Nowe podejście w zarządzaniu siecią w switchach z diagnozą SCADA

Tworząc sieci ethernetowe często balansujemy pomiędzy korzyściami a kosztami wynikającymi z zastosowania przełączników zarządzalnych i niezarządzalnych. Zazwyczaj niższe koszty niosą ze sobą gorszą funkcjonalność w obszarze warstwy drugiej, która umożliwia dostęp do zaawansowanych protokołów komunikacyjnych. Wykorzystując nowe rozwiązania switchy wspierających protokoły Modbus/TCP oraz SNMP możemy uzyskać duże możliwości zarządzania siecią oraz korzystać z dodatkowych obszarów  jakie dają  narzędzia typu SCADA.

Infrastruktura sieci przemysłowych

Nowy trend w idei Internetu Rzeczy (ang. IoT) niezaprzeczalnie wpływa na wzrost wymagań stawianym zarówno siecią komercyjnym jak i przemysłowym. Coraz większe osiągi komunikacyjne skłaniają producentów do stosowania coraz to bardziej zaawansowanych przełączników zarządzalnych, co przekłada się na wzrost kosztów nakładanych na infrastrukturę. Dlatego poszukiwane są tańsze rozwiązania, które oprócz szybkiej transmisji danych dostarczają również informacji o stanie sieci. W nawiązaniu do technologii IoT firma Advantech wprowadził nową serię switchy ProView SCADA skierowanych zarówno do inżynierów z dziedziny automatyki oraz specjalistów od IT. Technologia ProView jest połączeniem zalet przełączników zarządzalnych i niezarządzalnych, przy jednocześnie dużo niższej cenie i uproszczonej strukturze komunikacyjnej w oparciu o narzędzia SNMP oraz NMS. 

W rozwiązaniach przemysłowych ważnym czynnikiem jest odpowiednie dobranie funkcjonalności sieci, tak by była ona dostosowana dla inżynierów komunikujących się z aplikacjami automatyki oraz do w wymogów specjalistów od IT. Z jednej i drugiej sytuacji wymagana jest duża niezawodność i szybki czas reakcji na zaistniałe sytuacje awaryjne. By połączyć te dwa obszary w nowych rozwiązaniach firma Advantech wprowadziła wsparcie zarówno dla dobrze znanego w zastosowaniach przemysłowych protokołu Modbus/TCP oraz SNMP, dedykowanego dla ekspertów od IT. Dzięki temu każde oprogramowanie typu SCADA jak Wonderware InTouch, Advantech WebAccess, WinCC, iFix oraz dedykowane do systemów  zarządzania siecią (NMS), jak SNMPc i OpenNMS, może monitorować stan urządzenia w czasie rzeczywistym. Takie rozwiązania stają się kluczowe dla szybkiego usuwania uszkodzeń za pomocą zdalnej diagnostyki, bez konieczności długotrwałego szukania potencjalnych przyczyn awarii w okablowaniu czy sprzęcie. Dzięki wbudowanym rejestrom w switchach ProView możemy w każdej chwili sprawdzić status portów, ustawioną prędkość, liczbę rozłączeń, ilość wysłanych/odebranych pakietów, liczbę błędów transmisji Rx/Tx,  co pozwala na jednoczesną transmisje danych oraz na bezpośredni odczyt stanu połączeń. W przypadku awarii w danym miejscu możemy zdalnie zdiagnozować miejsce uszkodzenia bez fizycznego sprawdzania poszczególnych instalacji. Krótka komenda Modbus/TCP daje nam szeroki obraz na aktualny status połączeń.

Komunikacja z Modbus/TCP

Modbus/TCP to znany protokół komunikacyjny wykorzystywany w zaawansowanych systemach typu SCADA. Dzięki niemu wszystkie zgodne urządzenia, w tym switche ProView, mogą być kontrolowane i monitorowane przy pomocy jednego nadrzędnego oprogramowania. Jest to szczególnie istotne w przypadku wystąpienia błędów w komunikacji, ponieważ dysponując zarówno informacjami o stanie sieci jak i podłączonych urządzeniach jesteśmy w stanie bardzo szybko stwierdzić miejsce utraty połączenia. Na obiekcie inżynierowie mogą już łatwo sprawdzić czy przyczyną awarii jest odłączony przewód sieciowy czy może uszkodzony moduł pomiarowy. Pomaga to łatwo zawęzić przyczynę awarii oraz pozwala na szeroką diagnozę sieci przy pomocy dowolnego oprogramowania HMI/SCADA.

