Comunicação Industrial: Algumas características importantes em Switches Industriais. O uso de switches ethernet é cada vez maior em redes industriais, não resta dúvida, e essa utilização não é de agora. Sabemos também que esses equipamentos utilizados em redes industriais desempenham um papel importante na organização da rede e na forma como os dados trafegam por ela. A utilização de switches inteligentes (gerenciáveis) tornam a rede mais confiável, possibilitando determinar prioridade de pacotes (QoS), envio de pacotes para grupos (multicast), lan s virtuais (VLANs), controle de tráfego, roteamento, recuperação por falhas, e outras inúmeras funcionalidades. O objetivo desse trabalho é comentar algumas características dos switches industriais gerenciáveis. Nem todo switch utilizado em redes industriais é inteligente, pois o custo inviabiliza a sua adoção em alguns casos. Existem switches industriais não gerenciáveis, mas que possuem características para atuarem em redes industriais, tais como case (muitas vezes IP30), tamanho, possibilidade de prender em trilho, redundância da fonte de alimentação, entre outras. Lembramos que o ambiente onde esses equipamentos são instalados são muitas das vezes extremamente agressivos e por isso necessitam de equipamentos que suportem a agressividade ambiental para que seu controle seja bem feito: Multiple Super Ring (MSR) MSR é a nova geração de tecnologia de redes em anel, que inclui diversas novas tecnologias para diferentes aplicações e estruturas de redes redundantes, gerando maior flexibilidade nas topologias em anel. Com a tecnologia MSR, o tempo de recuperação (failover time deixando claro que failover é a capacidade de chaveamento automático em caso de falha, para um sistema redundante ou em standby) é reduzido para até 5ms, dependendo da topologia e do número de equipamentos, podemos ter variação nesse tempo de 5ms até 20ms, com 0s de tempo de restauração. Nas figuras abaixo um melhor entendimento da tecnologia: Figuras 1,2 e 3 apresentam Rapid Super Ring com recuperação entre 5 e 20ms com seleção automárica de novo Ring Master :
Figuras 4 e 5 apresentam RSP com 0s de tempo de restauração:
O MSR facilita a conexão (comunicação) com os switches gerenciáveis do core da rede, pelo padrão RSTP (Rapid Spanning tree protocol), através de múltiplos caminhos ou nós, para aumentar e/ou incrementar a confiabilidade da rede pela tecnologia RDH (Rapid Dual Homimg). Multiring até 32 anéis num único switch:
MSR (Multiple Super Ring) RSR (Rapid Super Ring) & MultiRing & TrunkingRing MSR (Multiple Super Ring) RSR (Rapid Super Ring) & MultiRing & TrunkingRing & AnyRing (compatibilidade entre anéis de diferentes fabricantes) MSR RDH (Rapid Dual Homing)
QoS: Qualidade de serviço pode ser definida como a capacidade de se priorizar o tráfego garantindo (determinismo) de dados (pacotes) importantes, para que sejam entregues de forma consistente e segura. Em telecomunicações, o uso de soluções QoS, tem como objetivo priorizar pacotes de voz, imagem e dados, dependendo para a escolha da priorização a aplicação. Em Automação essa priorização é mais voltada a pacotes de dados. Obviamente há aplicações em que voz e imagens estão presentes no ambiente, isto é, que informações são mais importantes e tem que ser recebidas imediatamente ou logo após terem sido geradas? VLAN: Virtual Lan ou Lans virtuais, ocorrem quando um grupo de dispositivos alocados em locais diferentes se comunicam como se estivessem no mesmo segmento físico. VLANs facilitam a organização da rede de forma lógica sem restrições por conexões físicas. No ambiente corporativo VLANs podem ter inúmeras aplicações, mas vamos usar como exemplo para facilitar o entendimento, a separação por departamentos. Imagine uma empresa com diversos departamentos (Marketing, vendas, engenharia, etc) e centenas ou milhares de funcionários. Seria melhor para o administrador de rede que todos os componentes de determinado departamento estivessem pendurados no mesmo switch, mas isso é inviável. Daí entram as VLANs que organizam num mesmo segmento virtual componentes de um mesmo departamento sem ter que pendurá-los num mesmo switch. Com isso podemos ter uma VLAN para o Marketing, para engenharia e etc. Podemos usar o mesmo raciocínio para o ambiente de automação, aonde temos diversos instrumentos com funções igauis em locais diferentes da planta. Com VLANs temos a vantagem de formar grupos de instrumentos com as mesmas características.
