Switch công nghiệp là gì?
Còn được gọi là Industrial Ethernet Switch, là một thiết bị chuyển mạch công nghiệp, switch công nghiệp Ethernet được sử dụng trong điều khiển công nghiệp. Giúp mở rộng hệ thống mạng, giảm bớt chi phí đầu tư, với hiệu suất cao. Nó sử dụng giao thức TCP / IP minh bạch và thống nhất. Mạng đã trở thành tiêu chuẩn truyền thông chính trong lĩnh vực điều khiển công nghiệp. Thiết bị chuyển mạch công nghiệp có hiệu suất, được thiết kế để chịu được môi trường khí hậu khắc nghiệt, độc hại. Với nhiều loại sản phẩm và cấu hình cổng linh hoạt, có thể đáp ứng nhu cầu của nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Sản phẩm có thiết kế chịu được nhiệt độ cao, chế độ bảo vệ IP30, IP40 và hỗ trợ các giao thức dự phòng mạng (Ring) giúp cho hệ thống luôn được đầy tải.
Không có sự khác biệt cơ bản giữa lớp mạng dữ liệu với lớp mạng và lớp giao thức. Tuy nhiên, đối với các yêu cầu thời gian thực của điều khiển công nghiệp, Ethernet công nghiệp giải quyết giao tiếp thời gian thực, bảo mật mạng, an toàn nội tại và chống cháy nổ bảo mật. Các vấn đề kỹ thuật như công nghệ, sử dụng một số biện pháp phù hợp với môi trường công nghiệp như chống sốc, chống rung, chống rơi tự do… Về cơ bản cốt lõi không khác với Ethernet thông thường, mà chỉ là thiết bị chuyển mạch mạng Ethernet công nghiệp với độ bền cao, khả năng chống chịu đc các tác động môi trường khắc nghiệt.
Cấu trúc mạng switch công nghiệp
Thiết bị chuyển mạch Ethernet công nghiệp được thiết kế đặc biệt để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng công nghiệp linh hoạt, cung cấp giải pháp truyền thông Ethernet công nghiệp hiệu quả về chi phí. Phương thức tập trung, dự phòng mạng một cách hiệu quả. Với các loại vòng lặp mạng khác nhau cho hiệu quả khác nhau. Ngoài ra còn có các giao thức vòng lặp riêng được thiết kế bởi các nhà cung cấp khác nhau dựa trên STP và RSTP, chẳng hạn như RingOn, vòng mở RingOpen, vòng FRP và vòng turbo. Sự phát triển của các trung tâm đã dẫn đến một thiết bị được gọi là bộ chuyển mạch không được quản lý. Nó cho phép định tuyến các tin nhắn từ cổng này sang cổng khác, làm cho chúng thông minh hơn các trung tâm.
Switch chuyển mạch công nghiệp không được quản lý (switch công nghiệp unmanager) sẽ tự động phát hiện tốc độ mạng của từng thiết bị mạng. Ngoài ra, nó có một chức năng gọi là “Bảng địa chỉ MAC” để xác định và ghi nhớ các thiết bị trên mạng. Nói cách khác, nếu cổng 2 nhận được một tin nhắn có mã nhận dạng cụ thể, thì bộ chuyển mạch sẽ gửi tất cả các tin nhắn có mã nhận dạng cụ thể đó đến cổng 2. Sự thông minh này tránh xung đột tin nhắn và cải thiện hiệu suất truyền, một cải tiến lớn so với các trung tâm. Tuy nhiên, các thiết bị chuyển mạch công nghiệp không được quản lý không thể thực hiện bất kỳ hình thức phát hiện giao tiếp và cấu hình dự phòng nào.
