Switch công nghiệp là gì?
Switch công nghiệp là gì? Switch công nghiệp hay còn gọi là Industrial Ethernet Switches là các thiết bị chuyển mạch (bộ chia mạng) được thiết kế để hoạt động trong các điều kiện và môi trường công nghiệp khắc nghiệt, có tổng thời gian hoạt động dài hơn các dòng Switch Ethernet thông thường. Để đạt được quyết định tốt hơn, switch mạng công nghiệp sử dụng các giao thức chuyên biệt kết hợp với Ethernet. Các giao thức switch công nghiệp phổ biến hơn là PROFINET, EtherNet / IP, EtherCAT, SERCOS III và POWERLINK.
Với Ethernet switch công nghiệp, tốc độ truyền dữ liệu dao động từ 10 Mbit/s đến 1 Gigabit/giây. Tuy nhiên, 100 Mbit /giây là tốc độ phổ biến nhất được sử dụng trong các ứng dụng Ethernet switch công nghiệp. Switch phải đáp ứng tiêu chuẩn chống bụi bẩn, rung, sốc điện, nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp…
Những đặc tính quan trọng của Switch công nghiệp như (nhiệt độ, Shock, rung, va chạmv.v) đều đáp ứng hoặc vượt trên những yêu cầu trong việc kết nối tới các thiết bị như PCL, Ethernet I/O, HMI, v.v. phần lớn các loại Ethernet switch thông thường có nhiệt độ làm việc từ 0-40C và không đáp ứng các tiêu chuẩn về chống rung, Shock. Nhưng phần lớn các IE switch đáp ứng nhiệt độ làm việc từ 0-75C có thể lên tới 85C, và chịu đựng khả năng rung shock cực tốt. Hơn nữa các IE Switch công nghiệp được thiết kế rất chắc chắn và tất cả được làm bằng vỏ kim loại sử dụng phù hợp với Din-Rail hoặc Panel mounting, những thiết kế mà hầu hết các IT switch không có được. Hầu hết các loại Switch thông thường và bộ chuyển tín hiệu thông thường không thiết kế sẵn các phương án gá lắp hợp lý.
Switch mạng công nghiệp hoạt động thế nào?
Các giao thức switch công nghiệp như PROFINET và EtherCAT điều chỉnh Ethernet chuẩn không những gửi nhận chính xác mà còn đúng thời gian và hàng loạt. Ví dụ, khi một nhà máy với rất nhiều dây chuyền sản xuất đóng gói. Khi một lệnh đóng gói từ máy chủ chuyển đi, nó phải đảm bảo rằng các máy đóng gói nhận được cùng lúc và hàng loạt. Lúc này máy sẽ đóng gói cùng lúc và không làm chậm trễ dây chuyền. Sau đó 1 lệnh từ nhà máy báo rằng dừng lại, tất cả sẽ đồng loạt dừng, giống như thời gian thực.
Switch mạng công nghiệp giúp cho các máy xử lý cùng lúc đồng loạt và tiết kiệm thời gian, không làm chậm trễ tiến độ. Chính vì thế nào phải hoạt động cực kỳ mạnh mẽ và đồng bộ với nhau.
Các ưu điểm của Ethernet switch công nghiệp
- Đảm bảo gửi nhận liên tục cùng lúc đúng thời gian
- Gửi nhận đồng loạt không chậm trễ
- Phân chia tới các máy client một cách chính xác không sai sót
- Hoạt động liên tục với nguồn cấp dự phòng
- Switch công nghiệp đạt tiêu chuẩn Class I Div 2
- Có thể hoạt động trong môi trường cháy nổ, bụi bặm
- Tính bảo mật cực cao
- Có phần mềm quản lý
Sự khác biệt khác giữa Switch thường và Switch công nghiệp
Switch thường thường được sử dụng nhiều trong nhà, văn phòng, công ty nhỏ hơn trong các thiết lập công nghiệp. Switch thường ở văn phòng được thiết kế cho dưới dạng cơ bản, không thể hoạt động rộng và xử lý nhiều tác vụ nhanh chóng và đồng loạt được. Trong khi đó switch công nghiệp xử lý được nhiều tác vụ hơn, mạnh mẽ hơn.
