Описание коммутаторов

• Семейство SCALANCE X-400 включает в свой состав модульные коммутаторы Industrial Ethernet, медиа модули и расширители. Коммутаторы обеспечивают поддержку передачи данных со скоростями 100 и 1000 Мбит/с через различные среды (витая пара, оптические кабели) и позволяют получать требуемое количество портов подключения к сети. Основной областью применения коммутаторов данной серии являются высокопроизводительные сети заводского уровня (уровень управления). Благодаря модульной конструкции коммутаторы X-400 легко адаптируются к требованиям любой решаемой задачи.
• Коммутаторы X414-3E оснащены двумя встроенными гигабитными интерфейсами Ethernet для подключения витых пар (100 или 1000 Мбит/с) и соединения нескольких коммутаторов друг с другом. Сетевые узлы и станции подключаются через 12 Fast Ethernet TP портов (100 или 10 Мбит/с), встроенных в коммутатор.
• Справа от коммутатора может быть установлен расширитель, поддерживающий работу еще восьми Fast Ethernet TP портов.
• Встроенная система управления резервированием обеспечивает скоростной выбор каналов передачи данных в больших сетях как для гигабитных интерфейсов Ethernet (SCALANCE X-400 в кольцевой структуре), так и для интерфейсов Fast Ethernet (SCALANCE X-400, SCALANCE X-200 и OSM/ESM в одном кольце).
• Для включения в оптические кольца гигабитного Ethernet, сигналы обоих портов гигабитного Ethernet могут быть конвертированы в оптические сигналы с помощью медиа модуля ММ, оснащенного 2 портами гигабитного Ethernet. Медиа модули имеют мультимодовое (длина оптического кабеля до 750 м) и одномодовое (длина оптического кабеля до 10 км) исполнение.
• С помощью медиа модулей ММ коммутаторы SCALANCE X-400 могут включаться в 100 Мбит/с оптические кольца с модулями SCALANCE X204-2 или OSM.
• Второй съемный медиа модуль с 2 оптическими портами Fast Ethernet позволяет производить оптическое подключение удаленных сетевых узлов.
• Дистанционная диагностика коммутатора может выполняться с использованием диагностических функций PROFInet (в подготовке), с помощью Web браузера или протокола SNMP.
• Коммутаторы серии SCALANCE X-400 обеспечивают поддержку офисных стандартов и позволяют достаточно просто интегрировать промышленные в существующие офисные сети. Допускается установка виртуальных сетей (VLAN).
• Поддержка стандартных процедур резервирования (Rapid Reconfiguration Spanning Tree Protocol) обеспечивает возможность резервированного подключения к сетям верхнего уровня управления предприятием (в подготовке).

• Гибкое конфигурирование сетей Industrial Ethernet с электрическими и оптическими каналами связи; топология сети, тип и количество портов могут быть легко адаптированы к структуре предприятия.
• Высокая надежность, обеспечиваемая:
  • использованием резервированных источников питания;
  • использованием оптических кольцевых структур сети и встроенной системой резервирования каналов передачи данных;
  • возможностью замены и расширения медиа модулями во время работы коммутатора;
  • возможностью замены коммутатора без повторного конфигурирования системы за счет сохранения параметров конфигурации с съемном модуле памяти C-PLUG.
• Надежный обмен данными благодаря минимальному времени автоматического реконфигурирования сети в случае возникновения отказа (не более 0.3 с).
• Простая технология подключения оптических кабелей к SC гнездам (гигабитный Ethernet), а также BFOC гнездам (Fast Ethernet). Наличие готовых оптических кабелей с установленными в заводских условиях соединителями.
• Простое конфигурирование больших сетей без расчета времени распространения сигналов.
• Простота мониторинга и диагностики с использованием сигнального контакта, дискретных входов, протокола SNMP и каналов электронной почты.
• Снижение инженерных затрат для программируемых контроллеров, приборов и систем человеко-машинного интерфейса за счет интеграции в единую концепцию (SFM) обработки аварийных сообщений SIMATIC (в подготовке).
• Защита инвестиций в существующие сети за счет
  • простой интеграции существующих 10 Мбит/с станций или сегментов в сети Fast Ethernet со 
    скоростью передачи данных 100 Мбит/с;
  • увеличения производительности путем распределения нагрузки и использования скоростей передачи 100 и 1000 Мбит/с;
  • простой интеграции в системы управления сетевой инфраструктурой на основе протокола SNMP.
• Поддержка виртуальных сетей VLAN позволяет выполнять интеграцию в Enterprise Security Policies
• Ограничение нагрузки при использовании широковещательных протоколов (например, голосовой или видеосвязи) с помощью IGMP snooping (в подготовке)
• Диапазон рабочих температур от 0 до +60°C.
• Работа с естественным охлаждением, низкие затраты на эксплуатацию.