Thế hệ thiết bị kết nối Ethernet tiếp theo là bộ chuyển mạch được quản lý (Switch công nghiệp quản lý mạng). Switch được quản lý ngày càng có nhiều chức năng phức tạp hơn các trung tâm và switch không được quản lý, đồng thời đắt hơn nhiều — thường lớn gấp ba đến bốn lần so với switch không được quản lý. Các thiết bị chuyển mạch được quản lý cung cấp nhiều chức năng hơn và thường được định cấu hình đầy đủ thông qua giao diện web hoặc phần mềm đi kèm. Nó có thể tự động tương tác với các thiết bị mạng và người dùng có thể cấu hình thủ công tốc độ mạng và điều khiển luồng cho mỗi cổng. Một số thiết bị cũ có thể không sử dụng được tính năng tương tác tự động nên việc cấu hình thủ công là không thể thiếu. Hầu hết các thiết bị chuyển mạch được quản lý cũng thường cung cấp các tính năng nâng cao như SNMP để giám sát và cấu hình từ xa (Giao thức quản lý mạng đơn giản), ánh xạ cổng để chẩn đoán, VLAN để nhóm thiết bị mạng (Mạng cục bộ ảo), Chức năng xếp hạng ưu tiên để đảm bảo việc vượt qua mức độ ưu tiên tin nhắn, v.v. Với một công tắc được quản lý, bạn có thể thiết lập một mạng dự phòng. Với cấu trúc liên kết vòng, các chuyển mạch được quản lý có thể tạo thành mạng vòng. Mỗi bộ switch công nghiệp được quản lý có thể tự động xác định đường truyền tối ưu và đường dẫn thay thế, đồng thời tự động chặn đường dẫn thay thế khi đường dẫn ưu tiên bị gián đoạn. Các thiết bị chuyển mạch được quản lý có thể được quản lý theo một số cách: thông qua quản lý cổng nối tiếp RS-232 (hoặc cổng song song), thông qua quản lý trình duyệt web và thông qua quản lý phần mềm quản lý mạng.
Quản lý thông qua cổng nối tiếp
Thông thường switch chuyển mạch công nghiệp thường đi kèm một sợi dây cáp để quản lý cấu hình mạng.. Đầu tiên cắm một đầu của cáp nối tiếp vào cổng nối tiếp ở mặt sau của switch, và đầu kia được cắm vào cổng nối tiếp của máy tính thông thường. Sau đó, bật nguồn công tắc và máy tính. Chương trình “HyperTerminal” có sẵn trong cả Windows 98 và Windows 2000. Mở “HyperTerminal”. Sau khi thiết lập các thông số kết nối, bạn có thể tương tác với switch thông qua cáp nối tiếp. Phương pháp này không chiếm băng thông của switch, vì vậy nó được gọi là “Out of band”. Trong chế độ quản lý này, switch cung cấp giao diện bảng điều khiển hướng menu hoặc giao diện dòng lệnh. Bạn có thể sử dụng phím “Tab” hoặc phím mũi tên để di chuyển qua các menu và menu con, nhấn Enter để thực hiện các lệnh thích hợp hoặc sử dụng bộ lệnh quản lý công tắc chuyên dụng để quản lý công tắc. Bộ lệnh của các hãng công tắc khác nhau là khác nhau, thậm chí các công tắc của cùng một hãng thì các lệnh cũng khác nhau. Sử dụng các lệnh menu thuận tiện hơn trong hoạt động.
Quản lý cấu hình switch công nghiệp qua web
Thiết bị chuyển mạch công nghiệp, switch công nghiệp quản lý thông qua Web (trình duyệt web), nhưng switch phải được gán một địa chỉ IP. Địa chỉ IP này không có công dụng nào khác ngoài switch quản lý. Theo mặc định, switch không có địa chỉ IP. Bạn phải kích hoạt địa chỉ IP thông qua cổng nối tiếp hoặc các phương tiện khác để kích hoạt chế độ quản lý này. Khi sử dụng trình duyệt web để quản lý switch, switch tương đương với một máy chủ web, nhưng trang web không được lưu trữ trong đĩa cứng, nhưng trong NVRAM của switch, chương trình web trong NVRAM có thể được nâng cấp bởi chương trình. Khi quản trị viên nhập địa chỉ IP của switch vào trình duyệt, switch sẽ chuyển trang web đến máy tính giống như một máy chủ. Tại thời điểm này, có cảm giác như bạn đang truy cập một trang web, như trong Hình 2. Cách này chiếm băng thông của switch, vì vậy nó được gọi là “in band”. Nếu bạn muốn quản lý switch, chỉ cần nhấp vào mục chức năng tương ứng trong trang web và thay đổi các thông số của switch trong hộp văn bản hoặc danh sách thả xuống. Quản lý web có thể được thực hiện trên mạng LAN, do đó có thể quản lý từ xa.
