Ao construir redes Ethernet, várias classes de equipamentos de comutação são usadas. Separadamente, vale destacar os switches não gerenciados - dispositivos simples que organizam de maneira rápida e eficiente o trabalho de uma pequena rede Ethernet. Este artigo fornece uma visão geral detalhada dos switches industriais não gerenciados de nível de entrada EKI-2000 series.
1. Introdução
A Ethernet tem sido parte integrante de qualquer rede industrial. Esse padrão, que veio do setor de TI, nos permitiu passar para um nível totalmente novo de rede. A velocidade aumentou, a confiabilidade aumentou e a possibilidade de gerenciamento centralizado da infraestrutura de rede apareceu. Os criadores de protocolos de transferência de dados não demoraram a chegar. Quase todos os principais protocolos industriais, como Modbus TCP, EtherNet / IP, IEC 60870-5-104, PROFINET, DNP3, etc., usam o modelo OSI idêntico ou aproximado como base. Os dados da carga útil são colocados em um quadro e transmitidos por uma rede Ethernet. Quase todos os controladores modernos, sensores inteligentes ou painéis do operador estão equipados com uma interface Ethernet para conectar-se à rede com o mesmo nome. Isso significa que, teoricamente, para uma rede industrial, você pode usar dispositivos Ethernet padrão que podem ser encontrados em uma rede corporativa, de escritório e até doméstica. No entanto, na prática, há muito tempo se formou uma grande classe de dispositivos projetados para trabalhar especificamente com redes Ethernet industriais. Inclui dispositivos de rede adaptados para trabalhar especificamente em um ambiente industrial, garantindo confiabilidade, níveis mínimos de latência e também atendendo a vários padrões do setor que um determinado setor possui. Ao mesmo tempo, a principal unidade de "combate", como regra, é um switch Ethernet industrial. Isso se deve ao fato de o comutador ser um dispositivo que permite uma interação confiável e, o mais importante, rápida entre componentes e nós de uma rede industrial.
O switch é a solução ideal para uma rede industrial
Comutador industrial, ou comutador (comutador), é o principal dispositivo usado para construir uma rede industrial. Por que mudar? Afinal, existem outros dispositivos de rede, como um hub (hub, hub) ou um roteador (roteador, roteador). Tudo está conectado com velocidade e funcionalidade. O dispositivo mais rápido da lista é um hub; há algum tempo esse tipo de dispositivo era muito popular devido ao seu baixo preço. De fato, um hub é um repetidor multiportas, funciona no nível físico de acordo com o modelo de rede OSI e retransmite os dados recebidos para todas as portas conectadas.
Por um lado, esse esquema permite atrasos mínimos na rede, mas, por outro lado, a carga da rede aumenta, pois a transmissão com essa implementação acaba sendo transmitida. Isso geralmente levou a uma queda acentuada no desempenho da rede. O roteador, por sua vez, é um dispositivo que opera no nível da rede de acordo com o modelo OSI e possui uma funcionalidade muito rica que permite a construção de rotas de transmissão de tráfego. Essa funcionalidade requer um desempenho mais alto do dispositivo, como a análise do pacote de informações, a partir do cabeçalho do terceiro nível do modelo OSI e superior. Como resultado, os atrasos se tornam maiores, uma vez que a implementação nos roteadores passa a ser principalmente software, o preço é naturalmente mais alto e funcionalidades similares são demandadas no nível principal da rede.
Como resultado, a distribuição mais difundida nas redes Ethernet industriais são precisamente os comutadores, com diferentes níveis e funcionalidades. O switch é um dispositivo mais inteligente que um hub e mais rápido que um roteador, pois opera na camada de enlace de dados, de acordo com o modelo OSI. O tráfego é claramente distribuído e enviado imediatamente ao destinatário, o que elimina a carga desnecessária no equipamento de rede, permitindo que outros segmentos não processem dados que não são destinados a eles. Isso é obtido analisando os endereços MAC dos remetentes e destinos contidos em cada quadro de dados transmitidos. Essa alternância permite obter atrasos mínimos na distribuição do tráfego, mantendo um nível de preço aceitável.
Na memória, o comutador contém uma tabela (tabela CAM), onde é indicada a correspondência do endereço MAC do nó e a porta física do comutador, o que apenas reduz a carga na rede, pois o comutador sabe exatamente para qual porta encaminhar o pacote de dados. No entanto, vale considerar que, quando o comutador é ligado ou reiniciado, ele funciona no modo de treinamento, pois a tabela de correspondência está vazia. Nesse modo, os dados que chegam ao switch são enviados para todas as outras portas, e o switch analisa e insere o endereço MAC do remetente na tabela. Com o tempo, o tráfego é localizado, pois o switch compila uma tabela completa de mapeamento de endereços MAC para todas as portas.
