Al construir redes Ethernet, se utilizan varias clases de equipos de conmutación. Por separado, vale la pena resaltar los conmutadores no administrados, dispositivos simples que organizan el trabajo de una red Ethernet pequeña de manera rápida y eficiente. Este artículo proporciona una descripción detallada de los interruptores industriales no administrados de nivel básico de la serie EKI-2000.
Introduccion
Ethernet ha sido durante mucho tiempo una parte integral de cualquier red industrial. Este estándar, que proviene de la industria de TI, nos permitió pasar a un nivel completamente nuevo de redes. La velocidad ha aumentado, la fiabilidad ha aumentado y ha aparecido la posibilidad de una gestión centralizada de la infraestructura de red. Los creadores de los protocolos de transferencia de datos no tardaron en llegar. Casi todos los principales protocolos industriales, como Modbus TCP, EtherNet / IP, IEC 60870-5-104, PROFINET, DNP3, etc., utilizan el modelo OSI idéntico o aproximado como base. Los datos de la carga útil se colocan en un marco y se transmiten a través de una red Ethernet. Casi todos los controladores modernos, sensores inteligentes o paneles de operador están equipados con una interfaz Ethernet para conectarse a la red del mismo nombre. Esto significa que, en teoría, para una red industrial, puede usar dispositivos Ethernet estándar que se pueden encontrar en una red corporativa, de oficina e incluso doméstica. Sin embargo, en la práctica, se ha formado una gran clase de dispositivos diseñados para funcionar específicamente con redes Ethernet industriales. Incluye dispositivos de red que están adaptados para trabajar específicamente en un entorno industrial, asegurando confiabilidad, niveles mínimos de latencia y también cumpliendo con varios estándares industriales que tiene una industria en particular. Al mismo tiempo, la unidad principal de "combate", como regla, es un conmutador Ethernet industrial. Esto se debe al hecho de que el conmutador es un dispositivo que permite una interacción confiable y, lo más importante, rápida entre componentes y nodos de una red industrial.
El conmutador es la solución óptima para una red industrial.
El interruptor industrial, o interruptor (interruptor) es el dispositivo principal que se utiliza para construir una red industrial. ¿Por qué cambiar? Después de todo, hay otros dispositivos de red, como un concentrador (concentrador, concentrador) o un enrutador (enrutador, enrutador). Todo está conectado con velocidad y funcionalidad. El dispositivo más rápido de la lista es un hub, hace algún tiempo este tipo de dispositivo era muy popular debido a su bajo precio. De hecho, un concentrador es un repetidor multipuerto, funciona a nivel físico de acuerdo con el modelo de red OSI y transmite los datos recibidos a todos los puertos conectados.
Por un lado, dicho esquema permite retrasos mínimos de la red, pero por otro lado, la carga de la red aumenta, ya que la transmisión con dicha implementación resulta ser transmitida. Esto a menudo condujo a una fuerte caída en el rendimiento de la red. El enrutador, a su vez, es un dispositivo que opera a nivel de red de acuerdo con el modelo OSI y tiene una funcionalidad muy rica que permite la construcción de rutas de transmisión de tráfico. Dicha funcionalidad requiere un mayor rendimiento del dispositivo, como el análisis del paquete de información, comenzando desde el encabezado del tercer nivel del modelo OSI y superior. Como resultado, los retrasos se vuelven mayores, ya que la implementación en los enrutadores suele ser software, el precio es naturalmente más alto y se demanda una funcionalidad similar en el nivel central de la red.
Como resultado, los conmutadores son los más utilizados en las redes Ethernet industriales y, al mismo tiempo, tienen diferentes niveles y funcionalidades. El conmutador es un dispositivo más inteligente que un concentrador y más rápido que un enrutador, ya que funciona en la capa de enlace de datos según el modelo OSI. El tráfico se distribuye claramente y se envía inmediatamente al destinatario, lo que elimina la carga innecesaria en el equipo de la red, permitiendo que otros segmentos no procesen datos que no están destinados a ellos. Esto se logra mediante el análisis de las direcciones MAC de los remitentes y destinos que están contenidos en cada marco de datos transmitido. Tal cambio le permite lograr retrasos mínimos en la distribución del tráfico, mientras mantiene un nivel de precio aceptable.
En su memoria, el conmutador contiene una tabla (tabla CAM), donde se indica la correspondencia de la dirección MAC del nodo y el puerto físico del conmutador, lo que simplemente reduce la carga en la red, ya que el conmutador sabe exactamente a qué puerto reenviar el paquete de datos. Sin embargo, vale la pena considerar que cuando el interruptor se enciende o reinicia, funciona en modo de entrenamiento, ya que la tabla de correspondencia está vacía. En este modo, los datos que llegan al conmutador se envían a todos los demás puertos, y el conmutador analiza e ingresa la dirección MAC del remitente en la tabla. Con el tiempo, el tráfico se localiza, ya que el conmutador compila una tabla completa de mapeo de direcciones MAC para todos los puertos.
