PoE/PoE+ #2 - Dobór odpowiedniego switcha PoE

30.06.2017 How to / Komunikacja przemysłowa

Producent: MOXA

Zakłady przemysłowe

Czym się kierować dobierając przełącznik PoE w aplikacjach przemysłowych? W drugiej odsłonie cyklu poświęconego tej technologii rozłożymy na części pierwsze proces doboru switcha. Zapraszam do lektury!

Spis treści

Ile mocy pobierają nasze PD?
Jaką liczbę urządzeń planujemy skupiać w danym punkcie?
Czy przełącznik potrafi pracować przy pełnym obciążeniu PoE?
Jakie będzie środowisko pracy przełącznika?
Czy przełącznik posiada ochronę przeciwprzepięciową portów LAN?
Switch zarządzalny czy niezarządzalny?

Po solidnej dawce teorii odnośnie samej technologii PoE przyszedł czas na nieco bardziej praktyczny aspekt, mianowicie wybór przełącznika do naszego systemu. Długo zastanawiałem się jak ten temat ugryźć, aby całą metodologię przedstawić w prosty i przystępny sposób. Jako, że wybór jest niejednoznaczny i stosunkowo złożony, postanowiłem opisać to na zasadzie swoistego FAQ. Dlatego też poniżej zamieściłem listę pytań, na które powinniśmy odpowiedzieć podczas wybierania switcha PoE a każde z nich uzupełniłem odpowiednim komentarzem. Zapraszam do lektury.

Ile mocy pobierają nasze PD?

Na to pytanie powinniśmy odpowiedzieć sobie w pierwszej kolejności, a raczej przeanalizować planujemy zasilać z PoE a następnie ile te urządzenia będą pobierać mocy. Jak wspominałem w poprzednim artykule, na chwilę obecną rozróżniamy dwa rodzaje zasilania: 802.3af (z maksymalną mocą 15.4W na port) oraz 802.3at (30W na port). Pobieraną przez nasze PD moc możemy odczytać z dokumentacji, natomiast faktyczne zużycie mocy a ile jej zostanie przydzielone na port to dwie osobne kwestie. Standard opisuje proces klasyfikacji PD, na podstawie której alokuje odpowiednie zasoby energii na port w zależności od klasy w jakiej dane urządzenie się znajduje. Zgodnie z 802.af dysponujemy 5 klasami zgodnie z poniższą tabelą.

W dużym uproszczeniu - klasy te pozwalają nam określić moc wyjściową na porcie, w zależności od mocy jaką zużywa nasze PD (pod warunkiem, że wspiera ono klasyfikację). Przykładowo jeżeli nasze urządzenie opisane będzie tak jak na rysunku poniżej, wówczas możemy założyć, że moc wyjściowa portu naszego PSE, do którego podłączymy to urządzenie zostanie ustalona na 4W.

Szerzej temat klasyfikacji omówimy jeszcze w osobnym artykule. Należy jednak zwracać na to uwagę, w szczególności, jeżeli okazałoby się, że nasze PSE nie może pracować przy pełnym obciążeniu PoE.

Jaką liczbę urządzeń planujemy skupiać w danym punkcie?

Jest to pytanie istotne z dwóch względów:

ilości dostępnych portów PoE w danym punkcie
budżetu mocy jaki musimy przeznaczyć do zasilenia naszego switcha oraz PD

Jeżeli nie planujemy rozbudowy systemu, to najkorzystniejszym wyborem będzie oczywiście przełącznik z zabudowanymi portami. Aczkolwiek w przypadku dużych systemów warto zwrócić uwagę na rozwiązania modułowe. Sprawiają one, że nasz system jest elastyczny i podatny na rozbudowę niskim nakładem kosztów. Inwestujemy wówczas w bazę switcha i w zależności od zapotrzebowania rozbudowujemy go o dodatkowe moduły. Przykładem takiego rozwiązania jest IKS-6728A-8PoE-4GTXSFP.

Na rysunku powyżej jako 11 zaznaczone są standardowo zabudowane porty PoE+. Natomiast jeżeli planujemy rozbudowywać nasz system, to możemy taki przełącznik doposażyć o dodatkowych 16 portów (sloty na moduły rozszerzeń zaznaczone jako 12). Zatem pozostawiamy sobie pole do rozbudowy nie inwestując dużych zasobów na początku. W dłuższej perspektywie, w przypadku dużych systemów, łatwiej jest doposażyć przełącznik o dodatkowy moduł aniżeli wymieniać cały switch na taki z większym zagęszczeniem portów. Pozostaje jeszcze kwestia całkowitego zapotrzebowania na moc w punkcie. Na podstawie analizy, której dokonaliśmy na początku, obliczamy moc zasilacza jaką musimy doprowadzić do zasilenia naszego przełącznika (lub PoE jeżeli zasilanie do PoE doprowadzane jest osobno). W tym momencie, w zależności od otrzymanego wyniku, może nasunąć się kolejne pytanie.

