Niezawodna sieć Ethernet – nawet pod ziemią

Krótko o sieci ethernet

Zacznijmy od tego, że można ją klasyfikować na kilka sposobów, a jednym z nich będzie podział na sieć przewodową oraz bezprzewodową.

Sieć przewodowa

To ta, która w sektorze górniczym jest najczęściej kojarzona z setkami kilometrów światłowodów ułożonych pod ziemią. Najczęściej spotykanymi urządzeniami są tu routery oraz popularne switche Ethernet. To one odpowiadają za łączenie i wymianę danych między różnymi urządzeniami czy segmentami sieci.

Sieć bezprzewodowa

Jak sama nazwa wskazuje, nie wymaga fizycznych połączeń, bowiem w celu transmisji danych wykorzystywane są fale radiowe. Budując sieci bezprzewodowe, najczęściej można spotkać się z terminem „punkt dostępowy”, czyli tzw. access point. Jego zadaniem jest przesyłanie danych między siecią przewodową a urządzeniami bezprzewodowymi.

Bez względu na podział cel jest jeden – zbieranie i analiza danych, dzięki którym możemy utrzymywać ciągłość pracy w kopalni oraz optymalizować zachodzące w niej procesy.

Wymagania stawiane urządzeniom sieciowym

W instalacjach przemysłowych zwracamy uwagę zarówno na fizyczną konstrukcją urządzeń, jak i na ich funkcjonalność. Urządzenia, które pracują w kopalniach, tak jak i ludzie, nie mają łatwo. Ze względu na wszechobecny pył, wilgoć czy wysoką temperaturę należy więc zadbać o dobór odpowiedniej aparatury.

Przy wyborze sprzętu sieciowego warto zwrócić uwagę na takie aspekty, jak:

• zakres temperatury pracy,
• odporność na wibracje oraz uszkodzenia mechaniczne,
• niezawodność działania,
• pyłoszczelność,
• konstrukcja bezwentylatorowa.

Normą stało się stosowanie urządzeń zarządzalnych, które w kontekście funkcjonalności oferują dużo więcej możliwości. Poprzez konfigurację odpowiednich parametrów jesteśmy w stanie m.in. podnieść poziom bezpieczeństwa oraz niezawodności sieci. Przykładem takich funkcji może być np. zdolność urządzeń do pracy w topologiach redundantnych, uwierzytelnianie użytkowników, filtracja podłączonych urządzeń po adresach MAC, monitorowanie stanu pracy urządzeń czy alarmowanie o występujących zdarzeniach w sieci poprzez odpowiednio zdefiniowane działania.

Warto dodać, że bez względu na powyższy podział należy także mieć na uwadze dostępność samych urządzeń i ugruntowaną pozycję producenta. Przemysł górniczy jest trudnym sektorem, który obliguje nas do stosowania sprawdzonych rozwiązań. To właśnie dlatego poza wymienionymi wymaganiami stosowane rozwiązania często muszą przejść przez odpowiedni proces certyfikacji, dopuszczający je do użycia.

Historia pewnego wdrożenia

Jak zatem podejść w praktyce do urządzeń sieciowych w dołowych sieciach Ethernet? To samo pytanie zadał nam jeden z użytkowników, który taką inwestycję planował.

Cel

Było nim zbudowanie kompleksowej i niezawodnej infrastruktury sieciowej, opartej na połączeniach światłowodowych i dającej możliwość wymiany danych z urządzeniami bezprzewodowymi.

Wymagania

Wiązały się głównie z monitorowaniem sieci, zarządzaniem oraz bezpieczeństwem. Użytkownik chciał być informowany o wszelkich zdarzeniach występujących w sieci, takich jak m.in. potencjalne awarie połączeń, nieudane próby logowania do sprzętu, liczba podpiętych urządzeń bezprzewodowych w danym punkcie dostępowym oraz zmiana ich położenia w czasie. Oczywiście to tylko część wymagań.

Proces

Zaczęliśmy od dialogu technicznego. Wysłuchaliśmy uwag i sugestii, w oparciu o które przygotowaliśmy wstępną koncepcję. Po zaprezentowaniu rozwiązania przystąpiliśmy do kompletacji aparatury, która w późniejszym etapie została wykorzystana na potrzeby budowy PoC oraz testów. Pozytywny rezultat pozwolił nam na implementację przyjętej opcji z sukcesem.

Rozwiązania

W omawianym wdrożeniu wykorzystaliśmy urządzenia przemysłowe firmy MOXA.

Switche zarządzalne z serii EDS-500E posłużyły za punkty łączące różne segmenty sieci, a zastosowana topologia pierścienia pozwoliła zwiększyć poziom bezpieczeństwa pracującego systemu. W przypadku potencjalnej awarii połączenia pomiędzy punktami, ścieżka komunikacji rekonfiguruje się na poziomie kilku milisekund.

Oprócz przełączników pojawiły się także punkty dostępowe z serii AWK, które są zasilane technologią PoE wspieraną przez zastosowany switch. Jedną z zalet takiego rozwiązania jest możliwość zasilania punktu dostępowego bezpośrednio za pomocą popularnej skrętki. Drugą natomiast – monitorowanie pracy i dostępności urządzenia końcowego. Switch sukcesywnie co kilka sekund sprawdza, czy urządzenie końcowe jest osiągalne. Gdyby okazało się, że punkt dostępowy stał się nieaktywny, wtedy dojdzie automatycznie do restartu portu, który pozwoli na nowo „ożywić” access point.

Switch, jak i Access Point z odpowiednio wyprowadzonymi antenami wraz z pozostałą aparaturą umieszczono w jednej szafce. Ze względu na specyfikę całość rozwiązania została dopuszczona do wdrożenia dopiero po uzyskaniu odpowiedniej certyfikacji.

Nadzór

Dopełnieniem rozwiązania było wdrożenie narzędzia do monitorowania i zarządzania powstałą infrastrukturą. Postawiliśmy na pakiet Moxa MXview wraz z dodatkiem Wireless. Rozwiązanie to pozwoliło zwizualizować całą wdrożoną sieć Ethernet, dzięki czemu dział utrzymania ruchu jest teraz w stanie w bardzo łatwy i przystępny sposób nadzorować pracę systemu. Wspomniane narzędzie zostało także zintegrowane z istniejącym już systemem SCADA.

Przedstawiony materiał dotyczy jedynie wycinka wdrożonego systemu. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, skontaktuj się z nami: moxa@elmark.com.pl.

Elmark Automatyka
tel. 22 773 79 37
ul. Bukowińska 22 lok. 1B 02-703 Warszawa
elmark@elmark.com.pl
www.elmark.com.pl