Switche w przemyśle

Proces produkcyjny może być obsługiwany przez różnego typu maszyny i systemy. Dążenie do jak największej wydajności powoduje potrzebę stosowania coraz bardziej inteligentnych urządzeń, które przekazują dane w coraz krótszym czasie i z coraz większą dokładnością. Nowoczesny sprzęt wykonawczy albo służący do identyfikacji oprócz samych sygnałów binarnych jest obecnie w stanie wysyłać dodatkowe informacje, np. w postaci diagnostyki. Dzięki temu jego funkcjonalność zostaje rozszerzona, konsekwencją czego staje się potrzeba przekazania otrzymanych danych do kolejnych urządzeń potrafiących przetworzyć te informacje – np. sterowników PLC czy komputerów przemysłowych. Komunikacja w sieciach przemysłowych opiera się dziś o warstwę ethernetową. Przykładami związanych z nią protokołów są np. Profinet, Ethernet/IP czy Modbus TCP. Wykorzystanie ich umożliwia sterowanie rozbudowanymi systemami produkcyjnymi, w których liczne urządzenia komunikują się ze sterownikiem. Jakie narzędzia pozwalają zatem na połączenie dużej liczby komponentów, tak aby każdy z nich mógł przekazywać informacje do PLC?

Czym jest Switch

Odpowiedzią pozwalającą rozwiązać problem jest switch, czyli inaczej przełącznik sieciowy. Jego zadanie polega na przekazywaniu ramek pomiędzy segmentami sieci z jednoczesnym doborem portu przełącznika, na który są one przekazywane. Przekazywanie informacji na konkretny port eliminuje kolizje, skraca czas przekazania danych oraz nie powoduje nadmiernego obciążenia sieci. Switch jest zatem urządzeniem niezbędnym do tworzenia rozbudowanych systemów sieciowych, których wykorzystanie jest konieczne w celu podnoszenia stopnia automatyzacji i optymalizacji procesów. Jak wyglądają kryteria doboru odpowiedniego urządzenia?

W szafie czy poza nią?

Patrząc na obecnie stosowane oraz budowane maszyny czy systemy, można zauważyć różnorodność wykorzystywanych koncepcji. Cały czas spotykane są aplikacje, w których wszystkie możliwe sygnały doprowadza się bezpośrednio do szafy. Coraz częściej jednak pojawiają się maszyny, w których zbieranie sygnałów realizowane jest wyspowo do koncentratorów, przesyłających za pomocą protokołu sieciowego informacje do sterownika. W większości przypadków optymalnym rozwiązaniem okazuje się mieszanie tych dwóch koncepcji, czyli doprowadzanie sygnałów będących w pobliżu szafy sterowniczej bezpośrednio do niej, natomiast z oddalonych wysp przesyłanie informacji za pomocą sieci. Jednym z kryteriów doboru będzie więc klasa szczelności urządzeń, czyli możliwość stosowania ich w szafie sterowniczej lub poza nią.

 

Fot. 1. Przykładowe switche z oferty firmy Turck

Switche w IP20 z możliwością montażu na szynie w szafie sterowniczej mają kompaktowe obudowy i idealnie wpisują się w projekt mechaniki szafy. Dokładna ilość miejsca, które zajmie urządzenie, zależna jest oczywiście od konkretnego modelu. Wersje różnią się między sobą np. liczbą dostępnych portów czy samą funkcjonalnością. Rozwiązania przeznaczone do szaf charakteryzują znane wszystkim nawet z codziennego życia złącza, w postaci RJ45. Przewody wtykane są zatem w szybki sposób i bezpiecznie trzymają się w swoich gniazdach w switchu.

Ważnym punktem jest również odporność temperaturowa, która w przypadku urządzeń o niższym IP charakteryzuje się stosunkowo wąskim przedziałem. Produkty firmy Turck mogą jednak pochwalić się szerokim zakresem temperaturowym. Switche w IP20 pracują w zakresie –40 do +60oC, natomiast temperatura składowania to przedział –40 do +85oC. Te wartości pozwalają im na działanie nawet w niesprzyjających warunkach otoczenia.

Co jednak dzieje się, gdy nie ma możliwości budowy kolejnej szafki, a miejsce w którym musimy umieścić switch, jest oddalone od głównej szafy?

Urządzenia w IP67 mogą zostać zamontowane poza szafą sterowniczą. Charakteryzują je w większości złącza M12, gwarantujące szczelność i wygodę przy montażu. Kompaktowe obudowy, w których zamknięte są switche, pozwalają na uplasowanie ich w dogodnym miejscu bezpośrednio na maszynie. Podobnie jak w przypadku urządzeń o niższym IP, także tutaj możliwa jest konfiguracja z różną liczbą portów. Temperatura pracy zawiera się w przedziale od –40 do +70oC, natomiast temperatura składowania to –40 do +85oC. Ze względu na możliwość montażu na zewnątrz, obudowy często odporne są na promieniowanie UV, co pozwala im przez lata niezawodnie realizować swoje zadania o każdej porze roku i praktycznie w każdych warunkach, niezależnie od tego, czy pada śnieg, czy praży słońce.