Ahora, muchos fabricantes de equipos de red para redes industriales ofrecen conmutadores con precisión como dispositivos para garantizar la interacción entre los nodos de la red. La cartera tiene conmutadores de varias funciones, por lo general, distinguen los conmutadores no administrados, administrados y L3. Y si los conmutadores L3 se usan como una alternativa a los enrutadores en el nivel central de la red y solo se asocian problemas altamente especializados con su elección, entonces la elección entre un conmutador administrado y un no administrado se reduce a la definición correcta de las tareas que un dispositivo de red debe resolver. A continuación, considere las diferencias básicas entre conmutadores administrados y no administrados.
Switches administrados y no administrados
Los conmutadores administrados y no administrados son en realidad dos dispositivos diferentes que operan en el nivel L2 del modelo OSI. El conmutador no administrado está diseñado para una distribución automática uniforme de la velocidad y el tráfico transmitido entre todos los participantes de la red. Esta es la solución óptima para redes con una pequeña cantidad de dispositivos terminales, las ventajas incluyen:
- red Ethernet de alto ancho de banda;
- corto tiempo de respuesta;
- facilidad de manejo;
- La presencia de funcionalidades adicionales para gestionar el flujo de datos.
Un conmutador administrado tiene un costo más alto, se usa para redes grandes y tiene la capacidad de controlar completamente el tráfico, la velocidad transmitidos y también tiene capacidades de administración adicionales. De hecho, esta es la solución óptima para secciones de red donde se necesita funcionalidad adicional para la segmentación, redundancia, protección de la información, etc. A diferencia de un conmutador no administrado, uno administrado debe configurarse especificando una serie de configuraciones adicionales y requeridas.
Los conmutadores no administrados son dispositivos Plug and Play que no requieren una configuración compleja y un conocimiento profundo. Le permiten organizar rápidamente el intercambio entre equipos en una red Ethernet sin configuraciones adicionales. Estos conmutadores permiten que los dispositivos Ethernet se comuniquen entre sí (por ejemplo, PLC y HMI), proporcionando una conexión a la red y transmitiendo información al remitente desde el remitente. Vienen con una configuración fija y no permiten ningún cambio en la configuración, por lo que no es necesario priorizar marcos y realizar configuraciones adicionales.
Los conmutadores no administrados se utilizan principalmente para conectar dispositivos periféricos a sucursales de red o en una pequeña red autónoma con varios componentes. En entornos industriales, debe usar interruptores que se adapten a sus necesidades específicas.
Los interruptores industriales están diseñados para diversas aplicaciones industriales, como energía eléctrica, petróleo y gas, transporte e infraestructura ferroviaria, etc. Están especialmente diseñados para funcionar en un rango de temperatura extendido, en condiciones de vibración y choque, y contribuyen a la creación de una red segura rentable y confiable.
Los conmutadores industriales de la serie Advantech
EKI-2000 son dispositivos de nivel de entrada diseñados para interconectar rápidamente dispositivos mediante la creación de una red Ethernet. Actualmente, la serie
EKI-2000 incluye más de 25 dispositivos, la tabla a continuación muestra el descifrado del número de pedido.
Al mismo tiempo, los conmutadores pueden equiparse con puertos tipo RJ-45 y puertos ópticos para la transmisión de datos a través de fibra óptica monomodo y multimodo, mientras que la velocidad máxima puede alcanzar 1 Gb / s.
La funcionalidad de los conmutadores no administrados, por regla general, no es algo extraordinario. Sin embargo, veamos qué funciones todavía están en servicio con los
conmutadores de la serie Advantech
EKI-2000 .
Detección automática de tipo de conexión MDI / MDI-X
Esta función le permite conectar cualquier tipo de dispositivo Ethernet a los conmutadores sin pensar en el tipo de cable: directo o cruzado.
Por lo general, se utiliza un cable "directo" para conectar el adaptador de red al equipo de red de nivel L2 (un concentrador o conmutador). Para conectar dos dispositivos de red idénticos entre sí o, por ejemplo, un adaptador de red con un enrutador, se prescribe el uso de un cable cruzado. La presencia de la función MDI / MDI-X le permite usar cualquier tipo de cable con el interruptor.
Detección automática del tipo de red (negociación automática)
Esta función, siguiendo MDI / MDI-X, se refiere a Plug and Play y le permite determinar automáticamente el tipo de red y la velocidad de transmisión proporcionada por el estándar Ethernet. En la práctica, esto es especialmente importante, ya que los equipos con diversas características de velocidad, desde 10 Mbit / s hasta 1 Gbit / s, pueden usarse en una red existente. La negociación automática puede simplificar significativamente la vida de los usuarios de la red. El dispositivo mismo "está de acuerdo" en velocidad con el límite "vecino de Ethernet".
Protección contra tormentas de difusión
La protección contra tormentas de transmisión también es una característica muy útil para los conmutadores. Una tormenta de difusión generalmente es causada por "bucles" en la red local o por el comportamiento incorrecto de uno de los participantes de la red. En tales casos, la red se llenará con una gran cantidad de tramas inútiles, lo que afectará su velocidad.
