ЖУРНАЛ «СТА» №1/2008

ки на монтажную рейку, размещения в специальном шкафу или монтажа в приборном корпусе. Выбор коммутато- ра зависит от условий и особенностей его применения. Важнейшие характе- ристики коммутатора – тип и количест- во портов. Тип портов определяется принятым протоколом и средой переда- чи (витая пара – IEEE 802.3ab, оптово- локно – IEEE 802.3az). Характерным примером коммутаторов для гигабит- ных промышленных сетей являются модульные управляемые коммутаторы серийMICE и Power MICE (рис. 1) ком- пании Hirschmann. Они монтируются на DINрейку и позволяют создавать гибкую и надёжную (резервирование по схеме «кольцо») сетевую структуру; ими поддерживается функция автоконфигу- рирования, в течение всего нескольких секунд формируется и запоминается таблица маршрутизации объёмом до 4000 адресов. Другим интересным изде- лием этой же компании является управ- ляемый коммутатор MACH1000 (рис. 2). Он устанавливается в шкафах и стойках (высота корпуса всего 1U, без- вентиляторное исполнение). Отвечаю- щий стандарту IEC 61850 коммутатор чрезвычайно устойчив к электрическим разрядам и магнитным полям, сильным вибрациям, конденсату и температур- ным перепадам (диапазон рабочих тем- ператур от –40 до +85°C), поэтому мо- жет использоваться в локальных сетях электропоездов, подвижных составов, объектов энергетики и т.п. Широкий ассортимент коммутаторов для про- мышленных сетей Gigabit Ethernet име- ется у фирмы Advantech в серии EKI (рис. 3): это изделия в прочном метал- лическом корпусе, предназначенные для крепления на DINрейку, имеющие дублированный вход питания, эффек- тивную защиту портов от статического электричества и множество других по- лезных свойств. Большинство представ- ленных в примерах и аналогичных им по назначению коммутаторов имеют 2 порта Gigabit Ethernet в сочетании с гораздо большим количеством портов Fast Ethernet (например, у EKI7656C – 16, у MACH1000 – 26), что отражает наиболее распространённую конфигу- рацию современных промышленных сетей. Диагностика и настройка управ- ляемых комму- таторов воз- можна через Webсерверы. Передача по витой паре че- рез порт 1000BaseT поддерживает так- же автоматическую нисходящую уста- новку скорости 100 или 10 Мбит/c для подключения оконечных устройств в соответствии с их возможностями. Для передачи данных по гигабитному сег- менту с витой парой на расстояние до 100 м требуется кабель с 4 парами про- водов, удовлетворяющий требованиям каналов связи, как минимум, 5й кате- гории; при более высоких требованиях применяются кабели 6й категории. Для передачи по оптоволокну на рас- стояние до 550 м используют многомо- довый кабель (1000BaseSX), а для больших расстояний (20 км) – одномо- довый кабель (1000BaseLX). По мере развития промышленных се- тей совершенствовались способы по- вышения их надёжности. Метод груп- пового преобразования предполагал группирование и дублирование кана- лов связи: все кабели не укладываются в один и тот же короб по одному и тому же маршруту, а группируются по частям (например, по северной и по южной частям здания). На следующем этапе стали резервировать сетевые коммута- торы и конечные терминальные узлы. Однако наиболее эффективным явля- ется метод резервирования отдельных каналов в кольцевых структурах про- мышленных сетей. Управляемые про- мышленные коммутаторы обеспечива- ют время переключения на резервные каналы порядка десяткасотен милли- секунд. В резервируемых сетях с диаг- ностикой сопряжение осуществляют на втором уровне модели взаимодейст- вия по методу RSTP («быстрый прото- кол связующего дерева», IEEE 802.1w). Каналы резервирования могут быть созданы и на третьем уровне по прото- колу VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol, стандарт IETF RFC2338). На смену относительно медленным протоколам связующего дерева (STP и RSTP, время восстановления соответ- ственно порядка 30 с и 1 с) пришла от- казоустойчивая кольцевая топология HIPERRing (рис. 4). Она была разра- ботана одним из лидеров в области промышленных сетей – компанией Hirschmann как решение по созданию резервированной сетевой инфраструк- туры без дублирования линий связи. Это решение предполагает построение не полностью замкнутых кольцевых связей в сети Ethernet и обеспечивает обнаружение сбоя в канале с восста- новлением без потерь в течение 200300 мс за счёт создания обходных путей связи. Сейчас стремятся снизить время восстановления сети до 50 мс. Такая топология сети из 1000 узлов бы- ла применена при автоматизации аэро- порта в г. Дрездене. Пять зданий были связаны гигабитной сетью Ethernet. Вместо связующего дерева здесь при- менили HIPERRing с двойным резер- вированием в кольце, что обеспечило среднее время восстановления 0,5 с. Примечательно, что в этом проекте было также выполнено дублирование блоков питания. Среди примеров резервирования в структурах промышленных сетей Ethernet известны и другие решения, например избыточные кольцевые сети Turbo Ring и двойные дублирующие се- ти. О СОБЕННОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕТЕЙ PROFINET Вариант сети Industrial Ethernet для систем автоматизации, стандартизо- ванный как PROFINET, был разрабо- тан компанией Siemens с целью уни- фикации полевых сетей (Fieldbus) для построения систем, работающих в ре- альном времени со скоростью связи до 100 Мбит/c в жёстких промышленных условиях эксплуатации. Спецификация стандарта предусмат- ривает взаимодействие PROFINET с другими сетями (PROFIBUS, Interbus, DeviceNet и т.д.) с помощью шлюзов. Для конфигу- рирования и диагностики сети применя- ют протоколы IP, TCP, UDP. ОБ ЗО Р / П Р ОМЫШЛ Е ННЫ Е С Е Т И 7 СТА 1/2008 www.cta.ru Рис. 1. Модульные управляемые коммутаторы MICE и Power MICE для промышленных сетей Рис. 2. Защищённый управляемый коммутатор MACH1000