Agora, muitos fabricantes de equipamentos de rede para redes industriais oferecem switches precisamente como dispositivos para garantir a interação entre os nós da rede. O portfólio possui comutadores de várias funcionalidades, como regra, eles distinguem comutadores não gerenciados, gerenciados e L3. E se os switches L3 forem usados como uma alternativa aos roteadores no nível principal da rede e apenas os problemas altamente especializados estiverem associados à sua escolha, a escolha entre um switch gerenciado e um não gerenciado será reduzida à definição correta das tarefas que um dispositivo de rede deve resolver. Em seguida, considere as diferenças básicas entre comutadores gerenciados e não gerenciados.
Switches gerenciados e não gerenciados
Comutadores gerenciados e não gerenciados são, na verdade, dois dispositivos diferentes que operam no nível L2 do modelo OSI. O switch não gerenciado foi projetado para distribuição uniforme automática de velocidade e tráfego transmitido entre todos os participantes da rede. Esta é a solução ideal para redes com um pequeno número de dispositivos terminais, as vantagens incluem:
- rede Ethernet de alta largura de banda;
- tempo de resposta curto;
- facilidade de gerenciamento;
- a presença de funcionalidade adicional para gerenciar o fluxo de dados.
Um switch gerenciado tem um custo mais alto, é usado para redes grandes e tem a capacidade de controlar totalmente o tráfego transmitido, a velocidade e também possui recursos de gerenciamento adicionais. De fato, esta é a solução ideal para seções de rede em que são necessárias funcionalidades adicionais para segmentação, redundância, proteção de informações etc. Ao contrário de um comutador não gerenciado, um gerenciado deve ser configurado especificando várias configurações adicionais e necessárias.
Switches não gerenciados são dispositivos Plug and Play que não requerem configuração complexa e conhecimento profundo. Eles permitem que você organize rapidamente a troca entre equipamentos em uma rede Ethernet sem configurações adicionais. Esses comutadores permitem que os dispositivos Ethernet se comuniquem (por exemplo, CLP e IHM), fornecendo uma conexão à rede e transmitindo informações ao destinatário pelo remetente. Eles vêm com uma configuração fixa e não permitem alterações nas configurações; portanto, não há necessidade de priorizar quadros e executar configurações adicionais.
Switches não gerenciados são usados principalmente para conectar dispositivos periféricos a filiais da rede ou em uma pequena rede autônoma com vários componentes. Em ambientes industriais, você deve usar comutadores personalizados para suas necessidades específicas.
Os interruptores industriais são projetados para várias aplicações industriais, como energia elétrica, petróleo e gás, transporte ferroviário e infraestrutura, etc. Eles são especialmente projetados para operação em uma faixa de temperatura estendida, em condições de vibração e choque, e contribuem para a criação de uma rede segura e econômica e confiável.
Os comutadores industriais da série
EKI-2000 da Advantech são dispositivos de nível básico projetados para interconectar rapidamente dispositivos criando uma rede Ethernet. Atualmente, a série
EKI-2000 inclui mais de 25 dispositivos. A tabela abaixo mostra a descriptografia do número do pedido.
Ao mesmo tempo, os comutadores podem ser equipados com portas do tipo RJ-45 e portas ópticas para transmissão de dados em fibra óptica monomodo e multimodo, enquanto a velocidade máxima pode atingir 1 Gb / s.
A funcionalidade de switches não gerenciados, em regra, não é algo extraordinário. No entanto, vamos ver quais funções ainda estão em serviço com os
comutadores da série Advantech
EKI-2000 .
Detecção automática de tipo de conexão MDI / MDI-X
Esta função permite conectar qualquer tipo de dispositivo Ethernet aos comutadores sem pensar no tipo de cabo: reto ou cruzado.
Normalmente, um cabo "direto" é usado para conectar o adaptador de rede ao equipamento de rede no nível L2 (um hub ou switch). Para conectar dois dispositivos de rede idênticos entre si ou, por exemplo, um adaptador de rede com um roteador, é recomendado o uso de um cabo cruzado. A presença da função MDI / MDI-X permite usar qualquer tipo de cabo com a chave.
Detecção automática de tipo de rede (negociação automática)
Esta função, seguindo MDI / MDI-X, refere-se ao Plug and Play e permite determinar automaticamente o tipo de rede e taxa de transmissão fornecidos pelo padrão Ethernet. Na prática, isso é especialmente importante, pois equipamentos com várias características de velocidade, de 10 Mbit / s a 1 Gbit / s, podem ser usados em uma rede existente. A negociação automática pode simplificar significativamente a vida dos usuários da rede. O próprio dispositivo "concorda" em velocidade com o limite "Ethernet-vizinho".
Proteção contra Broadcast Storm
A proteção contra broadcast storm também é um recurso muito útil para switches. Uma tempestade de transmissão geralmente é causada por "loops" na rede local ou pelo comportamento incorreto de um dos participantes da rede. Nesses casos, a rede será preenchida com um grande número de quadros inúteis, o que afetará sua velocidade.