Czy przełącznik potrafi pracować przy pełnym obciążeniu PoE?

Ma to szczególne znaczenie jeżeli do naszych portów będziemy podłączali urządzenia, które wymagać będę pełnego zakresu zasilania. Jakkolwiek klasyfikacja w przypadku 802.3af jest nam w stanie uprościć życie i sprawić, że nasz system będzie energooszczędny, tak możemy również znaleźć się w sytuacji, w której jednak będziemy musieli wykorzystać wszystkie porty w pełnym zakresie. Taka sytuacja może się zdarzyć jeżeli np. będziemy mieli w naszym systemie do zasilenia kamery PTZ. Oczywiście generalizuję aczkolwiek nowoczesne kamery, ze względu na szereg funkcjonalności i zaimplementowaną analitykę, mają dość duże zapotrzebowanie na energię. Dlatego dobierając przełącznik warto zwrócić uwagę czy dopuszcza on pracę przy pełnym obciążeniu PoE na każdy port. Niezależnie od tego czy jest to przełącznik PoE czy PoE+, powinniśmy zwrócić na to szczególną uwagę, ponieważ pomimo dużego zagęszczenia portów może okazać się, że, koniec końców, nie wszystkie będziemy mieli do dyspozycji.

Jakie będzie środowisko pracy przełącznika?

Jeżeli wybieramy przełącznik do pracy w przemyśle, są cztery podstawowe rzeczy, na które w szczególności powinniśmy zwrócić uwagę:

temperatura pracy
certyfikacja
ochrona przeciwprzepięciowa

Jeżeli chodzi o temperaturę, to tutaj sprawa jest dość prosta. Jeżeli zakładamy, że nasze przełączniki pracować będą na zewnątrz, musimy w szczególności zwracać uwagę na temperaturę pracy. Należy zabezpieczać się na różne ewentualności i jeżeli switch umieszczony będzie w odległej lokalizacji, lepiej będzie zastosować ten przystosowany do pracy w szerokim zakresie temperatur. Dlaczego? Otóż nawet jeżeli umieścimy go w klimatyzowanej/ogrzewanej szafce, mogą zdarzyć się awarie zasilania bądź urządzeń odpowiedzialnych za utrzymywanie stałej temperatury. Dlatego też, działając zapobiegawczo, nie utracimy transmisji i w sposób zdalny będziemy mogli zweryfikować co się stało na obiekcie.

Przechodząc dalej: certyfikacja to coś co pozwala nam jednoznacznie stwierdzić czy dany przełącznik przystosowany jest do pracy w konkretnych warunkach pracy. I tak np. norma IEC 61850 definiuje nam, że urządzenia spełniają wszystkie wymagania dotyczące pracy na podstacjach energetycznych. O tym standardzie wspominaliśmy w naszym innym artykule dotyczącym transmisji danych w IEC 61850. Dlaczego natomiast certyfikacja jest istotna? Otóż jeżeli mamy obawy czy przełącznik faktycznie przystosowany jest do pracy np. wzdłuż trakcji kolejowej, wówczas możemy poprosić producenta urządzeń o przedstawienie raportu z badań potwierdzających zgodność z normą EN-50121. Może to również w przyszłości stanowić podstawę gwarancji. W tym przypadku przed zakupem należy prosić o stosowny dokument potwierdzający zgodność z daną normą.

Ostatnim aspektem jest ochrona przeciwprzepięciowa. I tutaj właściwym będzie pytanie:

Czy przełącznik posiada ochronę przeciwprzepięciową portów LAN?

Bezpieczeństwo przede wszystkim. Niejednokrotnie sprzęt, który zasilamy z PoE, jest sprzętem drogim (np. kamery) i znajduje się w trudno dostępnych miejscach. Ponadto charakterystyka pracy w warunkach przemysłowych sprzyja występowaniu przepięć i zabezpieczenie się przed nimi jest kluczową kwestią. Inną wartą podkreślenia rzeczą jest fakt, iż np. w punktach dostępowych systemów monitoringu wizyjnego przełączniki znajdują się w skrzynkach na słupach a tym samym narażone są na wyładowania atmosferyczne, które mogą skutkować przebiciem na porty LAN. Warto się zatem zabezpieczyć na taką ewentualność. Można to zrobić na dwa sposoby, mianowicie:

