Modułowe switche gigabitowe

Poniedziałek, 26 marca 2012 | Technika

Można śmiało stwierdzić, że w świecie automatyki króluje obecnie Ethernet. Duża liczba urządzeń z łączem ethernetowym w połączeniu z wymaganiami nieprzerwanej transmisji danych stwarza jednak konieczność tworzenia wysoko wydajnej infrastruktury sieciowej. Oprócz wydajności i pewności transmisji, ważne jest też konsekwentne obniżanie poboru energii przez systemy produkcyjne z urządzeniami automatyki włącznie.

Rys. 1. Wysokowydajne połączenie sieci automatyki z sieciami informatycznymi

Wydajność sieci wyznaczają w szczególności switche tworzące sieć szkieletową. Zbiega się w nich transfer danych pomiędzy wszystkimi maszynami i stacjami roboczymi. Jednocześnie przełączniki łączą sieć automatyki z obszarem IT zakładu przemysłowego.

Dzięki nowym, modułowym switchom gigabitowym (Gigabit Modular Switch) firmy Phoenix Contact dostępna jest po raz pierwszy wysoko wydajna technologia w urządzeniach przemysłowych instalowanych na szynie DIN. Prędkość transferu danych, która w przypadku tych przełączników wynosi ponad 20 milionów pakietów na sekundę, jest trzy razy wyższa niż wcześniejszych urządzeń ethernetowych dotychczas stosowanych w szafach sterowniczych.

Umożliwia to wdrożenie sieci o wysokiej klasie wydajności w obszarze przemysłowym, a szeroki zakres temperatur od -20 do +55°C pozwala na dużą swobodę przy projektowaniu jej topologii.

BOGATY WYBÓR STANDARDÓW ZŁĄCZY

Rys. 2. Bogaty wybór złączy do stosowania w rejonie eksploatacji

Modułowa konstrukcja gigabitowego switcha zapewnia możliwość stosowania różnych standardów połączeń przemysłowych. Jednostki bazowe mają 4 lub 12 portów gigabitowych. Dzięki temu możliwe jest korzystanie z urządzenia zarówno w sieciach szkieletowych automatyki, jak i do łączenia z wyższym poziomem sieci firmowej IT.

Opcjonalnie połączenie skonfigurowane może być w sposób redundantny. Wykorzystując cztery światłowodowe moduły wtykowe SFP (Small Form-Factor Pluggable), stosować można wszystkie powszechnie wykorzystywane dla łączy gigabitowych standardy światłowodowe, takie jak 1000 Base-SX, 1000 Base-LX lub tzw. long-haul.

Przy długości fali 850 nm standard 1000 Base-SX wykorzystuje włókna wielomodowe, które pozwalają na osiąganie odległości transmisji do 550 m. Standard 1000Base-LX charakteryzuje się długością fali 1300 nm i wykorzystuje włókna jednomodowe. W rezultacie długość segmentu może być zwiększona do 20 km w zależności od poszczególnych komponentów.

Stosowane w środowisku IT switche rdzeniowe i switche warstwy dystrybucyjnej z wyższego poziomu mogą być na ogół sprzężone redundantnie za pośrednictwem dwóch gigabitowych łączy światłowodowych (patrz rys. 1). Urządzenia automatyki na niższym poziomie mogą być integrowane z siecią automatyki za pośrednictwem standardu Gigabit Ethernet lub Fast Ethernet.

Zapinane do switcha dodatkowe moduły interfejsów sprzęgają światłowody wielo- i jednodomowe w standardzie 100 Base-FX za pośrednictwem różnych złączy (patrz rys. 2). Ponadto moduły te umożliwiają korzystanie z kabli światłowodowych, które mogą być konfekcjonowanie, przez służby utrzymania ruchu.

Oznacza to, że użytkownicy mogą elastycznie montować kable i w prosty sposób wymieniać je, gdy wystąpi awaria. Nowe kable światłowodowe GI-HCS (New Gradient Index Hard-Clad Silica) pozwalają na transmisję na odległość ponad 2 km! Moduły umożliwiają również wykorzystanie standardu PoE (Power over Ethernet) do zasilania urządzeń.

Wysoko wydajny modułowy switch gigabitowy

Nowy modułowy switch gigabitowy FL Switch GHS 12G/8 z Phoenix Contact umożliwia po raz pierwszy jednoczesną obsługę dwunastu portów gigabitowych w urządzeniu instalowanym na szynie montażowej. Dlatego szczególnie nadaje się do tworzenia szkieletowych sieci automatyki i podłączania do wyższego poziomu sieci IT.

Ponadto switch obsługuje wszystkie prędkości transmisji danych Gigabit i Fast Ethernet, protokoły IT, jak również stosowane w automatyce protokoły Profinet i EtherNet/IP. Przy użyciu profilu Profienergy maszyny mogą pracować w sposób energooszczędny.

Modułowa koncepcja obejmuje stację bazową z czterema lub dwunastoma portami gigabitowymi, które użytkownik może elastycznie rozbudowywać za pomocą dołączanych modułów Fast Ethernet i jednej stacji rozszerzającej. Kable światłowodowe wykonane z włókien GI HCS, które można konfekcjonować na obiekcie, mogą rozciągać się na odległość do 2000 m.