O recurso de proteção contra tempestades de transmissão no comutador filtra automaticamente os quadros de transmissão. E quando o tráfego de transmissão excede um determinado limite, a rede ainda permanece operacional, pois o switch reserva automaticamente a largura de banda para a transmissão de quadros convencionais.
A proteção contra tempestade de broadcast em switches
EKI-2000 não gerenciados é ativada por padrão. Informações detalhadas sobre os valores limite de cada modelo devem ser especificadas no site oficial do fabricante.
Relé de falha P
Para começar, a maioria dos modelos da série
EKI-2000 foi projetada para uma faixa de tensão de entrada de 12 ... 48 V DC. A entrada é duplicada e possui proteção contra polaridade reversa, além de sobrecorrente por meio de um fusível reinicializável. Há um comparador de tensão na entrada e, quando a tensão é aplicada às duas entradas, o comparador seleciona automaticamente um valor mais alto e torna essa entrada a principal. Se a tensão em uma das entradas desaparecer ou quando seu nível cair abaixo de 12 V, a chave muda automaticamente para o segundo canal e fecha o relé P-Fail. Esta função permite monitorar o status da rede de fonte de alimentação dos comutadores e sinalizar rapidamente uma operação anormal.
Indicação LED
Esta função permite que você forneça uma avaliação do status do comutador durante sua inspeção visual. Cada porta de dados do comutador da série
EKI-2000 possui dois LEDs para exibir a taxa de transmissão, o status da conexão e o possível status de colisão. Também existem LEDs que duplicam os relés P-Fail, que operam simultaneamente quando um dos circuitos de energia é interrompido.
PoE (Power-over-Ethernet)
Os comutadores não gerenciados da série
EKI-2000 possuem Power-over-Ethernet. Ele permite fornecer energia a dispositivos remotos de acordo com os padrões IEEE 802.3af e IEEE 802.3at (PoE +), onde uma linha de transmissão baseada em um cabo de par trançado da categoria 5e e acima é usada como linha de energia. Recomenda-se o uso de um valor nominal de 53 ... 57 V DC como rede principal para esses comutadores, a fim de evitar uma queda de tensão na linha.
Proteção integrada contra interferência eletromagnética e descarga eletrostática
Os
comutadores da série
EKI-2000 possuem um sistema de filtragem integrado para proteção contra interferência eletromagnética e tensão estática. Na linha de energia, o switch pode fornecer operacionalidade para ruídos de impulso de curto prazo com uma amplitude de até 3000 V DC, bem como para descargas eletrostáticas em portas RJ-45 de até 4000 V.
Construtivo
Absolutamente todos os comutadores da série
EKI-2000 possuem uma caixa metálica robusta com um grau de proteção IP30. Estruturalmente, a série
EKI-2000 pode ser fabricada em duas versões: é uma versão para montagem em trilho DIN ou para montagem em rack de 19ʺ. Toda a montagem necessária está incluída. Além disso, os interruptores projetados para montagem em um trilho DIN podem ser montados em um painel; a montagem é fornecida.
Conclusão
Switches industriais não gerenciados são dispositivos adaptados para trabalhar especificamente em um ambiente industrial. Eles fornecem interação rápida e confiável entre os nós da Ethernet e não exigem definições e configurações adicionais. No momento, um comutador não gerenciado é um dispositivo de rede de orçamento simples que pode resolver um número bastante grande de tarefas básicas relacionadas à organização de trocas por uma rede Ethernet. Nenhuma configuração é necessária, basta remover o comutador da caixa e conectar todos os conectores necessários.
A série de comutadores não gerenciados Advantech
EKI-2000 , pertencente à classe de dispositivos descrita, oferece suporte a uma ampla gama de funções importantes e necessárias, como detecção automática do tipo de conexão MDI / MDI-X, detecção automática do tipo de rede (negociação automática), proteção contra tempestade de broadcast, PoE , proteção contra interferência eletromagnética e descargas eletrostáticas, etc. Juntas, todas essas funções possibilitam o uso do
EKI-2000 para resolver tarefas básicas de organização da interação entre a rede e os nós terminais.
Exemplo de aplicação
Um dos clientes da Advantech é a
China National Petroleum Corporation (CNPC) . Para expandir seus recursos de transferência de dados e reduzir os custos associados, a CNPC escolheu a solução da Advantech para monitorar e gerenciar o campo de petróleo. Os dados são transmitidos pela rede celular do campo para o centro de controle. Os
roteadores BB-SL306 foram instalados com os
switches EKI-2525I em armários próximos às salas de bombas, fornecendo conectividade de rede para equipamentos de campo, como câmeras, CLPs, RTUs e outros dispositivos.
Literatura
1.
Uma introdução à Ethernet industrial2.10
Perguntas a serem feitas antes de selecionar um comutador Ethernet3.
EKI-2525 Switch Ethernet Industrial Não Gerenciado 10 / 100Base-TX de 5 portas. EKI-2528 Switch Ethernet industrial não gerenciado de 10 portas 10 / 100Base-TX: Manual do usuárioO autor é um funcionário da
PROSOFT