Объединение систем управления автоматизацией и информационными сетями посредством коммутаторов ProView

27 мая 2015

Современные промышленные объекты с помощью коммутаторов и беспроводных приложений объединяют большое количество датчиков, узлов управления, контроллеров и серверов SCADA-систем в единую сложную информационную сеть. С ростом количества устройств управление и диагностика неполадок в сети становится все более сложной задачей как для ИТ-специалистов, так и для специалистов в сфере автоматизации. Компания Advantech, являясь мировым лидером в области технологии промышленных сетей, представляет первую в мире серию устройств, способных объединить в единую систему управление ИТ-сетями и промышленной автоматизацией, — коммутаторы ProView.

Устройства серии ProView обладают преимуществами как управляемых, так и неуправляемых коммутаторов и представляют собой простое и экономически выгодное решение, позволяющее централизованно управлять всеми системами и диагностировать неполадки в сетях (рис. 1).

Коммутаторы ProView поддерживают протоколы Modbus/TCP и SNMP, которые дают возможность программному обеспечению систем автоматизации и ИТ-приложений контролировать состояние устройств. Программные пакеты SCADA, такие как Wonderware InTouch, Advantech WebAccess, WinCC, iFix, а также системы сетевого управления (NMS), например SNMPc и OpenNMS, могут следить за состоянием коммутатора в режиме реального времени. Устройства серии ProView поддерживают технологию QoS на портах для детерминированной передачи данных, что позволяет данным от выделенных VIP-портов иметь более высокий приоритет по сравнению с обычными портами.

В коммутаторах используются только высококачественные компоненты, которые позволяют устройству работать в широком температурном диапазоне –40…75 °С и гарантируют высокий уровень защиты от электромагнитного излучения.

Реализуемые устройствами функции:

• связь с программным обеспечением HMI и SCADA с помощью Modbus/TCP;
• связь с системами сетевого управления NMS с помощью SNMP;
• технология QoS на портах для детерминированной передачи данных;
• высокий уровень защиты от электромагнитного излучения в жестких внешних условиях;
• экономия энергии по стандарту технологии энергосбережения для Ethernet IEEE 802.3az;
• jumbo-кадры с размером до 9,216 байт;
• резервированное питание с дву-мя входами для источников но-минала 12–48 В VDC и P-Fail реле;
• обнаружение петель в сети.

 

Рассмотрим подробнее, каким образом реализованы и какие преимущества предоставляют указанные возможности.

 

Связь с программным обеспечением HMI и SCADA с помощью Modbus/TCP

Коммутатор ProView поддерживает протокол Modbus/TCP, что позволяет большому количеству SCADA-систем, таких как InTouch, InduSoft, WinCC и iFIX, получать информацию и данные о состоянии устройства. Это дает возможность приложениям HMI/SCADA контролировать и управлять всем оборудованием, включая коммутаторы ProView и устройства ввода/вывода.

В приведенном ниже примере используется сервер SCADA (TPC-651H) с установленным программным обеспечением InTouch компании Wonderware, а также коммутатор ProView (EKI-5526) с подключенными аналоговым (ADAM-6017) и дискретным (ADAM-6050) модулями ввода/вывода Modbus/TCP. Топология сети отображена на рис. 2.

Для обращения к нужному адресу памяти в коммутаторе ProView сервер SCADA использует протокол Modbus/TCP. Подключаясь таким образом, можно получить различную информацию, например имя устройства, версию прошивки, MAC- и IP-адреса, а также данные о количестве подключенных и отключенных портов, о скорости передачи данных. В дальнейшем, используя эти данные, инженер может продиагностировать любые неполадки в системе. В случае потери сигнала от конечного устройства, согласно отображаемой в SCADA информации о состоянии сети и устройств, можно установить, была ли причина потери сигнала связана с неполадками в сети или с ошибкой в работе конечного устройства. К примеру, как показано на рис. 2 и 3, считывая с коммутатора ProView состояние 4-го порта с помощью протокола Modbus/TCP по адресу памяти 34100, можно установить, что связь была потеряна. В результате на экране SCADA индикатор состояния 4-го порта будет отображаться красным. Таким образом, можно предположить, что причина пропажи сигнала была вызвана отключением сетевого кабеля, неисправностью вольтметра или ошибкой работы модуля ADAM (рис. 3 и 4).

Кроме отображения базовой информации о состоянии устройств и портов, коммутатор ProView предоставляет подробную статистику работы порта, включая данные о количестве подключенных устройств, одноадресных и многоадресных пакетов, скорости передачи данных, а также числа возникших ошибок. Такие данные позволяют инженерам контролировать состояние и отслеживать подробную статистику работы сети с любого программного обеспечения HMI/SCADA, поддерживающего протокол Modbus /TCP. Информация, которую можно получить с помощью коммутатора ProView, указана в таблице 1.

В программных продуктах HMI/SCADA, таких как InTouch, отображение адресов и подключение протокола Modbus/TCP является первоначальным шагом в настройке системы.