Ważne parametry - takie jak przykładowo adres IP - można ustawiać na wyświetlaczu, który można również wykorzystywać do bezpośredniego odczytu czy ustawiania trybu pracy urządzenia. Dwie wersje switcha FL Switch GHS 12G/8 i 4G/8 pozwalają również na bezpieczny dostęp do sieci według standardu IEEE 802.1X, stosowanie interfejsu wiersza poleceń (CLI), a także zintegrowanego monitoringu stanu szaf sterowniczych za pośrednictwem wejść cyfrowych.

SPEŁNIANIE WYMAGAŃ SIECI PRZEMYSŁOWYCH I SIECI IT

Rys. 3. Użytkownicy w prosty sposób mogą konfigurować switch gigabitowy przez zintegrowany wyświetlacz

Przełączniki ethernetowe stosowane są m.in. do łączenią sieci automatyki z sieciami ogólnozakładowymi. W rezultacie muszą być spełnione wymagania użytkowników z obu obszarów pod względem konfiguracji i obsługi. Aby móc włączać do sieci zakładowej maszyny i systemy wykorzystujące Ethernet, wysoko wydajne switche muszą obsługiwać zatem wszystkie wymagane standardy IT, jeżeli chodzi o bezpieczeństwo danych, redundancję, a także ciągłe i zintegrowane zarządzanie siecią.

Modułowy gigabitowy switch efektywnie zapewnia dostęp do sieci za pośrednictwem standardu IEEE 802.1X (standard kontroli dostępu do sieci przewodowych i bezprzewodowych), którym można centralnie zarządzać z serwera uwierzytelnienia.

Dostęp do konfiguracji uzyskujemy przez przeglądarkę wykorzystującą protokół HTTPS i Secure Shell (SSH) jako dostęp zdalny oraz SNMPv3 do centralnego zarządzania siecią. Omawiane urządzenie można konfigurować i diagnozować jego pracę przy użyciu zintegrowanych narzędzi inżynierskich, co dotyczy również obszaru automatyki. Switch może działać jako urządzenie Profinet.

Oznacza to, że służby utrzymania ruchu mogą konfigurować i diagnozować jego pracę tak samo, jak innych urządzeń przy użyciu dostępnych narzędzi. Do uruchamiania i serwisowania służy wbudowany w switchu wyświetlacz.

W konsekwencji kluczowe ustawienia, jak np. adres IP, można natychmiast bezpośrednio sprawdzić (patrz rys. 3). Podczas uruchomienia użytkownik może również w prosty sposób aktywować z wyświetlacza tryb pracy switcha i wszystkie niezbędne ustawienia dla magistrali automatyki (Profinet lub Ethernet/IP).

INFORMACJE DIAGNOSTYCZNE DOSTĘPNE W STEROWNIKU

Rys. 4. Sterownik łączy w sobie różne informacje diagnostyczne

Diagnostyka sieci odgrywa istotną rolę w zapewnianiu jej niezawodnego działania. Modułowy switch gigabitowy oferuje również funkcje monitorujące w trybie Profinet. Umożliwia to diagnozowanie sieci za pośrednictwem sterownika PLC. Urządzenie sygnalizuje błąd, cyklicznie przesyłając stan wejść/wyjść, tak samo jak moduły wejść/wyjść dla sieci Profinet, a także niecyklicznie za pośrednictwem alarmów.

Na przykład wysyłany jest alarm do sterownika PLC, jeśli w protokole MRP (Media Redundancy Protocol) uszkodzeniu ulega jedno z łączy ethernetowych. Informacje dostępne są bezpośrednio w sterowniku PLC i mogą być dalej przetwarzane. Jeśli sterownik ma serwer webowy, alarm może być wyświetlony na dowolnym komputerze za pośrednictwem przeglądarki internetowej.

KONFIGUROWANIE STANÓW ENERGOOSZCZĘDNYCH

Rys. 5. Modułowy switch gigabitowy może mieć do 28 portów

Modułowy switch gigabitowy za pośrednictwem standardu Profienergy wspiera zarządzanie zużyciem energii w maszynach i instalacjach automatyki. W tym celu można konfigurować różne stany instalacji, również te energooszczędne. Poza własnymi zasobami sprzętowymi i portami ethernetowymi, switch może również włączać do zarządzania energią urządzenia podłączone za pośrednictwem PoE (Power over Ethernet) według standardu IEEE 802.3af.

W tym przypadku switch działa jako Profienergy Proxy dla zasilanych urządzeń, takich jak kamery, punkty dostępu sieci bezprzewodowych czy pulpity sterownicze. Dzięki temu standardowi komponenty PoE są włączane lub odłączane i umożliwiają np. redukcję zużycia energii w okresach, gdy urządzenia nie pracują.

Stany energooszczędne przełącznika można konfigurować za pośrednictwem przeglądarki internetowej, interfejsu wiersza poleceń (Command Line Interface - CLI) lub protokołu SNMP (Simple Network Management Protocol). Selektywna konfiguracja gwarantuje, że wszystkie porty używane do komunikacji Profinet pozostają aktywne i sieć jest zawsze dostępna dla zarządzania energią.

Uwe Nolte
Andrzej Górczak
Phoenix Contact
www.phoenixcontact.pl/automatyka