Сетевые технологии Industrial Ethernet Команцев Александр, менеджер по продукции

Информационная система предприятия. Общая структура HMIIPC SCADA Исполнительный PLC Ethernet I/O Шлюзы Системы наблюдения RTU Ethernet- контроллер Информационный Управляющий Ethernet SerialField Bus Сервер БД уровень Рабочее место Файловый сервер

Сети Industrial Ethernet - Цена / качество - Надежность - MTBF - Промышленное исполнение Исполнительный уровень Управляющий уровень - Грамотное проектирование - Разделение трафика - Управляемость - Простота настройки - Расширяемость - Различные среды передачи -Резервирование -Безопасность

1. Резервирование Основные требования, предъявляемые к промышленным сетям 3. Детерминизм 2. Надежность 4. Различные среды передачи 5. Управление сетью 6. Обработка событий 7. Оправданная стоимость

Резервирование: Защита системы от простоя Цена отказа коммуникационного оборудования = Потери от простоя оборудования + Затраты на поиск неисправности + Убытки от потери управления над объектом Решение: Резервирование оборудования и связи Автоматическое восстановление при сбоях Оповещение о неполадках

Протокол связующего дерева (802.1D/802.1W) Один из стандартов, позволяющий использовать лишние связи для резервирования сетевых подключений Гибкая топология, время восстановления работоспособности > 30 сек.

Резервированное кольцо Разработка компании MOXA Создано на основе IEEE W Восстановление работоспособности: < 300 мсек Понятная топология, простая инсталляция Диспетчер < 300 мсек

Расширенные возможности технологии Turbo Ring Переключение на резервную связь в случае неисправности Время переключения не превосходит 300 мсек Резервированное объединение колец

Преимущества использования Turbo Ring Связующее дерево ( 802.1D / 802.1W ) Резервированное кольцо ( Moxa Turbo Ring ) Сложность настройки Универсальность Очевидная топология Простота настройки

Пример: автоматизация водоочистительной станции

Преимущества использования сетевой топологии «кольцо» Топология «кольцо»Топология «звезда» 2 км Центральный контроллер Длина кабеля = 10 км Длина кабеля = 6 км 500 м Центральный контроллер 2 км 500 м

Преимущества использования сетевой топологии «кольцо» Центральный контроллер 5 км 25 км

Технология «резервированного кольца» MOXA Turbo Ring В то время как классический Ethernet не рассчитан на использование в системах управления и сбора данных на производстве… Кольцо создает резервную связь Кольцо автоматически восстанавливает соединение за минимальное время Возможно резервированное объединение «колец» «Кольцо» позволяет строить необычные топологии сети «Кольцо» совместимо с традиционным Ethernet и не требует от исполнительных устройств поддержки каких-либо специальных возможностей

Резервированное кольцо MOXA Turbo Ring Серия ED6008 Серия EDS-508 Интеллектуальные, резервируемые Серия EDS-405 Неуправляемые, резервируемые Управляемые, резервируемые EDS-726 Модульные, резервируемые

Резервирование оборудования Связь 1 Связь 2 HMI Контроллер Сервер БД Fieldbus I/O Контроллер Ethernet I/O Коммутатор

Связь 1 Связь 2 HMI Контроллер DB Server Fieldbus I/O Controller Контроллер Ethernet I/O Коммутатор Резервирование оборудования

Основной путь Резервный путь Дублирование сетей Turbo Ring Модуль I/O Контроллер Модуль I/O Использование двух колец для объединения сетей

Контроллер Модуль I/O Основной путь Резервный путь Дублирование сетей Turbo Ring Использование двух колец для объединения сетей

Пример использования Spanning Tree для резервирования Центральный узелУдал. точка 1Удал. точка 2 Основная связь Резервная связь Требуется установить резервированную связь между центром и двумя удаленными объектами

Использование дублированной сети Ethernet Объект nОбъект 1 Turbo Ring (оптика) ….. Turbo Ring (оптика) Сервер Spanning tree

Использование резервированной сети Ethernet вместо дублированной Объект nОбъект 1 Turbo Ring (оптика) ….. Сервер