Изделия SCALANCE X-400 позволяют выполнять конфигурирование коммутируемых сетей заводского уровня, в которых нужна не только высокая надежность передачи данных и широкие диагностические возможности, но и большое количество коммуникационных портов, высокая скорость передачи данных, поддержка электрических и оптических каналов связи. Модули SCALANCE X-400 имеют степень защиты IP20 и предназначены для установки в шкафы управления.

SCALANCE X414-3E

• Консоль управления с высокой степенью концентрации приборов
• Звездообразный концентратор, включенный в шину заводского уровня (приложения с высокой концентрацией приборов)
• X414-3E подготовлен для использования 3-го коммутационного уровня (обновление микропрограмм планируется в середине 2005 года)

SCALANCE X414-3E

Коммутатор Industrial Ethernet SCALANCE X414-3E формирует ядро системы продуктов серии SCALANCE X-400. Он поддерживает технологию коммутируемых сетей и имеет широкие диагностические возможности.

Кроме двух встроенных гигабитных Ethernet TP портов (10, 100 или 1000 Мбит/с, гнезда RJ45) для соединения SCALANCE X-400 между собой и 12 встроенных Fast Ethernet TP портов (10 или 100 Мбит/с, гнезда RJ45), SCALANCE X414-3E оснащен одним разъемом для установки медиа модуля с двумя встроенными гигабитными Ethernet портами и двумя разъемами для установки медиа модулей, каждый из которых имеет два встроенных оптических порта Fast Ethernet.

За счет использования расширителя соответствующего типа коммуникационный интерфейс X414-3E может быть дополнен 8 электрическими или оптическими портами Fast Ethernet. Таким образом, максимальная конфигурация коммутатора позволяет поддерживать два оптических или электрических порта гигабитного Ethernet и до 24 портов Fast Ethernet, из которых от 4 до 12 портов могут быть оптическими. Монтажная ширина с установленным расширителем соответствует 19».

SCALANCE X414-3E оснащен следующими интерфейсами:

• Порт консоли (Ethernet TP порт) для локальной настройки параметров, диагностики, загрузки микропрограмм и синхронизации с резервным коммутатором
• Слот для установки съемного модуля памяти C-PLUG, в котором хранятся параметры настройки системы
• Терминальный блок для подключения резервированных цепей питания =24 В
• Один выход вывода сообщений для простой идентификации отказа
• Дискретные входы для управления моментами фиксации состояний и передачей диагностической информации через SCALANCE X-400 (состояний светодиодных индикаторов, регистрационной таблицы, аварийных сообщений или сообщений электронной почты). Например, к этим входам могут быть подключены сигнальные контакты различных сетевых компонентов.

С помощью светодиодов производится отображение большого объема оперативной и статусной информации. Управление режимами отображения производится с помощью кнопок.

Для обеспечения надежной работы SCALANCE X414-3E необходимо два блока питания =24 В. Для этой цели рекомендуется использовать блоки питания программируемого контроллера S7-300.

