Системы автоматизации, которые в последнее время активно внедряются на всех видах транспорта, должны решать большой круг задач, в том числе обеспечивать надежную связь внутри системы и самодиагностику. Представлены сетевые Ethernet-коммутаторы серий КЛС и КЛС-1000 разработки и производства компании «КОНТИНЕНТ» – современное техническое решение, которое адаптировано для применения в составе промышленных сетей как общего назначения, так и на транспорте.
В сфере промышленной автоматизации всегда были актуальны задачи повышения гибкости, надежности, ускорения масштабирования и поиска неисправностей. За полувековую историю существования данной области перечисленные задачи решены не полностью. Значительный прогресс в гибкости и масштабировании достигнут за счет стандартизации, в том числе в части протоколов обмена данными, и унификации использования систем управления и взаимодействия с оператором, вместе с которыми в состав систем автоматизации вошли блоки с интерфейсом Ethernet IEEE 802.3. В задачах управления освещением или климатом время доставки команд управления критичным не является, поэтому сеть работает по стандартам IEEE 802.3 без изменений. При работе в сетях реального времени используют модифицированные протоколы промышленного Ethernet, такие как EtherNet/IP, Modbus TCP, применяющие коммутаторы для взаимодействия между устройствами, а также EtherCAT, PROFINET и другие, в рамках которых взаимодействие между устройствами организуется без использования коммутаторов. Широкое распространение Ethernet-сеть получила и в автоматизации на транспорте.
Отечественные вагоностроители одними из первых в мире разработали и внедрили в серийное производство пассажирские вагоны дальнего следования с системой управления и диагностики электрооборудования на основе устройств, взаимодействующих по интерфейсу Ethernet, который сегодня одинаково активно применяется в вагонах метро, электропоездах, на локомотивах, в трамваях, троллейбусах, автобусах и электробусах.
Обратив внимание на рынок коммутаторов для промышленного и транспортного применений, легко заметить, что на нем широко представлена продукция не производителей сетевого оборудования (Juniper, Netgear, TP-Link и т. д.), а таких компаний, как MOXA, HARTING, Hirschmann, Phoenix Contact, Selectron, «КОНТИНЕНТ», которые включили коммутаторы в перечень своей продукции, имея опыт работы в области промышленной автоматизации. Последняя из перечисленных компаний является отечественной и в нынешних внешнеполитических условиях обращает на себя особое внимание. С 2005 года ООО «КОНТИНЕНТ» выпускает промышленную электронику, а с 2014 года – управляемые промышленные коммутаторы 2-го уровня КЛС и КЛС-1000 для подвижного состава всех типов.
За годы работы в сфере промышленной и транспортной электроники «КОНТИНЕНТ» стал одной из ведущих организаций и сформировал ряд типовых технических решений, принятых за основу другими организациями при решении схожих задач. На основе накопленного опыта эксплуатации и перечня решаемых задач компания выработала обязательные требования к ряду устройств, в том числе сетевым промышленным коммутаторам.
Основные задачи, решаемые с использованием сети Ethernet на транспорте:
- сбор диагностической информации с устройств вагона, входящих в системы сигнализации, контроля доступа в помещения и др.;
- формирование команд для управления скоростью движения, освещением, микроклиматом и др.;
- синхронизация работы силовых агрегатов;
- отправка диагностической информации в ситуационный центр;
- регистрация пассажиров на рейс;
- информирование пассажиров;
- IP-телефония;
- трансляция мультимедийного контента;
- видеонаблюдение;
- подсчет пассажиропотока;
- предоставление беспроводного доступа в интернет.
Рассмотрим особенности сети подвижного состава на примере пассажирского поезда. Эта сеть сложней и больше, чем на большинстве видов транспорта, отличается количеством устройств (их около 20 в каждом вагоне) и регулярными изменениями масштаба сети, связанными с формированием поезда, в том числе по пути следования. Последнее неразрывно связано с проблемой надежности межвагонных проводных соединений, которая решается путем резервирования связей, в том числе беспроводными межвагонными подключениями. Общая длина состава может превышать 25 вагонов. На рис. 1 показана упрощенная типовая схема сети одного пассажирского вагона.