Резервированное питание P1 Основной источник питания +24V Power Supply Резервный источник питания PWR1 PWR2 Выход реле > Питание: 12 ~ 48 В > Защита от неверной полярности

Детерминизм Требования Некоторые процессы автоматики требуют гарантированного времени отклика Данные должны быть доставлены за заданное время Способы достижения Назначение приоритета важным данным Разделение трафика Оптимизация потоков = оптимизация сети для обеспечения оптимальной производительности

Оптимизация сети Industrial Ethernet Грамотное построение сети Интеллектуальные функции сетевого управления 1.QoS – качество сервиса 2.IGMP Snooping – управление широковещательным трафиком 3.VLAN – создание виртуальных подсетей

Ethernet в промышленности Использование коммутатора, а не концентратора Загруженность сети - не более 30% Сегментация: разделение сети предприятия на подсети различных уровней

Функция QoS – качество сервиса Загруженность коммутатора и линий Различие скоростей 10 Мбит/сек 100 Мбит/сек Передача по WAN 10 Мбит/сек 64 Мбит/сек Quality of Service (QoS) – управляет приоритет трафика, обеспечивая важным данным первоочередную доставку независимо от загруженности и пропускной способности сети QoS – регулирует порядок прохождения данных

Функция QoS – качество сервиса Поддержка стандарта 802.1p/1Q – управление приоритетами потоков данных, совместимость с оборудованием других производителей Назначение приоритета по типу данных Назначение приоритета по отправителю Сбор данных Сигналы управления Аварийные сигналы Низкий пр. Высший пр. Высокий пр.Низкий пр. Сбор данных Сигналы управления Аварийные сигналы Высший пр. Высокий пр.

Индивидуальная и групповая рассылка Индивидуальная рассылка: Рассылка пакетов данных каждому получателю по очереди Групповая рассылка: Передача одного пакета данных нескольким получателям Router IGMP Snooping – минимизирует сетевой трафик

IGMP Snooping – управление групповыми рассылками Без функции IGMP Snooping: данные направляются всем устройствам сети, независимо от того, какой группе они предназначены Информация для Group 1Информация для Group 2 Без функции IGMP Flooding Traffic IGMP Group 1 IGMP Group 2

IGMP Snooping – управление групповыми рассылками Реализация IGMP Snooping: если коммутатор получает данные для групповой рассылки, он передает их только тем получателям, которым эти данные предназначены модель «producer/consumer» - Ethernet/IP, FF HSE, Profibus, и т.д Информация для Group 1Информация для Group 2 С функцией IGMP Filtering Traffic IGMP Group 1 IGMP Group 2

Построение виртуальных сетей (VLAN) Технология Virtual LAN (VLAN) позволяет выделять несколько сетевых устройств в обособленную виртуальную сеть, не пересекающуюся с остальными устройствами Логическая сегментация сети вместо физической Отдел 1 Отдел 2Отдел 3 Этаж 1 Этаж 2 Этаж 3 LAN1 LAN2LAN3 Без поддержки виртуальных сетей:

Построение виртуальных сетей (VLAN) Технология Virtual LAN (VLAN) позволяет выделять несколько сетевых устройств в обособленную виртуальную сеть, не пересекающуюся с остальными устройствами Логическая сегментация сети вместо физической Отдел 1 Отдел 2Отдел 3 Этаж 1 Этаж 2 Этаж 3 VLAN1 VLAN2VLAN3 С поддержкой виртуальных сетей

Преимущества виртуальных сетей VLAN облегчает добавление новых сетевых устройств экономит кабель защищает сети от прослушивания защищает сети от широковещательного трафика разделяет потоки данных поддерживает стандарты IEEE 802.1Q и GVRP - совместимость с оборудованием других производителей

Функции управления сетью Анализ состояния сети позволяет предсказать возможные проблемы Облегчение процесса поиска неисправности Анализ эффективности работы сети и принятие решения об изменении конфигурации

Online-мониторинг через Web-интерфейс Поток данных на каждом порту Состояние коммутатора Интенсивность входящего и исходящего трафика Интенсивность пакетов индивидуальных, групповых и широковещательных