Медиа модули (ММ) SCALANCE X-400

Использование медиа модулей позволяет производить подключение коммутатора Industrial Ethernet SCALANCE X414-3E к оптическим каналам связи. Медиа модули выпускаются в дух модификациях, позволяющих использовать для связи одно- или или мультимодововые оптические кабели. Модули ММ могут устанавливаться или меняться без отключения коммутатора. SCALANCE X414-3E поддерживает работу двух оптических гигабитных портов Ethernet и до 4 оптических портов Fast Ethernet.

Модификации медиа модулей:

• MM491-2; 
  2 оптических порта (ST гнезда) 100 Мбит/с для подключения мультимодового оптического кабеля длиной до 3 км
• MM491-2LD; 
  2 оптических порта (ST гнезда) 100 Мбит/с для подключения одномодового оптического кабеля длиной до 26 км
• MM492-2; 
  2 оптических порта (SC гнезда) 1 Гбит/с для подключения мультимодового оптического кабеля длиной до 550 м
• MM492-2LD; 
  2 оптических порта (SC гнезда) 1 Гбит/с для подключения одномодового оптического кабеля длиной до 10 км

Установка гигабитного медиа модуля деактивирует встроенные гигабитные TP порты Ethernet коммутатора. Установка одного медиа модуля Fast Ethernet позволяет получить два оптических порта на один слот коммутатора. Установка и замена медиа модулей может выполняться без отключения коммутатора.

Модули расширения (EM) SCALANCE X-400

В правой части корпуса SCALANCE X414-3E расположен интерфейс расширения. Один модуль расширения, укомплектованный четырьмя медиа модулями, позволяет дополнительно получать 8 оптических портов Fast Ethernet.

Модификации модулей расширения:

• EM495-8; 
  с 8 TP портами (гнезда RJ45) 10/100 Мбит/с; позволяет увеличивать количество Fast Ethernet TP портов, обслуживаемых одним SCALANCE X414-3E, до 20 (12 встроенных портов + 8 портов модуля расширения).
• EM496-4; 
  с 4 слотами для установки медиа модулей, в каждый из которых встроено два оптических порта Fast Ethernet

Применение коммутаторов серии SCALANCE X-400 обеспечивает возможность получения целого ряда преимуществ:

• Простое подключение витых пар
• Использование гигабитного Ethernet для организации обмена данными между коммутаторами SCALANCE X-400
• Подключение оптических каналов связи через медиа модули
• Снижение затрат на запасные части 
  Электрические и оптические каналы связи обслуживаются одним базовым модулем. Для обслуживания оптических каналов связи он должен быть дополнен медиа модулями

Повышение производительности сети

За счет фильтрации (на основе анализа MAC адресов) передаваемых через Ethernet данных существенно снижается нагрузка на сеть. Локальные данные остаются локальными. Через коммутатор пропускаются только те данные, которые адресованы в другую подсеть.

Простое конфигурирование и расширение сети

Коммутатор сохраняет данные, полученные через свои порты, и обеспечивает их независимую передачу по адресам назначения. Обнаружение конфликтных ситуаций (методом CSMA/CD) не ограничивает их распространения по сети.

Ограничение распространения ошибок в подключенных подсетях

SCALANCE X-400 передает только пакеты данных с правильной контрольной суммой (CRC).

Интеграция существующих 10 Мбит/с подсетей в 100 Мбит/с сети Fast Ethernet

В TP портах коммутатор X-400 автоматически распознает линии приема и передачи данных (автокроссировка), скорость передачи данных (10 или 100 Мбит/с), режим работы сети (дуплексный или полудуплексный).

Скоростной обмен данными между SCALANCE X-400 на скорости 1 Гбит/с

Коммутаторы X-400 оснащены двумя встроенными гигабитными портами Ethernet для организации обмена данными друг с другом.

