. Valójában a hub egy többportos átjátszó; az OSI hálózati modelljének megfelelően fizikai szinten működik, és a kapott adatokat az összes csatlakoztatott portra továbbítja.
Egyrészt ez a séma minimális késéseket tesz lehetővé a hálózatban, másrészt megnő a hálózat terhelése, mivel az ezzel a megvalósítással végzett sugárzás sugárzottnak bizonyul. Ez gyakran a hálózati teljesítmény meredek csökkenéséhez vezetett. A router pedig egy olyan eszköz, amely az OSI modell szerint hálózati szinten működik, és igen gazdag funkcionalitással rendelkezik, amely lehetővé teszi forgalomátviteli útvonalak kiépítését. Az ilyen funkcionalitás nagyobb eszközteljesítményt igényel, mivel az információs csomag elemzése az OSI modell 3. szintjének fejlécétől kezdve és magasabb szinten történik. Emiatt a késések meghosszabbodnak, mivel az útválasztókon való megvalósítás a legtöbb esetben szoftveres, az ár természetesen magasabb, és az ilyen funkciókra a hálózati mag szintjén van igény.
Ennek eredményeként a különböző szintű és funkcionalitású switchek váltak a legelterjedtebbekké az ipari Ethernet hálózatokban. A switch intelligensebb eszköz, mint egy hub, és gyorsabb, mint egy útválasztó, mert az OSI-modell szerint működik a kapcsolati rétegben. A forgalom egyértelműen megoszlik és közvetlenül a címzetthez kerül, ami kiküszöböli a hálózati berendezések szükségtelen terhelését, lehetővé téve, hogy más szegmensek ne dolgozzanak fel olyan adatokat, amelyeket nem nekik szántak. Ez az egyes továbbított adatkeretekben található küldő és cél MAC-címek elemzésével érhető el. Ez a váltás lehetővé teszi, hogy minimális késéseket érjen el a forgalomelosztásban az elfogadható árszint fenntartása mellett.
A kapcsoló a memóriájában egy táblázatot (CAM-table) tartalmaz, amely jelzi a host MAC címe és a switch fizikai portja közötti megfelelést, ami pontosan csökkenti a hálózat terhelését, hiszen a switch pontosan tudja, melyik porton. hogy továbbítsa az adatcsomagot. Érdemes azonban figyelembe venni, hogy a kapcsoló bekapcsolásakor vagy újraindításakor edzés üzemmódban működik, mivel a megfelelési táblázat üres. Ebben a módban a switchre érkező adatok az összes többi portra elküldésre kerülnek, a kapcsoló pedig elemzi és beírja a táblázatba a küldő MAC-címét. Idővel a forgalom lokalizálódik, mivel a switch összeállít egy teljes MAC-címleképezési táblázatot az összes porthoz.
Manapság az ipari hálózatok hálózati berendezéseinek számos gyártója kapcsolókat kínál eszközként a hálózati csomópontok közötti interakció biztosítására. A portfólió különböző funkcionalitású switcheket tartalmaz, általában vannak nem menedzselt, menedzselt és L3 szintű kapcsolók. És ha az L3 switcheket a routerek alternatívájaként használják a hálózati mag szintjén, és csak nagyon speciális problémák kapcsolódnak a választásukhoz, akkor a felügyelt és a nem menedzselt switch közötti választás a hálózati eszköz által elvégzendő feladatok helyes meghatározásán múlik. megoldani. Ezután megvizsgáljuk a felügyelt és a nem felügyelt kapcsolók közötti alapvető különbségeket.
Kezelt és nem felügyelt kapcsolók
A felügyelt és a nem menedzselt kapcsolók valójában két különböző eszköz, amelyek az OSI modell L2 szintjén működnek. A nem menedzselt kapcsolót úgy tervezték, hogy automatikusan egyenletesen ossza el a sebességet és az átvitt forgalmat a hálózat összes résztvevője között. Ez az optimális megoldás kis számú végkészülékkel rendelkező hálózatokhoz; az előnyök a következők:
- az Ethernet hálózat nagy áteresztőképességének biztosítása;
- rövid válaszidő;
- Könnyű kezelhetőség;
- további funkciók elérhetősége az adatfolyam-vezérléshez.
A felügyelt switch magasabb költséggel jár, nagy hálózatokhoz használatos, és képes teljes mértékben szabályozni az átvitt forgalmat, sebességet, és további felügyeleti képességekkel is rendelkezik. Valójában ez az optimális megoldás a hálózati szakaszokhoz, ahol további funkciókra van szükség a szegmentáláshoz, redundanciához, információbiztonsághoz stb. A nem felügyelt kapcsolókkal ellentétben a felügyelt kapcsolót számos további és kötelező beállítás megadásával kell konfigurálni.