IGMP Snooping: Internet Group Management Protocol. É um protocolo de gerenciamento da rede que permite que somente dispositivos que façam parte de determinado grupo recebam aquela informação, que é importante para quele grupo e não para todos que pertençam a rede. Dessa forma há uma melhor perfomance da rede como um todo pois haverá menos pacotes trafegando pela rede, pois estes pacotes são muitas vezes desnecessários para quem não faz parte daquele grupo. Em automação, devido à grande quantidade de instrumentos no campo inundando a rede com informações que todos recebem, podem ser criados grupos que receberão somente informações que sejam interessantes e importantes para ele.
IEEE 802.3ad: Para assegurar a disponibilidade do link e aumentar sua capacidade, o padrão IEEE 802.3ad Link Aggregation Control Protocol (LACP) pode negociar automaticamente uma porta para geragação dinâmica entre switches. Duas ou mais conexões Fast Ethernet são combinadas ordenadamente para aumentar a largura de banda e e criar links resilientes e redundantes. PoE Power Over Ethernet: É a transmissão de energia elétrica no mesmo cabo que envia pacotes de dados. Dessa forma lugares distantes, ou de difícil acesso, aonde os equipamentos precisam ser instalados, além do cabo de dados, deve-se pensar na infra elétrica, o que muitas vezes pode inviabilizar a instalação ou torná-la bem mais cara. A tecnologia PoE pode ser a solução para alguns desses casos. Existem diversos tipos de distribuição de energia (Power distribution) no mercado. Alguns compatíveis com o padrão PoE (IEEE 802.3af PoE ou IEEE 802.3at PoE-Plus), outros que consomem alta potência, outros que não seguem padrão e recebem uma carga de 24Vdc diretamente. O importante é escolher um switch que funcione bem tanto com sistemas padronizados, quanto não padronizados.
- Planejando seu sistema PoE como um todo: Korenix Tech. Fonte: Quando estiver especificando seu sistema para trabalhar como PoE certifique-se de qual padrão ele está seguindo ou se não está seguindo nenhum padrão, para com isso especificar corretamente o switch. Verifique se os dispositivos suportam essa características ou se será necessário utilizar spliter ou injector (que vai depender de cada situação). Quais dispositivos estarão conectados ao sistema via PoE e como contornar situações como queda de alimentação, isto é, que tipo de redundância será dado ao sistema para evitar uma queda no tráfego das informações. Diferenciando IEEE 802.3af e IEEE 802.3at: O padrão 802.3af foi desenvolvido para fornecer alimentação em 15.4W ou pelo menos 12.9W por porta (é a primeira norma internacional a definir o envio de PoE). Mas com novas funcionalidades de dispositivos como câmeras Pan/Tilt, houve a necessidade de se fornecer mais energia para os sdispsoitivos do que o padrão IEEE 802.3af suporta., daí surgiu o padrão IEEE 802.3at PoE Plus com o objetivo de aumentar a potência disponível para 30W (possivelmente até 60W), para com isso proporcionar maior potência para essas aplicações. Fonte: Alan Flatman.
Redundância na Fonte de alimentação: O equipamento deve prover no mínimo 2 entradas e uma ampla faixa de alimentação, de 12VDc a 48VDC, suportando também -48VDC para aplicações industriais. Importante observar a resistência dos equipamentos para excesso (picos) ou carência de tensão. Observamos no mercado que muitos suportam a carência ou excesso, o que diferencia nesse caso, é a faixa de suporte. Outro fator importante é com relação a inversão de polaridade, nesse caso, percebemos que poucas marcas suportam a inversão, a maioria queima. Conclusão: Há outras inúmeras funcionalidades e caracterísiticas de switches industriais gerenciáveis, que não foram mencionadas nesse breve artigo. Nosso objetivo foi mostrar de forma resumida algumas características importantes que otimizam a forma de uso da rede, deixando-a com uma melhor perfomance e caracteristicas importante para a auotmação industrial. Não entramos e nem era essa a nossa intenção em detalhes de protocolos, tipos de protocolos industriais e nem em detalhes de configuração. Para maiores informações consulte os cursos da ISARJ www.isarj.org.br Marcello Bello é formado em Telecomunicações com Pós em Automação Industrial e consultor técnico da MASBTEC Projetos&Serviços. Contatos: Tels: 55-21-3251-5969 / 55-21-7846-0597 E-mail: bello@masbtec.com.br