La función de protección contra tormentas de transmisión en el interruptor filtra automáticamente los cuadros de transmisión. Y cuando el tráfico de transmisión excede un cierto umbral, la red sigue siendo operativa, ya que el conmutador reserva automáticamente el ancho de banda para la transmisión de tramas convencionales.
La protección contra tormentas de difusión en conmutadores
EKI-2000 no administrados está habilitada de manera predeterminada. La información detallada sobre los valores umbral para cada modelo debe especificarse en el sitio web oficial del fabricante.
Relé de falla P
Para empezar, la mayoría de los modelos de la serie
EKI-2000 están diseñados para un rango de voltaje de entrada de 12 ... 48 V CC. La entrada está duplicada y tiene protección contra polaridad inversa, así como contra sobrecorriente mediante un fusible reiniciable. Hay un comparador de voltaje en la entrada, y cuando se aplica voltaje a ambas entradas, el comparador selecciona automáticamente un valor más alto y hace que esta entrada sea la principal. Si el voltaje en una de las entradas desaparece o cuando su nivel cae por debajo de 12 V, el interruptor cambia automáticamente al segundo canal y cierra el relé P-Fail. Esta función le permite monitorear el estado de la red de suministro de energía de los interruptores y señalar rápidamente una operación anormal.
Indicación LED
Esta función le permite proporcionar una evaluación del estado del interruptor durante su inspección visual. Cada puerto de datos del conmutador de la serie
EKI-2000 tiene dos LED para mostrar la velocidad de transmisión, el estado de la conexión y el posible estado de colisión. También hay LED que duplican los relés P-Fail, que funcionan simultáneamente cuando se interrumpe uno de los circuitos de alimentación.
PoE (Power-over-Ethernet)
Los conmutadores no administrados de la serie
EKI-2000 cuentan con alimentación a través de Ethernet. Le permite suministrar energía a dispositivos remotos de acuerdo con los estándares IEEE 802.3af e IEEE 802.3at (PoE +), donde una línea de transmisión basada en un cable de par trenzado de categoría 5e y superior se utiliza como línea de alimentación. Se recomienda utilizar un valor nominal de 53 ... 57 V CC como la red principal para estos interruptores a fin de evitar una caída de voltaje en la línea.
Protección incorporada contra interferencias electromagnéticas y descargas electrostáticas.
Los
interruptores de la serie
EKI-2000 tienen un sistema de filtrado integrado para proteger contra interferencias electromagnéticas y voltaje estático. A través de la línea de alimentación, el conmutador puede proporcionar operabilidad para el ruido de impulso a corto plazo con una amplitud de hasta 3000 V CC, así como para descargas electrostáticas en puertos RJ-45 de hasta 4000 V.
Constructivo
Absolutamente todos los interruptores de la serie
EKI-2000 tienen una carcasa metálica robusta con un grado de protección IP30. Estructuralmente, la serie
EKI-2000 se puede hacer en dos versiones, ya sea una versión para montar en un riel DIN o para montar en un bastidor de 19ʺ. Se incluye todo el montaje necesario. Además, los interruptores que están diseñados para montarse en un riel DIN se pueden montar en un panel; el montaje se suministra.
Conclusión
Los interruptores industriales no administrados son dispositivos que están adaptados para trabajar específicamente en un entorno industrial. Proporcionan una interacción confiable y rápida entre los nodos de Ethernet y no requieren configuraciones y configuraciones adicionales. Por el momento, un conmutador no administrado es un dispositivo de red de presupuesto simple que puede resolver una gran cantidad de tareas básicas relacionadas con la organización del intercambio a través de una red Ethernet. No se requiere configuración, solo retire el interruptor de la caja y conecte todos los conectores necesarios.
La serie de conmutadores no administrados Advantech
EKI-2000 , que pertenece a la clase de dispositivo descrita, admite una amplia gama de funciones importantes y necesarias, como la detección automática del tipo de conexión MDI / MDI-X, detección automática del tipo de red (negociación automática), protección contra tormentas, PoE , protección contra interferencias electromagnéticas y descargas electrostáticas, etc. En conjunto, todas estas funciones hacen posible utilizar el
EKI-2000 para resolver tareas básicas de organizar la interacción entre la red y los nodos terminales.
Ejemplo de aplicación
Uno de los clientes de Advantech es
China National Petroleum Corporation (CNPC) . Para ampliar sus capacidades de transferencia de datos y reducir los costos asociados, CNPC ha elegido la solución de Advantech para monitorear y administrar el campo petrolero. Los datos se transmiten a través de la red celular desde el campo hasta el centro de control. Los
enrutadores BB-SL306 se instalaron con los
conmutadores EKI-2525I en gabinetes cerca de los compartimientos de la bomba, proporcionando conectividad de red para equipos de campo como cámaras, PLC, RTU y otros dispositivos.
Literatura
1.
Una introducción a Ethernet industrial2.10
Preguntas que debe hacer antes de seleccionar un conmutador Ethernet3.
EKI-2525 Conmutador Ethernet industrial no administrado 10 / 100Base-TX de 5 puertos. EKI-2528 Conmutador Ethernet industrial no administrado 10 / 100Base-TX de 8 puertos: Manual del usuarioEl autor es empleado de
PROSOFT.