Komunikacja poprzez SNMP

SNMP (Simple Network Management Protocol) to uniwersalny protokół opracowany do monitorowania ruchu w sieci. Najprościej mówiąc jest to zbiór komend rozsyłanych przez jednostkę nadrzędną (managera) do agentów, w celu zdobycia informacji o ich aktualnym stanie. W ten sposób gromadzone są dane o jednostkach w sieci w przypisanej bazie danych MIG. Dzięki temu tworzony jest realny opis, który pozwala śledzić poziomy obciążenia sieci, zbierać dane błędach transmisji, czy wreszcie wykrywać potencjalne awarie. W warunkach przemysłowych, takich jak produkcja, nic nie jest ważniejsze od dobrze utrzymanej sieci, którą tworzą tysiące czujników i urządzeń kontrolnych działających 24 godziny na dobę, gdzie każda przerwa może generować olbrzymie straty. W takich sytuacjach protokół SNMP jest szeroko stosowany przez inżynierów do monitorowania stanu urządzeń sieciowych w czasie rzeczywistym. W przypadku ProView dział IT może również kontrolować lub dokonywać niektórych konfiguracji systemu SNMP. Poprzez uruchomione pułapki odpowiedni system informowany jest o rozłączeniu portów oraz gorącym lub zimnym starcie, co daje wiarygodną informacje nie tylko o samym switchu ale także o podłączonych urządzeniach. 

Transmisja danych QoS

W przypadku switchy ProView jeden lub dwa porty umożliwia transmisję danych z wysokim priorytetem QoS. Jest to szczególnie użyteczne w przypadku zastosowań wymagających wysokiej przepustowości, gdzie dane muszą być przesyłane w pierwszej kolejności. W sytuacji, gdy w tym samym czasie występują dwie kolejki danych i jedna przesyłana jest z portu VIP, to uprzywilejowana będzie zawsze kolejka VIP, która zostanie wysłana z przepustowością o 50% wyższą.

Niskie zużycie energii

Zużycie energii jest często pomijanym aspektem w sieciach domowych czy korporacyjnych. Niemniej, przy tworzeniu dużych projektów, zastosowanie rozwiązań energooszczędnych może przynieść znaczące redukcje kosztów związanych z eksploatacją, a przez to skrócić czas amortyzacji i zwiększyć opłacalność. Takie rozwiązania w swojej ofercie promuje firma Advantech. W najnowszej serii switchy producent wprowadził technologię Green Ethernet zgodnie z normą IEEE 802.3az, która dopasowuje zużycie energii do ilości wykorzystywanych portów oraz do długości podłączonych kabli. Technologia ta pozwala na przejście nieużywanych portów w stan uśpienia, jeśli podłączone urządzenia są nieaktywne. Przykładowo switch wyposażony w 5 portów Fast Ethernet, w przypadku podłączenia tylko jednego z portów  zużyje aż o 60 procent mniej mocy od tej zdefiniowanej przez producenta, czyli około 1 W. Wykrywana jest również długość kabla, co znacząco zmniejsza zużycie energii w przypadku mniejszych, kilkunastometrowych połączeń. Obecnie stosowany standard Ethernet z góry zakłada moc sygnału przełączników, która pozwala na transmisję na odległości 100 metrów i w efekcie bardzo często nie jest ona w pełni wykorzystywana. Dzięki takim rozwiązaniom nie tylko zmniejsza się koszty utrzymania obiektu, ale zapewnia dłuższą pracę przy korzystaniu ze źródeł odnawialnych.

Switche zarządzalne czy niezarządzalne?

Klasyfikując przełączniki nowej generacji ProView SCADA możemy śmiało umiejscowić je pośrodku. Dzięki możliwości komunikacji za pomocą protokołu  Modbus / TCP oraz SNMP są to rozwiązania bardzo nowoczesne, dedykowane do zastosowań, gdzie szczególnie zależy nam na bezpieczeństwie pracy. Nie zastąpią one switchy zarządzalnych pozwalających na tworzenie skomplikowanych sieci wielowarstwowych oraz pierścieniowych, ale mogą być idealnym uzupełnieniem tego typu topologii. Dają duże możliwości kontroli oraz szybkiej diagnozy, przez co doskonale wpasowują się do zastosowań przemysłowych. Porównując koszty zakupu z potencjalnymi zyskami są to rozwiązania naprawdę opłacalne, sporo tańsze od switchy zarządzalnych.