Протокол управления SNMP Стандарт SNMP: Simple Network Management Protocol Стандарт De facto для управления и мониторинга сетей TCP/IP В магистральных сетях рекомендуется использовать управляемые коммутаторы Существует множество программ SNMP-мониторинга Стандарт OPC: OLE for Process Control. Создан на основе технологий Windows COM/DCOM. Поддерживается практически всеми современными SCADA- системами

Мониторинг сети по OPC: SNMP OPC Server Pro Мониторинг коммутаторов и управление из SCADA- системы Поддержка любых SNMP- совместимых устройств Освобождает пользователей от необходимости изучения SNMP-анализаторов OI NMS Management database SNMP Agent NMS Управляемые устройства Management database SNMP Agent …

Программное обеспечение SNMP OPC Server Pro Промышленная сеть – объект управления OPC-SNMP конвертер Поддержка множества SCADA-систем HMI/SCADA, InTouch, iFix, MasterSCADA HMI/SCADA, InTouch, iFix, MasterSCADA EDS-726 EDS-508 ED-6008 NPort Устройства других производителей Открытая архитектура SNMP MIB

Работа в промышленных условиях эксплуатации Широкий температурный диапазон Различные способы монтажа Жесткие условия эксплуатации Различные среды

Моделирование работы в различных условиях эксплуатации Тест на влажность Тест на удары Тест на вибрацию Тест на температуру

Отчеты о тестировании оборудования Диапазон температуры и влажности Вкл/выкл при макс. и мин. температуре Экстремальная температура хранения Вибрации Падение Стандарт IEC68-2-1/2/3/30/56/61 48 часов; 6-8 циклов IEC68-2-6/36/37 ; MIL-STD-810E Method Синус – 1G ; Произв. – 3.5G IEC Federal Test Method Standard 101 IEC68-2-1/2/3/30/56/61 Вкл/выкл: 300 раз IEC68-2-1/2/3/30/56/61 Время тестирования: 24 ч Цель Оборудовани должно работать стабильно при заявленых значениях «Холодный старт» при максимальной и минимальной температуре Стабильная работа после хранения в экстремальных условиях Стабильная работа 1) в условиях вибрации 2) после транспортировки Стабильная работа после транспортировки

Надежность сетевых устройств Работа в промышленных условиях эксплуатации Соответствие специфическим требованиям, предъявляемым различными отраслями промышленности Высокий MTBF Гарантия и сервисное обслуживание

Оповещение о состоянии сети Автоматическое оповещение о состоянии системы избавляет от необходимости ручного контроля Оператор должен точно знать тип события и место его происхождения Высокая скорость оповещения о возникновении события

Мгновенное оповещение ControlLogix I/O Коммутатор Панель оператора Избавление оператора от необходимости поиска неисправности

Оповещение о состоянии сети Состояние питания Состояние соединений Состояние сети Реле SNMP-OPC

Возможные события ….. Warning Состояние коммутатораСостояние связи «Холодный» стартПерезагрузкаСвязь есть Питание вкл/выклОшибка авторизации Связи нет Изменение топологии сети Изменение конфигурации Превышена граница трафика Оповещение о состоянии сети

Различные среды передачи сигнала Передача данных на большие расстояния - оптоволокно Защита от электромагнитных помех - оптоволокно Защита от прослушивания - оптоволокно Затруднена прокладка кабеля – беспроводные решения

ED508-SS-80 IMC Различные среды передачи сигнала Многомодовое оптоволокно: до 2 км Одномодовое оптоволокно: до 20 км (стандартное решение) Одномодовое оптоволокно: до 40 км и до 80 км (сверх высокая дальность передачи) Разъемы: SC или ST (многомодовое), SC (одномодовое) Беспроводные решения: IEEE g/b (до 300 м)

Оправданная стоимость оборудования Клиенту не всегда требуется максимальная функциональность Решения для стандартных и экстремальных температурных условий Неуправля- емые Управля- емые Расширенные EDS508 ED6008 EDS405 EDS205 EDS300 Базовые EDS726