Wykorzystanie przełączników zarządzalnych w sieci PROFINET

Techniczne aspekty oraz zalety wykorzystania zarządzalnych przełączników do sieci PROFINET. Standard PROFINET dopuszcza również stosowanie niezarządzanych przełączników, jednakże niesie to za sobą pewne ograniczenia w wykorzystaniu pełnej funkcjonalności jaką oferuje dany standard .

Funkcje przełączników PROFINET – przegląd

Priorytetyzacja ramek PROFINET
Zarządzanie konfiguracją sieciową na podstawie nazwy urządzenia
Detekcja sąsiednich stacji / topologii
Wymiana komponentów bez użycia narzędzi programistycznych
Odnajdowanie urządzeń (migające diody LED)
Redundancja pierścieniowa (klient MRP)
Definiowanie metod transmisji oraz prędkości dla każdego portu
Możliwość aktywacji / dezaktywacji wybranego portu,
Komunikaty diagnostyczne związane z pracą sieci
Dane identyfikacyjne i serwisowe (I&M)

Priorytetyzacja ramek PROFINET / PROFINET RT

Jedną z najważniejszych funkcji przełączników do sieci PROFINET jest priorytetyzacja ruchu ramek w sieci. Każda ramka Ethernetowa zawiera informacje na temat pełnionej funkcji i jej znaczeniu (Ether type).

Przełącznik do sieci PROFINET może dzięki temu rozróżniać, czy dana ramka jest zapytaniem sieciowym, transmisją plików FTP, transmisją danych, czy też ramką PROFINET. W przypadku dużych obciążeń transmisyjnych, kiedy do przełącznika docierają w tym samym czasie ramki TCP/IP oraz PROFINET, przełącznik do sieci PROFINET może hierarchizować ramki i przypisywać wyższy priorytet ramkom PROFINET, dzięki czemu zostaną one wysłane jako pierwsze (funkcja QoS – Quality of Service). Zapobiega to utracie ramek oraz minimalizuje odchyłki czasowe w transmisji (ang. jitter). Gwarantuje to niezawodną transmisję i pozwala na precyzyjne sterowanie w systemach z siecią PROFINET.

Zalecane jest sprawdzenie czy przełącznik, który ma zostać wykorzystany w sieci PROFINET posiada opisaną funkcję.

Konfiguracja sieci na podstawie nazwy urządzenia

PROFINET wykorzystuje nazwy urządzeń w sieci dla przejrzystej identyfikacji urządzeń. Upraszcza to instalację oraz rozwiązywanie problemów w rozbudowanych sieciach. Jak wszystkie inne urządzenia w sieci PROFINET, przełączniki zarządzalne mogą być integrowane w narzędziu inżynierskim oraz posiadać własną nazwę poprzez co są one widoczne w sieci i mogą sygnalizować ewentualne błędy.

Wykrywanie topologii

Przełączniki do sieci PROFINET wspierają mechanizm wykrywania sąsiednich stacji (protokół LLDP).Dzięki tej funkcjonalności możliwe jest określenie aktualnej topologii sieci PROFINET , porównanie z topologią zadaną w konfiguracji jak również wykonanie szybkiej diagnostyki problemów z połączeniami pomiędzy stacjami.

Jeżeli w sieć zostanie wpięty przełącznik bez stosu PROFINET (profinet stack), detekcja topologii oraz sprawdzenie konfiguracji nie będą funkcjonować poprawnie.

Wymiana urządzeń podczas pracy

W przypadku wymiany urządzenia PROFINET, jeżeli topologia została zdefiniowana w konfiguracji sieci, sąsiednie stacje mogą przypisać nazwę do wymienianego urządzenia automatycznie, bez potrzeby ręcznego przypisywania nazwy. Skraca to czas konfiguracji i uruchomienia stacji w przypadku jej wymiany czy też uruchomienia całej sieci PROFINET.

Jeżeli nowe urządzenie automatycznie otrzyma nazwę, CPU przypisze mu określony adres IP a następnie prześle konfigurację i parametry.
Jeżeli w sieć zostanie wpięty przełącznik bez stosu PROFINET, wymiana urządzenia z sąsiadującym urządzeniem PROFINET i automatycznym przypisaniem nazwy nie będzie możliwa.

Wyszukiwanie urządzeń

Wiele urządzeń tego samego typu może być rozmieszczonych obok siebie w szafie elektrycznej (np. napędy, stacje I/O). Aby ułatwić identyfikację konkretnego komponentu w sieci, urządzenia PROFINET wspierają funkcjonalność „LEDs blink” (miganie diodami LED), która może być aktywowana poprzez narzędzie programistyczne. Przełącznik zarządzalny może być identyfikowany w ten sposób.

Protokół redundancji mediów MRP

Przełączniki do sieci PROFINET firmy Helmholz wspierają redundancję mediów (MRP) poprzez porty 1 + 2 jako klient MRP. Skrót MRP oznacza „Media Redundancy Protocol” – protokół redundancji mediów. MRP umożliwia tworzenie sieci pierścieniowych, dzięki czemu poprawna praca sieci jest możliwa nawet w przypadku uszkodzenia któregoś z przewodów lub urządzeń.

Funkcja MRP może zostać aktywowana w konfiguracji sprzętowej. W przypadku przerwania połączenia, przełącznik do sieci PROFINET przesyła komunikaty diagnostyczne do sterownika.

Niezarządzalne przełączniki nie wspierają tej funkcjonalności.

Parametry portu przełącznika

Każdy port przełącznika PROFINET może być indywidualnie skonfigurowany w konfiguracji sprzętowej.

Niezarządzalne przełączniki nie posiadają możliwości konfiguracji w środowisku programistycznym.

Identyfikacja i serwisowanie (I&M)

Mechanizmy identyfikacji i przesyłania danych serwisowych dostarczają informacje do urządzenia, np. wersję sprzętową i wersję oprogramowania oraz numer seryjny. Dodatkowe informacje mogą być również przechowywane w urządzeniu.

Diagnostyka przez PROFINET

Przełączniki do sieci PROFINET mogą wysyłać komunikaty diagnostyczne do sterownika oraz wyświetlać je w środowisku programistycznym, w przypadku przerwania, bądź błędu w połączeniu sieci.

Diagnostyka przez interfejs sieciowy

Obszerne informacje i ustawienia funkcji przełącznika dostępne są z poziomu przeglądarki www w menu „Switch”.

Statystyka

Szczegółowa statystyka dotycząca transferu danych dostępna jest z poziomu menu „Statistics”. Jakość transmisji może być monitorowana w zakładce „Statistics by error”.

Port mirroring

Aby móc przechwytywać w celu analizy transmitowane ramki należy w przełączniku do sieci PROFINET aktywować kopiowanie ruchu na portach. Dzięki funkcji „port mirroring” transmisja ramek z jednego portu jest kopiowana na inny port, co pozwala na wykorzystanie systemów do analizy ruchu sieciowego.

Materiał opracowany na podstawie publikacji firmy Helmholz GmbH & Co. KG

Wszelkie prawa zastrzeżone.

Autor dołożył wszelkich starań aby informacje przedstawione w opracowaniu były kompletne i rzetelne, nie ponosi jednak żadnej odpowiedzialności ani za ich wykorzystanie ani za szkody spowodowane ewentualnymi błędami. Występujące w tekście zastrzeżone znaki firm są zastrzeżonymi znakami firmowymi bądź towarowymi ich właścicieli. Żadna część tej pracy nie może być powielana i rozpowszechniana w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób włącznie z fotokopiowaniem lub przy użyciu innych systemów, bez pisemnej zgody wydawcy.