Быстрое реконфигурирование кольцевой сети

Для повышения надежности передачи данных в сети коммутаторами X-400 используются оптические кольцевые топологии. Коммутаторы X-400 оснащены встроенной системой управления резервными маршрутами передачи данных, которая осуществляет непрерывный мониторинг целостности оптического кольца. При обнаружении повреждения оптического кольца коммутатор SCALANCE X-400 активирует резервные маршруты передачи данных. На выполнение этих операций он тратит не более 0.3 с. Обмен данными в кольце с коммутаторами SCALANCE X-400 может происходить на скорости 1000 Мбит/с. В кольцах с коммутаторами SCALANCE X-400 и модулями SCALANCE X-200 или OSM/ESM обмен данными выполняется на скорости 100 Мбит/с.

Резервированное подключение к корпоративной сети (в подготовке)

Коммутатор X-400 обеспечивает поддержку стандартных процедур резервирования: Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) — быстрый протокол охвата дерева. Это позволяет осуществлять резервированное подключение промышленных подсетей к сети корпоративного уровня. При таком подключении появление отказа будет сопровождаться реконфигурированием сети, выполняемым в течение нескольких секунд.

Поддержка виртуальных сетей (VLAN)

Для структуирования сетей Industrial Ethernet с быстро растущим количеством пользователей одна физически существующая сеть может быть разбита на несколько виртуальных сетей.

Ограничение нагрузки при использовании широковещательных протоколов (голосовая связь через IP, видео связь) (в подготовке)

Анализируя адреса источника и приемников широковещательных сообщений (IGMP snooping), коммутатор X-400 выполняет фильтрацию данных, снижая нагрузку на сеть.

Синхронизация времени

Диагностические сообщения снабжаются отметками времени. Синхронизация часов всех сетевых станций выполняется с помощью передатчика сигналов точного времени SICLOCK, что позволяет избежать во всей сетевой структуре ошибок, связанных с различием локальных времен отдельных станций.

Простая замена прибора

Все параметры настройки коммутатора X-400 сохраняются в съемном модуле памяти C-PLUG. Это позволяет производить замену коммутатора без повторного конфигурирования системы связи.

Сетевые топологии и конфигурирование сети

Коммутаторы X-400 позволяют легко адаптировать топологию сети к структуре предприятия. При этом обеспечивается поддержка следующих сетевых структур или комбинации перечисленных ниже структур:

• Fast Ethernet и гигабитное кольцо с быстрым включением резервных маршрутов передачи данных; 
  для обеспечения повышенной надежности передачи данных, до 50 коммутаторов X-400 может быть охвачено кольцом протяженностью до 150 км. При повреждении кольца коммутаторы X-400 выполняют реконфигурирование маршрутов передачи данных за время, не превышающее 0.3 с.
• Звездообразная структура с коммутаторами X-400: 
  Каждый коммутатор X-400 поддерживает работу до 22 портов, используемых для подключения сетевых узлов или подсетей, образующих звездообразную структуру.

При конфигурировании сетей необходимо соблюдать следующие условия:

• Максимальная длина линии связи между двумя соседними модулями при использовании мультимодового оптического кабеля не должна превышать:
  • 3000 м при скорости передачи данных 100 Мбит/с
  • 750 м при скорости передачи данных 1 Гбит/с
• Максимальная длина линии связи между двумя соседними модулями при использовании одномодового оптического кабеля не должна превышать:
  • 26 км при скорости передачи данных 100 Мбит/с
  • 10 м при скорости передачи данных 1 Гбит/с
• Максимальная длина линии связи между двумя соседними модулями при использовании витой пары не должна превышать: 
  100 м

При конфигурировании сетей можно не учитывать параметры времени распространения сигналов и некоторые другие расчетные параметры, поскольку сфера из влияния распространяется на линию, подключенную к одному отдельно взятому порту и не распространяется на логические соединения между коммутируемыми портами.

Проверка и диагностика

Варианты настроек непосредственно на коммутаторе:

• Система управления резервированием маршрутов передачи данных (Redundancy manager — RM); 
  При подключении коммутатора X-400 к кольцевой сети включается режим RM. Порты, не задействованные в кольцевых структурах, RM использует для подключения сетевых станций и других сетей.
• Сигнальная маска; 
  Для контроля текущих состояний X-400 с помощью кнопки выполняется целый ряд настроек, называемых сигнальной маской. Сингнальная маска определяет перечень коммуникационных портов и входов подключения питания, которые будут подвергаться мониторингу во время работы. В дальнейшем обнаружение неисправности в работе перечисленных устройств будет вызывать срабатывание сигнального контакта.

