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西门子工业以太网交换机的冗余环间互连-1

   随着一个工厂生产规模扩大,其生产线会同步的增加,生产线的工业控制网络的规模也会相应地扩大。当一个已经投产的由工业以太网冗余环网组成工业控制网络的生产线或车间,在进行新建产线或车间实现扩产后,如需要对全部产线进行集中监控,则要求原生产线与新建产线的工业控制冗余环网进行互连,形成统一的生产控制网络。以太网冗余环之间的互连需要采用必要的协议以实现不同冗余环解耦,确定不发生数据环路转发。


    西门子工业以太网交换机支持多种以太网冗余环协议。采用不同环冗余协议时,冗余环间互连的采用的协议存在着明显不同,在具体应用中应根据实际需求选择环间互连协议。接下来将对西门子工业以太网交换机支持的环互连协议进行说明。


1. Standby(备用)用于HRP高速冗余协议环间互连协议


    HRP高速冗余协议是西门子公司开发的以太网环网冗余协议,适用于西门子管理型SCALANCE X200/300/400/500系列工业以太网交换机。 HRP冗余环的配置在此不做进一步讨论,参考西门子工业以太网交换机配置手册。
    Standby备用与HRP协议一样是西门子开发的私有协议,其实现将HRP冗余环的互连。在实际使用时,必须与HRP协议同时使用。连接两个HRP环的两个备用Standby冗余交换机彼此交换数据帧,以同步其工作状态(一个设备为主站Standby Master,另一个为从站Standby Slave)。如果没发生链路故障,仅激活由主设备Standby Master到另一网段的连接,从站设备Standby Slave连接处于备用passive状态。如果此连接失败(例如,由于连接断开或设备故障),只要问题仍然存在,从设备就会激活其连接。备用Standby网络重构时间小于300ms。 两个HRP环的Standby备用冗余连接如下图:



RM为环管理器,参与备用互连交换机可以同时作为环管理器。在正常运行情况下,建议参与备用互连的两台交换机的直连端口保持互通,即便是同时作为环管理器需选择非备用端口互连。 备用冗余协议支持多HRP环互连,甚至是多HRP环的级联互连。 



图2这种连接方式的优点是配置工作少,只要求中心环上的互连交换机支持备用功能,实施快捷。缺点是备用的Master和Slave发生主备切换时,会影响到所有连接的HRP环。


 


图上连接方式特点是备用连接相互独立,备用的Master和Slave分散在不同环上,各环如发生备用切换只对本HRP环造成影响,其他HRP环不受影响。缺点是,需要支持备用连接的交换机数量多,配置工作量比较大。


 


备用Standby协议是当前西门子SCALANCE X系列交换机实际项目中使用频率最高的冗余环互连协议,其优势在于对互连环的数量限制少,配置灵活。


 2. MRP Interconnection (介质冗余协议互连) MRP和MRP


互连协议由IEC62439-2定义,是公共标准协议。其网络重构时间小于200ms。 MRP互连模式是MRP的扩展,可实现两个或多个MRP环网的冗余链接。 MRP互连协议作为公共协议,西门子当前及新一代工业以太网交换机将全面支持,并会作为主要的环互连协议在工程实践中使用。


 


MM是MRP管理器。MRP互连的四台交换机的角色分别是一个MIM MRP互连管理器,一个Secondary MIC次要MRP互连客户端,两个Primary MIC优先MRP互连客户端。MRP互连链路正常时,使用两个Primary MIC连接链路实现数据转发,MIM与Secondary MIC连接链路处于备用状态。 每个环网中需要一个耦合对来实现冗余耦合。一个MRP环网最多允许出现5个耦合对。SCALANCE X二层交换机从固件版本V4.3,三层交换机从固件V6.4开始,每个耦合对可以与两个MRP环实现连接,一个MRP最多可以与10个MRP环实现互连,如下图所示:


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SCALANCE XM400/XR500系列交换机固件版本V6.2以上,SCALANCE XC/XP/XF200系列交换机固件版本V4.2以上支持MRP互连。 MRP互连也支持级联连接,如下图:


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MRP互连参数配置


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 MRP互连必须先在环冗余协议中选择MRP协议,并配置交换机在MRP环中角色后启用。创建MRP互连实例后,需要指定互连的ID标识,该标识不能为0,并且同一组MRP互连的四台交换机互连ID必须一致。 相较于HRP冗余协议环节耦合Standby,MRP冗余协议时标准的IEC协议,可以兼容第三方的MRP设备,只要环耦合节点的交换机支持MRP互联即可实现MRP环的耦合。


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 MRP单交换机多环,最多允许一台支持MRP协议同时作为4个MRP环的MRP管理器,实现四个冗余环的单节点互连。网络重构时间小于200ms。 SCALANCE XB/XC/XF/XP200、XR300WG固件版本4.3开始支持该功能。 SCALANCE XM400、XR500固件版本6.5以上开始支持该功能。 RUGGEDCOM ROS V5.2以上版本支持该功能。 RUGGEDCOM ROX V2.14.0以上版本支持该功能。


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选择所需配置的环ID标识1-4,启动环冗余功能。在多环模式下,交换机必须配置为角色为MRP管理器,分别指定在该环ID下的环连接端口即可。


本期内容主要介绍了在工厂网络组网中使用较多的一些西门子的环网间耦合的方式,但随着网络规模的扩大,不可避免的会有和其他厂商产品耦合应用场景,下一期内容会继续为大家介绍,敬请关注。


转载自:西门子技术平台