Cáp và đầu nối cũng có thể khác nhau trong công nghệ switch công nghiệp. Ví dụ, các cáp nối trong witch mạng công nghiệp sẽ không phải là các cơ chế khóa snap-in cơ bản. Do môi trường khắc nghiệt hơn, cần có cơ chế khóa nặng hơn. Các đầu nối kín cũng thường cần thiết trong các ứng dụng nặng.
Cáp cũng có thể khác nhau giữa switch ethernet thương mại hoặc văn phòng và switch công nghiệp. Các loại cáp công nghiệp nhẹ có thể có chất lượng cao hơn so với cáp ethernet thông thường. Các vỏ cáp trong tác vụ công nghiệp cũng to và dày hơn trong văn phòng.
Chuẩn gửi nhận dữ liệu với tốc độ dữ liệu vượt trội là ưu điểm của switch trong công nghiệp. Nhiều tác vụ, nhiều chức năng, nhiều máy client nên dòng switch này phải có chuẩn gửi nhận dữ liệu lớn, đồng bộ, ít bị lỗi và phải đồng bộ. Những điều này witch thường khó làm được.
Ngoài ra việc kết nối phải đảm bảo liên tục, không bị lỗi, có nguồn cấp điện dự phòng để tránh gián đoạn sản xuất. Đây là khác biệt rất lớn với switch thường.
Industrial Ethernet switch có thay thế được Switch thông thường?
Switch thường được sử dụng nhiều và thường xuyên trong các văn phòng trước khi Switch công nghiệp được biết tới. Switch thông thường được biết đến với các yếu tố như khả năng làm việc đơn giản, giá thành rẻ. Không đòi hỏi quá nhiều chức năng, không mạnh mẽ. Chính vì nó không đáp ứng được nhu cầu và yêu cầu khắt khe, đồng loạt và mạnh mẽ nên nó dễ dàng bị các công ty thay thế bằng industrial Ethernet switch. So với các loại Ethernet switch và Router thông thường.
Industrial Ethernet Switch cung cấp nhiều lợi ích hơn với 4 tiêu chí chính để có thể thay thế những Ethernet switch thông thường đang được sử dụng. Tất cả các tính năng thay thế của Switch và hub thông thường được liệt kê ra dưới đây:
Kết nối tập trung, hoạt động trong môi trường khắc nghiệt
Bình thường, các thiết bị mạng dân dụng hoạt động được điều chỉnh và cạy cáp tới mọi node Ethernet công nghiệp. Điều này không những tốn kém mà còn giảm độ tin cậy. Industrial Ethernet switches giảm dây cáp lai dắt, giảm chi phí.
Thiết bị hoạt động mát trong môi trường khắc nghiệt
Khi sử dụng switch thường ta phải sử dụng các loại dây có vỏ bọc chịu được nhiệt độ, độ ẩm, bụi, cháy nổ…Điều này rất tốn kém và tốn công. Nhưng Switch công nghiệp sẽ lắp trực tiếp ở môi trường khắc nghiệt đó luôn. Bạn không cần lo lắng nó sẽ xảy ra vấn đề vì nó đã được sản xuất để chịu được môi trường đó rồi. Một lần nữa bạn lại giảm được chi phí.
Giảm hư hỏng và bảo mật cao
Khi khách hàng bất chấp lắp Switch thường ở môi trường khắc nghiệt. Nó sẽ nhanh chóng hư hỏng, bạn lại mất công sửa chữa và bảo trì. Kết nối gián đoạn, chi phí tăng cao. Nhưng Switch công nghiệp thì không, nó bền bỉ và hoạt động tốt. Ngoài ra việc nó bảo mật rất cao sẽ giúp ích nhiều cho môi trường công ty công nghệ…Đặc biệt nó ít bị dính virus và các dữ liệu xấu tấn công.o.
• Sử dụng Hubs thay vì switches? Tại sao phải sử dụng máy tính công nghiệp?