 

Связь с системами сетевого управления NMS с помощью SNMP

Коммутаторы ProView поддерживают протокол SNMP (Simple Network Management Protocol), который используется в работе с системами управления сетями NMS (Network Management System), такими как SNMPc, SusuAccess NMS и OpenNMS, осуществляющими контроль состояния, управление и конфигурацию устройства, а также формирующими уведомление о происходящих событиях. Это позволяет ИТ-специалистам осуществлять контроль и управление в сетях и устранять неисправности в случае возникновения неполадок.

В промышленных условиях, таких как производство, где тысячи сенсорных устройств ежесекундно обмениваются данными между собой, самым важным требованием является стабильная и быстрая работа сети. Протокол SNMP широко используется инженерами для мониторинга сетевых устройств, а системы управления сетями NMS предоставляют интуитивно понятную топологию сети и позволяют контролировать состояния всех устройств в режиме реального времени, аналогично примеру на рис. 5.

Чтобы получить внутреннюю информацию о конкретном устройстве, которая не поддерживается стандартными базами данных MIB, Advantech предоставляет дополнительный файл MIB, который позволяет программному обеспечению NMS получать нужные данные. Для добавления частной базы MIB в систему управления сетями необходимо скомпилировать данный файл в базу данных, например с помощью SNMPs, как показано на рис. 6 и 7.

Кроме мониторинга устройства, коммутаторы серии ProView позволяют управлять или настраивать конфигурацию через протокол SNMP. Установка и конфигурация расположения, режима и IP-адреса устройства, маски подсети, шлюза по умолчанию, чтение и запись названия группы могут быть настроены непосредственно с помощью программного обеспечения NMS.

Коммутаторы ProView предоставляют статическую информацию о состоянии портов, включая подсчет количества одноадресных, многоадресных и широковещательных пакетов для каждого порта Ethernet (табл. 2).

Коммутаторы ProView поддерживают SNMP-ловушки (SNMP-trap), которые автоматически уведомляют SNMP-сервер в случае возникновения событий, таких как подключение и отключение портов, «холодный» и «теплый» рестарт устройства. Эта информация позволяет ИТ-инженерам оперативно получать уведомления об изменении состояния сети и данных не только от коммутатора ProView, но и от других подключенных устройств. На рис. 8 показан пример сообщения SNMP-ловушки в SNMPc.

 

Технология QoS на портах для детерминированной передачи данных

Коммутатор имеет два выделенных VIP-порта с высоким приоритетом, которые могут использоваться для детерминированной передачи данных. Соотношение приоритетов между выделенным и обычным портами составляет 1,5:1. Принцип действия приоритетов можно рассмотреть на примере, когда два потока данных поступают на порт коммутатора в одно и то же время. Как показано на рис. 9, поток данных 1 поступает от 1-го VIP-порта в 5-й порт, и в то же время поток данных 2 отправляет данные с обычного 3-го на 5-й порт. В этом случае поток данных 1 получает на 50% больше доли пропускной способности 5-го порта, чем по-ток 2. Таким образом, порты, поддерживающие технологию QoS, предоставляют более важным данным высокий прио-ритет для их передачи в загруженной сети.

 

Экономия энергии с энергоэффективным стандартом Ethernet IEEE 802.3az

Коммутаторы ProView полностью отвечают требованиям стандарта Energy-Efficient Ethernet (IEEE 802.3az).

Поддержка стандарта IEEE 802.3az позволяет портам коммутаторов серии ProView переключаться между состояниями более высокого потребления питания (режим передачи данных) и пониженного энергопотребления (режим бездействия) в зависимости от количества проходящих через них данных. Это позволяет экономить до 60 % электроэнергии, что уменьшает энергозатраты и обеспечивает производительность промышленного класса и стабильность (рис. 10).

 

Jumbo-кадры с размером до 9,216 байт

Все коммутаторы ProView поддерживают jumbo-кадры с размером до 9,216 байт. Сверхдлинные Ethernet-кадры значительно увеличивают пропускную способность, уменьшая при этом нагрузку на центральный процессор.

 

Обнаружение петель в сети

Все коммутаторы ProView имеют встроенную функцию обнаружения петель со светодиодной индикацией. Это позволяет предотвратить неполадки в случае ошибок при создании сложных сетей, когда существует вероятность случайного подключения устройства неверным кабелем, что может привести к образованию петли и, следовательно, к возникновению широковещательного шторма, что в худшем случае может вывести устройства из строя (рис. 11).

Светодиод индикации Loop на коммутаторе ProView в случае возникновения петли оповещает инсталлятор, и только что сделанное подключение удаляется.

 

Заключение

Благодаря поддержке протоколов Modbus/TCP и SNMP, устройства серии ProView являются первыми в мире коммутаторами, которые объединяют управление промышленными и информационными сетями в единое целое. Серия ProView обладает свойствами как управляемых, так и неуправляемых коммутаторов и представляет собой простое и экономически выгодное решение для создания сложных промышленных сетей.