Jak zatem widać, klasa ochrony ma znaczenie przy wyborze urządzenia, ale czy to wszystko?

Niezarządzalny czy zarządzalny

Biorąc pod uwagę możliwości obsługi, urządzenia dzielimy na dwa typy: niezarządzalne i zarządzalne.

Te pierwsze mogą być traktowane jako „podpięte i działające (plug & play)” – nie można na nich ustawić żadnych dodatkowych parametrów. Przykład takiego switcha to SE20-84XT-RJ422-FO, wyposażony w cztery porty RJ45 oraz jeden światłowodowy. Switche z tej grupy mają przyłącze zasilania na zdejmowanych zaciskach śrubowych oraz są przystosowane do montażu na szynie, co w połączeniu z kompaktową obudową pozwala na szybką, pewną i wygodną instalację oraz podłączenie.

 

Fot. 2. TBEN-Lx-SE-M2

Sprzęt drugiego typu – zarządzalny – działa wg tej samej zasady co niezarządzalny, ale jest konfigurowalny, czyli zapewnia możliwość dostosowania do indywidualnych potrzeb infrastruktury sieci. Dodatkowe ustawienia znajdują zastosowanie np. w przypadku tworzenia połączeń redundantnych między urządzeniami, co pozwala na minimalizację skutków awarii.

Przykładem zarządzalnego switcha jest TBEN-Lx-SE-M2, w obudowie w klasie ochrony IP67, który oprócz standardowych ośmiu złączy 100 Mbps, ma dodatkowo dwa złącza 1 Gbps do transmisji większej ilości danych, przydające się np. do obsługi systemów wizyjnych. Urządzenie oferuje takie funkcje, jak m.in. monitorowanie obciążenia sieci, diagnostykę połączenia, nadawanie adresów IP na portach, redundancję RSTP i wiele innych. Wspomniany model idealnie wpisuje się w aplikacje z użyciem manipulatorów przemysłowych, przy których występuje proces wymiany narzędzi. Dzięki „Fast-Start-Up” wynoszącemu mniej niż 150 ms proces przezbrojenia odbywa się w bardzo sprawnym tempie. Dodatkowym atutem switcha przy zastosowaniu go w aplikacji z robotem jest waga, która wynosi ok. 600 g. Kolejnym przykładem użycia mogą być maszyny rolnicze – w takich aplikacjach dużą rolę odgrywają porty 1 Gbps oraz odporność na promieniowanie UV i wibracje. TBEN-Lx-SE-M2 sprawdza się doskonale w każdych warunkach, zapewniając komunikację między urządzeniami praktycznie w każdej aplikacji.

Czy jednak zawsze potrzebny jest osobny switch?

Wbudowane Switche

Istnieją urządzenia sieciowe, w które już fabrycznie wbudowano switche. Takie podejście minimalizuje liczbę potrzebnych urządzeń, redukuje koszty, upraszcza i przyspiesza budowę. Idealnym przykładem mogą być serie TBEN czy FEN20 – są to wyspy sygnałowe pozwalające na przekazywanie stanu pojedynczych urządzeń podłączonych bezpośrednio do nich. Wyspy wyposażono w dwa porty Ethernet, dzięki czemu da się je łączyć nie tylko wzajemnie ze sobą, ale także z innymi typami urządzeń korzystających z warstwy Ethernet i odpowiedniego protokołu komunikacyjnego. W większości przypadków to wbudowany switch wykorzystywany jest do tworzenia wymaganej topologii sieci. Jeżeli natomiast niezbędne są dodatkowe parametry, należy zastanowić się nad zastosowaniem dodatkowego zarządzalnego switcha.

Jakie zatem nasuwają się wnioski?

Podsumowanie

W obecnej sytuacji, w której coraz więcej urządzeń stosowanych w obiekcie wyposaża się we własną logikę i potrafią one wymieniać dane oraz są w stanie przekazać coś więcej niż tylko sygnał dwustanowy, bardzo ważne staje się zapewnienie im niezawodnego połączenia między sobą. Switche doskonale spełniają swoją funkcję, nie wymagając jednocześnie od użytkowników zaawansowanych umiejętności. Standardowe urządzenia są praktycznie „przezroczyste”, natomiast jeżeli potrzeba czegoś więcej, zawsze istnieje możliwość sięgnięcia po sprzęt zarządzalny. Każda aplikacja wymaga indywidualnego podejścia, które pozwoli dobrać najbardziej optymalne i dopasowane rozwiązanie.

Wybór i możliwości, jakie dają urządzenia firmy Turck, pozostają szerokie, warto zatem przeanalizować połączenia sieciowe w aplikacjach, uwzględniając ofertę tego producenta.

Thomas Spranzel
Product Specialist RFID & Fieldbus

Turck
www.turck.pl