Рис. 1. Упрощенная схема сети пассажирского вагона (увеличить изображение)
С точки зрения программного обеспечения промышленный коммутатор в сети подвижного состава наряду с выполнением стандартных функций L2 (VLAN, QoS, RSTP, IGMP-snooping, IGMP Querier, Rate Limit) должен обладать дополнительными возможностями по диагностике работы сети, основанными на построении топологии сети коммутаторов. Все коммутаторы фирмы «КОНТИНЕНТ» на веб-странице визуализируют топологию сети. Коммутаторы серии КЛС-1000, разработанные в 2017 году, обладают рядом дополнительных функций работы с сетью, что позволяет упростить работу с ней и информировать администратора о состоянии через интернет. Данный набор функций, описание которого выходит за рамки нашей статьи, зависит от решаемых задач и непрерывно совершенствуется в тесном сотрудничестве с пользователями.
При работе КЛС-1000 в составе пассажирского поезда диагностика Ethernet-сети средствами коммутатора позволяет в условиях эксплуатации оперативно, без дополнительного привлечения спецсредств и персонала осуществлять поиск неисправностей подключений. На рис. 2 изображен фрагмент веб-станицы КЛС-1000 с топологией сети пассажирского поезда (без визуализации оконечных устройств), использованный сотрудниками службы сервиса при поиске неисправности.
Рис. 2. Фрагмент топологии пассажирского поезда с неисправными межвагонными проводными подключениями
На фрагменте показана часть коммутаторов поездной сети, в каждом вагоне коммутаторы подключены по топологии «кольцо», подсеть с тремя коммутаторами расположена в штабном вагоне. Нижний ряд двойных стрелок – проводные подключения между вагонами с резервированием. Верхний ряд стрелок – беспроводная связь между вагонами. Подписи на стрелках – используемые для подключения номера портов коммутаторов. На схеме видно полное отсутствие проводных связей у одного из вагонов, коммутаторы с ошибкой подключения обведены на схеме красным кантом. Поиск любой аналогичной неисправности без такой визуализации топологии сети занимает более 30 минут, которые в период активизации пассажирских перевозок не всегда имеются в распоряжении у сервисной группы. Благодаря данной функциональности КЛС-1000 ошибка подключения межвагонных связей была быстро обнаружена и устранена в минимальные сроки без применения дополнительных специализированных программ, например NetXMS, навыками владения которой обладают не все сотрудники сервисных групп.
Применение коммутаторов в промышленных сетях выдвигает ряд требований к аппаратной части коммутатора:
- наличие входа резервного питания при необходимости обеспечивать работу от аккумулятора;
- реле состояния для автоматизации диагностики коммутаторов внешними устройствами;
- бюджетирование и приоритизация подключения нагрузок РоЕ в соответствии с IEEE 802.3at, LLDP-MED или указанием вручную потребляемой мощности нагрузки и приоритета подачи питания, что позволяет при переходе на батарейное питание отключить часть устройств, питаемых по РоЕ;
- соответствие нормам промышленного оборудования в части устойчивости к внешним механическим, климатическим воздействиям и электро-магнитной совместимости.
Подробней с техническими характеристиками сетевых промышленных коммутаторов КЛС и КЛС-1000 можно ознакомиться на сайте производителя: kontinent-spb.ru. На рис. 3 показаны типовые конструкции коммутаторов КЛС/КЛС-1000: с креплением на DIN-рейку, для установки в 19-дюймовый крейт c высотой модулей 3 U и для крепления на плоскость с соединителями типа М12. Программное обеспечение не зависит от типа конструкции.
Рис. 3. Типовые конструкции сетевых коммутаторов КЛС и КЛС-1000: а – с креплением на DIN-рейку; б – для установки в 19-дюймовый крейт c высотой модулей 3 U; в – для крепления на плоскость с соединителями типа М12
Коммутаторы КЛС/КЛС-1000 успешно применяются в составе сетей подвижного состава различных видов (пассажирские поезда дальнего следования, электропоезда, локомотивы и др.) и пригодны для применения в других промышленных сетях. В ряде случаев коммутаторы фирмы «КОНТИНЕНТ» позволяют осуществлять диагностику и ремонт сетей без дополнительных затрат.
В сложившейся внешнеполитической ситуации безостановочный выпуск продукции, а при необходимости адаптация сетевых коммутаторов под технические требования заказчиков возможны в первую очередь благодаря сосредоточению у коллектива компании «КОНТИНЕНТ» разработки программного и аппаратного обеспечения, а также производства не только конечных изделий, но и технологических приспособлений для их серийного изготовления.
Новость опубликована в журнале «ИСУП»