SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

RuggedCom - Создавая надежность

В статье рассматривается специализированное сетевое и коммуникационное оборудование для энергетики от компании RuggedCom. Приведен обзор основных характеристик и используемых технологий. 

ООО “Символ-Автоматика”, г. Москва

simvol.jpg


Для многих промышленных предприятий в различных отраслях уже давно не новой является тенденция, связанная с использованием общей коммуникационной схемы, сущность которой состоит в возможности взаимодействия между различными интеллектуальными электронными устройствами по общей и единой технологии.  Энергетика в этом отношении не стала исключением. Инициатива применения подобной схемы возникла у крупных североамериканских предприятий в конце 80-х годов прошлого столетия. Результатом стал стандарт, известный как Utility Communications Architecture 2.0 (UCA2.0). В настоящее время он является международным стандартом IEC61850. В основе описанной им сетевой архитектуры лежит технология Ethernet. Благодаря этому, а также за счет поддержки Ethernet всеми производителями электронных интеллектуальных устройств, эта система передачи данных на электроподстанциях стала самой распространенной в мире. 

Оборудование RuggedCom по праву считается стандартом  de facto для энергетики. Несмотря на достаточно большое количество вендоров-производителей Industrial Ethernet оборудования, RuggedCom смог лучше других адаптировать свою продукцию к данной отрасли. Причина - нацеленность на рынок  подстанций уже на стадии проектирования устройств и разработки технологий защиты данных.

pic1.jpg

Рис. RuggedSwitch™ M969 10-портовый управляемый Ethernet коммутатор с магистральными
оптическими портами с классом защиты IP66/IP67 и MIL-STD


Технологии RuggedCom 

Все сетевое и коммуникационное оборудование, которое производит RuggedCom, является RuggedRated™, этот слоган можно истолковать как “износостойкий”. RuggedRated свидетельствует о специфике оборудования и о его пригодности к промышленным условиям эксплуатации. Естественно, для того, чтобы соответствовать данному утверждению, оборудование должно иметь следующие характеристики: отказоустойчивость в энергетической промышленности: IEC 61850-3 и IEEE 1613 (электрические подстанции), IEC 61000-6-2 и IEC 61800-3 (промышленное оборудование), NEMA TS 2 (оборудование для управления трафиком); безошибочная работа в условиях ЭМИ: технология Zero-Packet-Loss™ , IEEE 1613. Устройства должны поддерживать передачу данных по оптоволоконному кабелю на коротких и длинных расстояниях, работать в расширенном температурном диапазоне от -40 до 85 °C, иметь систему пассивного охлаждения (без вентиляторов) и систему резервирования питания. Также при создании данного оборудования особое внимание уделяется его конструктивным особенностям. Так, оборудование имеет гальванизированные стальные удароустойчивые корпуса высокой прочности для крепления на DIN-рельс или в 19-дюймовую стойку. Кроме того, оборудование успешно проходит множество тестов и испытаний, демонстрируя при этом высокое время наработки на отказ. Наиболее красноречивым доказательством, сказанного выше, является тот факт, что все продукты RuggedCom имеют гарантийный срок эксплуатации 5 лет.

pic2.jpg

Рис. RuggedSwitch™ RSG2200 9-портовый гигабитный модульный
управляемый Ethernet коммутатор

Компания “RuggedCom” первой разработала технологию Zero-Packet-Loss™ (ZPL). Данная технология позволяет сети подстанции выполнять операции без потерь даже одного пакета данных при сильных электромагнитных наводках. Такие стандарты, как IEC 61850-3 и IEEE 1613, описывают типовые испытания устройств на электромагнитную совместимость с окружающей средой: 15 жестких ЭМИ тестов. Промышленные устройства - контроллеры, защитные релейные системы, датчики - работают в условиях жестких ЭМИ. Из этого можно сделать вывод: коммутаторы Ethernet должны иметь равные или лучшие характеристики, чем оборудование, с которым они соединяются, дабы не возникало ошибок на каком-либо этапе решения задачи: как при формировании пакета, так и в процессе его передачи. Оптические Ethernet коммутаторы RuggedSwitch с поддержкой технологии ZPL гарантируют безаварийную работу в условиях сильного электромагнитного излучения. Это означает, что можно не опасаться какой-либо потери данных, ошибок или задержек во время передачи данных в любых местах, где есть мощные генераторы ЭМИ. 