A nem menedzselt kapcsolók olyan plug and play eszközök, amelyek nem igényelnek bonyolult konfigurációt vagy mélyreható ismereteket. Lehetővé teszik az Ethernet-hálózaton lévő berendezések közötti csere gyors megszervezését további beállítások nélkül. Ezek a kapcsolók lehetővé teszik, hogy az Ethernet-eszközök kommunikáljanak egymással (például PLC-k és HMI-k), kapcsolatot biztosítva a hálózattal és információt továbbítva a célállomásnak a küldőtől. Rögzített konfigurációval érkeznek, és nem teszik lehetővé a beállítások módosítását, így nincs szükség a képkockák rangsorolására vagy további konfigurálásra.
A nem menedzselt kapcsolók elsősorban perifériás eszközök hálózati spurkhoz vagy több komponensből álló kis, önálló hálózathoz való csatlakoztatására szolgálnak. Ipari környezetben speciális igényekre szabott kapcsolók használata szükséges.
Az ipari kapcsolókat különféle ipari alkalmazásokhoz fejlesztették ki, mint például az energiatermelés, az olaj és a gáz, a vasúti közlekedés és az infrastruktúra stb. Kifejezetten arra lettek tervezve, hogy széles hőmérséklet-, rezgés- és ütési tartományban működjenek, és hozzájáruljanak egy költséghatékony és megbízható biztonságos hálózat létrehozásához.
Advantech sorozatú kapcsolók
Ipari kapcsolók Advantech sorozat belépő szintű eszközök, és az eszközök interakciójának gyors megszervezésére szolgálnak Ethernet hálózat létrehozásával. Jelenleg sorozatban Több mint 25 készüléket tartalmaz, az alábbi táblázat a rendelési szám bontását mutatja.
Ebben az esetben a kapcsolók RJ-45 portokkal és optikai portokkal is felszerelhetők az egymódusú és többmódusú szálon keresztüli adatátvitelhez, a maximális sebesség elérheti az 1 Gbit/s-ot.
Soros kapcsolók funkcionalitása
A nem menedzselt kapcsolók funkcionalitása általában nem valami rendkívüli. Nézzük azonban, milyen funkciók érhetők el még az Advantech sorozatú kapcsolókon .
Az MDI/MDI-X csatlakozástípus automatikus felismerése
Ez a funkció lehetővé teszi, hogy bármilyen típusú Ethernet-eszközt csatlakoztasson a kapcsolókhoz anélkül, hogy aggódnia kellene a kábel típusa miatt: egyenes vagy keresztezett.
Általában egy „egyenes” kábelt használnak a hálózati adapter és az L2 hálózati berendezés (elosztó vagy kapcsoló) csatlakoztatására. Két azonos hálózati eszköz egymáshoz csatlakoztatásához vagy például egy hálózati adapter útválasztóhoz való csatlakoztatásához keresztkábel használata javasolt. Az MDI/MDI-X funkció megléte lehetővé teszi bármilyen típusú kábel használatát a kapcsolóval.
A hálózat típusának automatikus felismerése (Auto-Negotiation)
Ez a funkció az MDI/MDI-X után a Plug and Play funkcióhoz tartozik, és lehetővé teszi az Ethernet szabvány által biztosított hálózat típusának és átviteli sebességének automatikus meghatározását. A gyakorlatban ez különösen fontos, hiszen a meglévő hálózatban különböző sebességjellemzőkkel rendelkező berendezések használhatók, 10 Mbit/s-tól 1 Gbit/s-ig. Az automatikus egyeztetés jelentősen megkönnyíti a hálózati felhasználók életét. Az eszköz maga „tárgyalja” a sebességet a határ „Ethernet szomszédjával”.
Broadcast Storm Protection
A sugárzott viharvédelem szintén nagyon hasznos funkció a kapcsolók számára. A sugárzási vihart általában a helyi hálózat hurkjai vagy a hálózat egyik résztvevőjének helytelen viselkedése okozza. Ilyen esetekben a hálózat megtelik nagyszámú haszontalan kerettel, ami befolyásolja a sebességét.
A kapcsoló sugárzott viharvédelmi funkciója automatikusan kiszűri a közvetített kereteket. És amikor a sugárzott forgalom túllép egy bizonyos küszöböt, a hálózat továbbra is működőképes marad, mivel a kapcsoló automatikusan fenntartja a sávszélességet a normál keretek átviteléhez.
Viharvédelmi funkció sugárzása nem felügyelt kapcsolókon alapértelmezés szerint engedélyezve van. Az egyes modellek küszöbértékeivel kapcsolatos részletes információkat a gyártó hivatalos webhelyén kell tisztázni.