• stosując ograniczniki przepięć

• wybierając przełącznik fabrycznie wyposażony w ochronę przeciwprzepięciową portów LAN

Wariant pierwszy znacznie podnosi koszty całej instalacji. Na pewno jest słusznym rozwiązaniem jeżeli dokonaliśmy już zakupu przełącznika a mamy problem z pojawiającymi się przepięciami w naszej sieci. Jednakże jeżeli wybór przełącznika dopiero przed nami, a zakładam, że czytając ten wpis, w takiej sytuacji się znajdujecie, warto zwrócić na to uwagę i wybrać switch, który posiada ochronę przeciwprzepięciową portów LAN. Nie dość, że przyniesie nam to wymierne oszczędności w wyniku braku konieczności zakupu ograniczników, tak w przypadku awarii, ochroni również nasze urządzenia.

Switch zarządzalny czy niezarządzalny?

Osobiście jestem zwolennikiem przełączników zarządzalnych. Dlaczego? Z prostej przyczyny - dają nam one zdecydowanie większą kontrolę nad tym co się dzieje w sieci. Z perspektywy samego PoE w switchach zarządzalnych tzw. winning factor jest diagnostyka, a konkretnie fakt, iż możemy stale monitorować zużycie prądu oraz obciążenie portów. Poniżej zobaczyć możemy zrzut ekranu przedstawiający status portów PoE z przełącznika zarządzalnego EDS-G512E-8PoE firmy MOXA. Jak widać, w przejrzysty sposób zaznaczone są porty, które obecnie pracują. Ponadto uzyskujemy również informacje odnośnie błędów (FAULT), podłączonej karcie sieciowej (NIC) oraz zasilaniu starszego typu urządzeń (tzw. legacy PD - czyli urządzenia powstałe zanim PoE zostało znormalizowane przez IEEE). Drugą rzeczą, która również rzuca się w oczy, są informacje o poborze prądu, dostarczanym napięciu oraz aktualnie pobieranej mocy.

Innym aspektem przemawiającym za stosowaniem przełączników zarządzalnych jest złożony system notyfikacji, który możemy na nanich zdefiniować. I tak, gdy np. nasze PD, zostanie załączone lub wyłączone, w zależności od tego na czym mamy oparty nasz system alarmowy, możemy otrzymać stosowny komunikat (lub wszystkie) tj. trap/e-mail/syslog/przekaźnik. Oczywiście możliwości jest znacznie więcej, jak choćby kontrola poziomu napięcia oraz prądu dostarczanego do portów PoE czy przekroczenie ustalonego limitu mocy. Poniżej zobaczyć możemy przykładowy ustawienia zdarzeń PoE zaczerpnięty z Web UI 2.0 przełączników firmy MOXA. events

Ponadto w systemach CCTV z kamerami IP często pojawia się problem samoistnie zawieszających się kamer. W tej sytuacji przełączniki zarządzalne przychodzą nam z pomocą, ponieważ w szybki sposób jesteśmy w stanie zidentyfikować, które urządzenie i na którym porcie nam „padło”. W przypadku MOXY mamy również możliwość bezobsługowego restartu takiego urządzenia, co jest dodatkowym atutem i pozwala nam zaoszczędzić dużo czasu oraz pieniędzy na późniejszym serwisie systemu. Jest to wspomniana przeze mnie wcześniej funkcja PoE Device Failure Check. Jak jestem zwolennikiem stosowania przełączników zarządzalnych, tak nie zawsze jest taka konieczność i potrzeba. Jeżeli nasz switch ma nam służyć jedynie jako PSE do zasilenia PD w trudno dostępnym miejscu, to wówczas model zarządzalny byłby przerostem formy nad treścią. Aczkolwiek w przypadku większych sieci i bardziej złożonych systemów przełączniki zarządzalne mają znaczną przewagę, jak choćby natywnie zaimplementowane protokoły redundantne. Jednakże przedmiotem tego artykułu jest jedynie funkcjonalność PoE i na tym chciałem się skupić.

Tym samym chciałbym zakończyć część teoretyczną tego cyklu. W kolejnych odsłonach przedstawię bardziej praktyczne aspekty technologii PoE, jak choćby praktyczne wykorzystanie diagnostyki i dostosowanie PoE do własnych potrzeb.

Więcej na temat

Skontaktuj się ze specjalistą Elmark

Masz pytania? Potrzebujesz porady? Zadzwoń lub napisz do nas!

Skontaktuj się z nami

elmark@elmark.com.pl +48 22 541 84 60

Formularz kontaktowy