Технология Cyber Security™ применяется в тех системах, где  надежность играет важнейшую роль. Например, в электроэнергетике, в транспортном и военном производстве, а также в других отраслях, где предъявляются повышенные требования к защите информации. Поскольку для компании RuggedCom важна уверенность, что все ее продукты оснащены современными защитными механизмами, соответствующими требованиям промышленных стандартов, ею были исследованы различные достижения и разработки в стандартах защиты промышленного производства, таких как: NERC CIP, ISA S99, AGA 12, IEC 62443, ISO 17799:2005 и PCSRF SPP-ICS. Благодаря комбинированию средств защиты в продуктах RuggedSwitch™ заказчики RuggedCom имеют возможность установить электронную защиту вокруг важнейших инфраструктур для предотвращения сбоя важных приложений при несчастных случаях или при умышленных атаках. 

pic3.jpg

Рис. RuggedServer™ RS400 4-портовый Serial сервер с полностью интегрированным
управляемым коммутатором


eRSTP™ - enhanced Rapid Spanning Tree Protocol
    
Основная работа Ethernet коммутатора заключается в распределении потока данных между его портами. Коммутатор анализирует каждый пакет данных, запоминает МАС адрес его получателя и порт, на который он был перенаправлен. В следующий раз, когда поступит пакет данных с тем же МАС адресом, коммутатор будет знать, на какой внешний порт его направить. Если МАС адрес получателя пакета не известен, то коммутатор автоматически рассылает его на все внешние порты. Такая схема работы, кажущая, на первый взгляд, простой и потому надежной, имеет один существенный недостаток. При образовании в сети “петли”, т.е. возможности общаться более чем по одному порту двум соседним коммутаторам, и при получении одним из них пакета без MAC адреса получателя возникает бесконечная циркуляция данного пакета. Результатом этого становится “широковещательный шторм”, при котором подобные никому не адресованные пакеты данных занимают всю полосу пропускания, выводя сеть из строя. Для предотвращения такой ситуации используется протокол “основного дерева”  IEEE 802.1D Spanning Tree Protocol (STP). Это достигается за счет поддержки всеми коммутаторами в сети STP процесса идентификации возникновения петель. При обнаружении петля логически разрывается за счет блокировки одного из портов создающих ее коммутаторов. В случае же физического обрыва одной из связей “дерева” коммутатор восстанавливает логически разорванную связь, восстанавливая тем самым целостность сети. Однако  устранение таких неисправностей в STP происходит слишком медленно (приблизительно 100 с) для приложений реального времени. Фактически такая скорость неприемлема даже для  офисных сетей, не говоря уже о производстве и транспорте.

 
pic4.jpg

Рис. Маршрутизатор RuggedRouter RX1000

Следующим этапом эволюции стало появление протокола скоростного “основного дерева” IEEE 802.1W Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Эта версия намного превзошла предшествующую по скорости восстановления работоспособности (менее 10 с), но это также медленно для большинства приложений реального времени. STP и RSTP были созданы для смешанных и сетчатых топологий и неоптимизированны для кольца, RSTP может включать в кольцо не более 31 коммутатора. 

Исходя из вышесказанного, перед инженерами RuggedCom была поставлена задача по усовершенствованию RSTP в двух направлениях: первая - уменьшение времени восстановления работоспособности сети, вторая -  увеличение максимально возможного количества коммутаторов в одном кольце. В результате дальнейшей работы специалистами RuggedCom была увеличена скорость восстановления данных до 5 мс на сегмент (участок между двумя коммутаторами) и увеличено число коммутаторов в кольце до 80. Полученная кольцевая технология резервирования была названа enhanced RSTP (eRSTP). В данном случае очень важным является тот факт, что коммутаторы RuggedCom, работающие в кольце eRSTP, одновременно поддерживают  RSTP для возможности совместной работы с коммутаторами других производителей. Все вендоры-производители Industrial Ethernet устройств предлагают свои технологии кольцевого резервирования. Однако проблема заключается в том, что одновременное использование этих патентованных технологий и классического для всего оборудования RSTP не всегда возможно.  Что касается RuggedCom, то он избавился от этой не нужной конечному пользователю несовместимости - промышленная кольцевая сеть на коммутаторах RuggedCom легко объединится с помощью RSTP с корпоративной сетью, например, на Cisco. 