P-Fail relé
Kezdjük azzal a ténnyel, hogy a sorozat legtöbb modellje 12…48 V DC bemeneti feszültségtartományra tervezték. A bemenet duplikált, és a polaritás megfordítása, valamint a túláram ellen egy önvisszaállító biztosíték védi. A bemeneten feszültség-összehasonlító található, és ha mindkét bemenetre feszültséget kapcsolunk, a komparátor automatikusan kiválaszt egy magasabb értéket, és ezt a bemenetet teszi fő bemenetté. Ha az egyik bemenet feszültsége meghibásodik, vagy ha annak szintje 12 V alá csökken, a kapcsoló automatikusan átkapcsol a második csatornára, és lezárja a P-Fail relét. Ezzel a funkcióval figyelemmel kísérheti a kapcsolók táphálózatának állapotát, és azonnal jelezheti a rendellenes működést.
LED jelzés
Ez a funkció lehetővé teszi a kapcsoló állapotának szemrevételezéssel történő felmérését. A soros kapcsoló minden adatportja két LED-del rendelkezik az átviteli sebesség, a kapcsolat állapotának és az esetleges ütközés állapotának kijelzésére. Vannak olyan LED-ek is, amelyek megkettőzik a P-Fail reléket, amelyek egyidejűleg aktiválódnak, ha valamelyik tápáramkör megszakad.
PoE (Power-over-Ethernet)
A sorozat számos nem felügyelt kapcsolóján A Power-over-Ethernet funkció megvalósításra került. Lehetővé teszi a távoli eszközök tápellátását az IEEE 802.3af és IEEE 802.3at (PoE+) szabványok szerint, ahol az 5e vagy magasabb kategóriájú csavart érpárú átviteli vezetéket használják tápvezetékként. Javasoljuk, hogy ezeknél a kapcsolóknál 53...57 VDC névleges feszültséget használjon táphálózatként, hogy elkerülje a vezeték feszültségesését.
Beépített EMI és ESD védelem
Kapcsoló sorozat beépített szűrőrendszerrel rendelkezik az elektromágneses interferencia és a statikus feszültség elleni védelem érdekében. A tápvezetéken keresztül a kapcsoló akár 3000 V DC amplitúdójú rövid távú impulzuszaj esetén, valamint RJ-45 portokon 4000 V-ig terjedő elektrosztatikus kisülések esetén is működőképes.
Konstruktív
Abszolút az összes kapcsoló a sorozatban strapabíró fémházzal rendelkeznek, IP30 védelmi fokozattal. Szerkezetileg sorozat két változatban készülhet, ez vagy DIN-sínre szerelhető, vagy 19'-os rack-be szerelhető változat. A készlet minden szükséges rögzítést tartalmaz. A DIN-sínre szerelhető kapcsolók panelre is felszerelhetők; a konzolt mellékeljük.
Következtetés
Az ipari nem menedzselt kapcsolók olyan eszközök, amelyeket kifejezetten ipari környezetben való működésre alakítottak ki. Megbízható és gyors interakciót biztosítanak az Ethernet csomópontok között, és nem igényelnek további beállításokat és konfigurációt. Jelenleg a nem menedzselt kapcsoló egy egyszerű, olcsó hálózati eszköz, amely meglehetősen sok alapvető feladatot képes megoldani az Ethernet hálózaton keresztüli adatcsere megszervezésével kapcsolatban. Nincs szükség konfigurációra, csak ki kell venni a kapcsolót a dobozból, és csatlakoztatni kell az összes szükséges csatlakozót.
Advantech Unmanaged Switch Series , amely a leírt eszközosztályba tartozik, a fontos és szükséges funkciók széles skáláját támogatja, mint például az MDI/MDI-X kapcsolattípus automatikus felismerése, a hálózat típusának automatikus felismerése (Auto-Negotiation), broadcast viharvédelem, PoE, védelem elektromágneses interferencia és elektrosztatikus rangok ellen stb. Mindezek a funkciók együttesen lehetővé teszik a használatát a hálózati és végcsomópontok közötti interakció megszervezésének alapvető problémáinak megoldására.
Alkalmazási példa
Az Advantech egyik ügyfele az . Az adatkommunikációs képességek javítása és a kapcsolódó költségek csökkentése érdekében a CNPC az Advantech olajmező-felügyeleti és vezérlési megoldását választotta. Az adatok mobilhálózaton keresztül jutnak el a terepről a vezérlőközpontba. Routerek kapcsolókkal szerelték fel a szivattyúrekeszek melletti szekrényekben, hálózati csatlakozást biztosítva olyan helyszíni berendezésekhez, mint a kamerák, PLC-k, RTU-k és egyéb eszközök.
Irodalom
1.
2.
3.
A szerző a cég alkalmazottja
Forrás: will.com