Диагностические возможности:

• Информация, отображаемая с помощью светодиодов:
  • режим RM
  • режим резервирования
  • состояние сигнального контакта
  • наличие напряжения питания на двух входах коммутатора
  • состояния коммуникационных портов
  • режим работы коммуникационного порта (10/100/1000 Мбит/с, дуплексный/ полудуплексный режим передачи данных)
  • сигнальная маска (установленные состояния)
• Сигнальный контакт коммутатора может подключаться, например, к входу программируемого контроллера, что позволяет получать своевременную информацию о неисправности X-400.
• Через последовательный интерфейс к коммутатору может подключаться программатор или компьютер, с которого могут формироваться необходимые команды (command line interface — CLI)
• Мониторинг через Industrial Ethernet; 
  поддерживающий следующие варианты:
  • Диагностические сообщения PROFInet системы распределенного ввода-вывода, передаваемые через коммутатор X-400, могут отображаться соответствующими инструментальными средствами проектирования SIMATIC или обрабатываться программой контроллера PLC (в подготовке). Полная интеграция в систему обработки аварийных сообщений SIMATIC (SFM) позволяет резко снижать инженерные затраты программирование контроллеров, приборов и систем человеко-машинного интерфейса.
  • Дистанционный мониторинг с использованием Web браузера: 
    Выбор коммутатора X-400 через сеть с компьютера, оснащенного Web браузером
  • Дистанционный мониторинг на основе протокола SNMP: 
    Интеграция коммутатора X-400 через сеть со станции управления сетью

Сетевой менеджмент

Сетевой менеджмент поддерживает выполнение следующих функций:

• Парольная защита доступа со стороны администратора (чтение и запись данных) и пользователя (только чтение)
• Считывание информации о версии прибора и статусной информации
• Установка сигналов, маски резервирования, адресов
• Установка параметров VLAN и служб широковещательных сообщений
• Установка параметров Rapid Spanning Tree (в подготовке)
• Фиксация параметров настройки портов (скорость передачи данных, дуплексный/ полудуплексный режим работы)
• Вывод статистической информации
• Диагностика траффика данных с помощью настраиваемого «зеркального» порта и стандартного коммерческого анализатора сети
• Загрузка новых версий микропрограмм или параметров конфигурации через сеть с использованием TFTP сервера
• Сохранение параметров конфигурации или регистрационной таблицы в TFTP сервере с передачей данных через сеть

При выявлении неисправности в работе сети коммутатор X-400 способен формировать и пересылать аварийное сообщение в систему управления сетью, а также отправлять сообщения по каналам электронной почты по адресам, определенным системным администратором.

Использование SCALANCE X-400 в системе управления процессом

На шине терминалов в центре управления используется два коммутатора SCALANCE X414-3E с расширителями. Оба коммутатора связаны электрическим кольцом со скоростью передачи данных 1 Гбит/с. Несколько панелей оператора разделены между двумя коммутаторами, что позволяет сохранять работоспособность системы при выходе из строя одного из коммутаторов. Шина терминалов и заводская шина связаны между собой через резервированные серверы.

Шина заводского уровня выполнена в виде оптического кольца, к которому подключено три секции предприятия со своими серверами:

• Через коммутатор SCALANCE X-400 без расширителя к сети Industrial Ehernet подключены резервированные контроллеры S7-400H. В случае отказа базового блока контроллера или коммутатора данная секция предприятия продолжает функционировать.
• Через коммутатор SCALANCE X414-3E с расширителем выполняется звездообразное подключение стандартных программируемых контроллеров. В этом случае отказ коммутатора будет приводить к потере связи отдельных контроллеров с сетью.

Резервированная сеть со SCALANCE X-400