pic5.jpg
Рис. RuggedMC™ RMC40 4-портовый неуправляемый Ethernet коммутатор
(скоростной медиаконвертор)


Продукция RuggedCom
 
Компания “RuggedCom” имеет весь комплекс Ethernet устройств, предназначенных специально для работы в неблагоприятных условиях электроподстанций, транспорта и промышленных объектов. Все сетевое оборудование обладает рядом специфических свойств и общепринятых стандартов.


Коммутаторы RuggedSwitch™

Коммутаторы RuggedSwitch спроектированы компанией RuggedCom для надежной  работы в суровых условиях промышленной среды, электромагнитных волн и неблагоприятного климата. Коммутаторы RuggedSwitch соответствуют и превосходят известные промышленные стандарты (IEC 61850-3, IEEE 1613, NEMA TS 2) для надежной передачи данных, что делает их идеальными для выполнения критически важных функций в сетях реального времени.

Неуправляемые Ethernet коммутаторы под различные типы оптики и витую пару, поддерживают дальнюю оптическую связь на расстояния от 20 до 90 км. Эти устройства одобрены CSA/UL 60950 для работы при температуре  до +85 °C. 

Управляемые коммутаторы: компактные устройства для монтажа на DIN-рельс и для установки в 19" стойку, с поддержкой магистральных гигабитных оптических портов выполнены в 18 AWG оцинкованном стальном корпусе. Все управляемые коммутаторы обладают операционной системой Rugged ROS™, которая поддерживает режим автоматического конфигурирования (plug and play) - автоматическое запоминание, согласование скоростей и автокроссирование; протоколы резервирования RSTP (802.1w) и Enhanced Rapid Spanning Tree (eRSTP™); приоритезацию трафика QoS (802.1p); виртуальные сети VLAN (802.1q) с поддержкой GVRP; транкование - организацию логического канала путем соединения нескольких физических соединений (802.3ad); IGMP Snooping для фильтрования широковещательного трафика и др. функциональность второго уровня.

Управляемые Ethernet коммутаторы с защитой IP67 - пыле- влагозащищенные 10-портовые управляемые Ethernet коммутаторы Ruggedcom RS969 с магистральными оптическими портами. 


Маршрутизаторы RuggedRouter™ 

RuggedRouter RX1000 создан для жестких промышленных условий с использованием технологии защиты данных “Cyber Security”. В нем сочетаются маршрутизатор, межсетевой экран (firewall) и шлюз VPN. RuggedRouter используется для защиты важных сегментов сети, обеспечивая контроль и автоматизацию управления, предотвращая отказ сети во время аварийных ситуаций или внешних атак, например, для защиты и охраны SCADA системы участка сети, связывающегося с Internet или с частной сетью компании. Идеально подходит для использования на электрических подстанциях, производственных цехах и в системах управления трафиком. 


Серверы RuggedServer™ 

RuggedServer - семейство выносливых преобразователей последовательного (serial) интерфейса в Ethernet, спроектированных для работы в жестких промышленных условиях. 

Например, устройство RS400 имеет четыре последовательных порта (RS232/485/422), соединяющихся с встроенными четырьмя портами полностью управляемого Ethernet коммутатора, также в него может быть интегрирован  V.90 модем (опционально). 

     
Медиаконвертеры RuggedMC™ 

RuggedMC™ - семейство защищенных медиа-конвертеров (преобразователей оптическое волокно - витая пара) от компании Ruggedcom, для надежной работы в жестких промышленных условиях. Семейство RuggedMC™ поддерживает встроенные источники питания (без внешних адаптеров) в едином корпусе. 


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(16)_2007

Научно-технический отдел, ООО “Символ Автоматика”, г. Москва,
тел.: (495) 988-84-01, 
E-mail: info@symbol-avtomatika.ru