Trong khi Hub rẻ hơn Switch, nhưng chúng không loại bỏ được những xung đột, vì vậy mà tạo ra các vấn đề liên quan đến xung đột khi truyền tin trong mạng Ethernet. Thảo luận sau đây sẽ minh họa sự khác biệt giữa Switches và hubs.
Hub cũng được biết đến như một bộ lặp, là một thiết bị đơn giản để kết nối các node Ethernet.
Hub chuyển tất cả gói dữ liệu nhận được từ một trạm tới tất cả các port. Tất cả người dùng được kết nối tới một hub đơn hoặc các Hub được kết nối với nhau để chia sẻ cùng một băng thông. Như các nodes được thêm vào mạng, chúng cạnh tranh cho một số lượng hữu hạn các băng thông (điển hình là 10 or 100 Mbs). Vì vậy, chắc chắn sẽ xả ra sự xung đột dữ liệu khi một hub được sử dụng và mạng định tuyến (khả năng để đảm bảo một gói dữ liệu được gửi/nhận trong một số lượng hữu hạn của thời gian). Đây là lý do chính khiến Ethernet có đã từng có thời gian không được chấp nhận trong ứng dụng điều khiển. Hầu hết các hệ thống điều khiển có một yêu cầu thời gian nhất định để truyền gói tin (<100ms). Điều này không được đảm bảo với một Hub và đặc biệt là khi mạng đang bận. Bạn hãy hình dung những vấn đề này có thể là nguyên nhân gây ra những lỗi trong các ứng dụng điều khiển.
Điều này tương tự như một làn đường duy nhất. Bạn không thể vào làn cho đến khi không có bất kỳ ai tham gia giao thông trên làn ấy. Với một Hub, bạn không thể gửi một gói tin cho đến khi mạng lưới trống. Tương tự khác là một line điện thoại. Nếu bạn chia sẻ một đường dây điện thoại với 8 người, bất cứ lúc nào và bất kỳ người nào nhận được cuộc gọi đến, điện thoại của người khác cũng sẽ đổ chuông. Tất cả người dùng sẽ phải trả lời để xác định liệu các cuộc gọi được gọi cho họ hay người khác. Ngoài ra, không ai có thể dùng line điện thoại này khi một người nào khác đang sử dụng.
Một Ethernet Switch công nghiệp, là một thiết bị phức tạp hơn với sự thông minh để kết nối các nút Ethernet. Switch loại bỏ vấn đề trong việc định nghĩa mạng bằng cách cung cấp băng thông đầy đủ với lưu trữ đến từng nút hoặc một nhóm các nút. Switch loại bỏ tất cả các xung đột mà thường làm cho Ethernet không xác định được điểm gửi nhận. Một Switch sẽ chỉ gửi dữ liệu chỉ tới cổng mạng hoặc segment thích hợp, chứ không dự liệu cho toàn bộ mạng giống như hub. Switch chuyển dữ liệu dựa trên địa chỉ MAC (duy nhất cho mỗi thiết bị phần cứng trên mạng) có trong các gói dữ liệu. Switch phải lưu trữ các địa chỉ MAC của mỗi thiết bị nó giao tiếp, đòi hỏi tốc độ cao dual ported SRAM (hub không có yêu cầu bộ nhớ). Switch xác định vị trí của mỗi nút và thiết lập kết nối tạm thời giữa nó với nút và chấm dứt khi gói tin được chuyển giao.
Sử dụng tương tự trong ứng dụng đường cao tốc , chúng tôi đã biến con đường một làn thành một làn đường cao tốc 8 làn. Một làn đường có thể được dành riêng cho các nút quan trọng, đảm bảo đường truyền luôn thông suốt trong một thời gian định trước.
Giống như điện thoại di động, điện thoại đổ chuông khi có ai đó gọi cho bạn và bạn có thể sử dụng điện thoại của mình ngay cả khi người khác đang sử dụng.
Tóm lại
Tóm lại, một Industrial Ethernet Switch giúp làm tăng băng thông mạng và cung cấp định mạng cho các ứng dụng điều khiển công nghiệp, và cung cấp các giải pháp với chi phí hoàn hảo nhất cho môi trường công nghiệp.