Quản lý bằng phần mềm quản lý mạng
Các thiết bị chuyển mạch công nghiệp, switch công nghiệp quản lý mạng đều tuân theo giao thức SNMP (Simple Network Management Protocol), là một tập hợp các thông số kỹ thuật quản lý thiết bị mạng phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế. Bất kỳ thiết bị nào tuân thủ giao thức SNMP đều có thể được quản lý bởi phần mềm quản lý mạng. Bạn chỉ cần cài đặt một bộ phần mềm quản lý mạng SNMP trên một máy trạm quản lý mạng là có thể dễ dàng quản lý các thiết bị chuyển mạch, bộ định tuyến, máy chủ,… trên mạng thông qua mạng LAN. Giao diện thông qua phần mềm quản lý mạng SNMP được thể hiện trong Hình 3. Đây cũng là một phương pháp quản lý trong băng tần. Việc quản lý switch quản lý mạng có thể được quản lý theo 3 cách trên. Nó được sử dụng theo cách nào? Trong cài đặt ban đầu của bộ chuyển mạch, thường phải thông qua quản lý ngoài băng tần; sau khi thiết lập địa chỉ IP, bạn có thể sử dụng chế độ quản lý trong băng. Quản lý trong băng tần Vì dữ liệu quản lý được truyền qua mạng LAN được sử dụng công khai nên có thể đạt được quản lý từ xa, nhưng tính bảo mật không mạnh. Quản lý ngoài băng tần được giao tiếp thông qua cổng nối tiếp. Dữ liệu chỉ được truyền giữa bộ chuyển mạch và máy quản lý nên tính bảo mật rất cao; tuy nhiên, do giới hạn của chiều dài cáp nối tiếp, không thể thực hiện quản lý từ xa. Vì vậy, cách nào để xem xét các yêu cầu của bạn về bảo mật và khả năng quản lý. Switch chuyển mạch công nghiệp được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, chủ yếu trong an toàn mỏ than, vận chuyển đường sắt, tự động hóa nhà máy, hệ thống xử lý nước và an ninh đô thị…./
Sự khác biệt giữa switch chuyển mạch công nghiệp và switch thường
Điểm khác chủ yếu thể hiện ở chức năng và hiệu suất. Chức năng chủ yếu đề cập đến thực tế là các thiết bị chuyển mạch Ethernet công nghiệp có chức năng gần hơn với giao tiếp mạng công nghiệp, chẳng hạn như kết nối với các bus trường khác nhau, dự phòng các thiết bị và thời gian thực của các thiết bị; Sự khác biệt về hiệu suất chủ yếu thể hiện ở sự thích nghi với các thông số môi trường bên ngoài. Ngoài nhiều môi trường khắc nghiệt như mỏ than và tàu, môi trường công nghiệp có các yêu cầu đặc biệt về EMI (tương thích điện từ), nhiệt độ, độ ẩm và bụi. Trong số đó, nhiệt độ có ảnh hưởng rộng rãi nhất đến các thiết bị mạng công nghiệp:
+ Thành phần của các thiết bị chuyển mạch công nghiệp cao hơn, chức năng tiêu chuẩn phù hợp công nghiệp
+ Môi trường: switch chuyển mạch công nghiệp có thể đáp ứng các môi trường khắc nghiệt, khả năng chống rung, sốc, chống ăn mòn, bụi bẩn…
+ Khí hậu: Switch công nghiệp phù hợp hơn với khí hậu tốt hơn, bao gồm nhiệt độ và độ ẩm.
+ Môi trường điện từ: Switch công nghiệp có khả năng chống nhiễu điện từ mạnh mẽ.
+ Điện áp hoạt động: Switch công nghiệp có dải điện áp hoạt động rộng
+ Thiết kế bộ nguồn: Switch chuyển mạch thông thường sử dụng nguồn đơn nhưng switch công nghiệp sử dụng nguồn kép (dự phòng 1+1)
+ Phương pháp lắp đặt: Thiết bị chuyển mạch Ethernet công nghiệp có thể được lắp đặt trong đường ray và giá đỡ DIN. Switch thường sử dụng giá đỡ và máy tính để bàn. • Phương pháp làm mát: Các thiết bị chuyển mạch Ethernet switch công nghiệp thường sử dụng vỏ bọc không quạt để tản nhiệt, trong khi các thiết bị chuyển mạch thông thường được phân phối bằng quạt.