工業以太網交換機介紹

工業現場網絡設備需要具有工業級品質以保證對環境有較好的適應性，保證長期穩定運行。作為網絡基礎設備，本文將介紹工業交換機相比普通交換機的特點及其在重工業、交通運輸業和電力傳輸業的典型應用場景。

#交換機

發布時間：2022-10-14
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1 什么是工業交換機

工業以太網交換機，也稱作工業交換機，正是一類為了適應工業現場惡劣部署條件而專門設計，具有工業級的可靠性、環境適應性和部署靈活性的網絡交換機。在工業現場，網絡的部署環境通常相對惡劣，常有極端溫度、濕度或者電磁干擾等影響網絡設備穩定運行和服務質量的不利條件。例如在交通路口、高速公路、地鐵和機場等關乎交通運輸安全的場景下，環境中的極端溫、濕度和振動等不利條件難以避免，不僅要求網絡設備要有相應的環境適應能力，還要求設備的軟、硬件都有極高的可靠性，只有工業級交換機才能夠保證網絡長期穩定運行，普通的商用交換機不滿足這類嚴苛的部署條件。

2 工業交換機的特點

2.1 專為工業環境設計的硬件

工業交換機擁有堅固的外觀結構，來保證其擁有IP30、IP40或者更高的防護等級，并且采用工業級器件和特殊的內部硬件設計使得設備具備對潮濕、沖擊、震動和極端溫度的基本防護能力。一些針對特殊場景設計的工業交換機具備更多防護能力，比如針對戶外應用場景的工業交換機通常具有硬件級別的特殊設計保證設備的防雷特性。

以銳捷網絡RG-IS2700G系列工業交換機為例，系列產品全部采用無風扇設計和包含散熱鰭片的鋁合金外殼，在保證散熱和-40℃~85℃的工作溫度范圍的前提下提供了IP40防塵特性。同時遵循工業級設計規范，采用工業級芯片和CPU，配備工業級防振動保護電源，整機平均無故障時間達到30年以上，同時具備大于8kV的防雷電壓和四級電磁干擾能力，能夠滿足絕大多數惡劣環境下的穩定運行要求。

圖2-1 銳捷網絡RG-IS2700G系列交換機外觀示意圖

2.2 快速環網冗余

在工業現場中，網絡連通性與生產安全和生產效益息息相關，長時間網絡故障可能會帶來不必要的經濟損失甚至安全事故，因此對于網絡通信可靠性也有極高的要求。工業交換機通常具有快速環網以及快速冗余特性以保證工業網絡的健壯性。例如部署支持ERPS（Ethernet Ring Protection Switching）以太網多環保護技術的交換機可以實現可靠性更高的環形組網，將故障導致的網絡拓撲切換時間降低到毫秒級別，達到電信級可靠性要求。

2.3 靈活安裝選項

傳統商用交換機通常安裝在專門規劃的弱電間或者機房的機柜當中，這樣的裝配條件在工業現場難以得到滿足。工業交換機通常都支持更加靈活的DIN卡軌方式或者壁掛方式裝配，以保證在不同條件下都能穩固安裝。DIN卡軌是一種電氣安裝軌，常見于家庭強電箱或者工業強電柜，電氣控制柜中用于安裝空氣開關、接線端子、PLC控制器等。適配DIN導軌安裝結構的工業交換機可以就近安裝于電柜中方便取電，或是安裝在控制柜中方便控制系統連網，也可在方便布線的任意位置直接掛墻，在靈活性大大提高的同時也簡化了安裝步驟，降低電氣布線和網絡布線的成本。

圖2-2 DIN卡軌安裝示意圖

3 工業交換機典型應用場景

如上一章節所述，工業交換機擁有許多普通交換機不具備的特性，這使得可靠的通信網絡能夠在許多環境惡劣的應用場景中助力工業生產。以下是一些工業以太網交換機的典型應用場景介紹。

3.1 重工業

工業互聯網的應用對于重工業企業提質增效至關重要，但是通常這類網絡部署環境是最為惡劣的。以采礦業為例，地下礦井的實時生產和安全監測數據需要快速傳回地面，普通交換機無法保證長期穩定在這樣高濃度粉塵顆粒環境下工作。工業交換機的無風扇設計和防塵特性能夠隔絕分層進入設備內部造成意外損壞，從而保證井下的網絡穩定性；靈活的安裝選項也為在井下現場部署提供便利。

3.2 交通運輸

在交通運輸業中網絡接入設備通常分布在室外，并且比較分散。比如交通信號燈、快速路上的測速裝置等路面交通設施，在部署網絡接入時除了要考慮可能面對的極寒或高溫環境外，還要考慮因為惡劣天氣或者交通事故導致的撞擊、震動和雷擊等影響，避免因此造成交通指揮監控系統故障。顯然，只有高防護等級、抗震動的工業以太網交換機滿足這樣的部署條件。另外，通過環形組網的方式將分散的設備接入網絡，不僅能夠節約布線成本，還能通過環網保護技術提升網絡可靠性。

圖3-1 智慧交通環形組網示意圖

3.3 電力傳輸

高強度且無法規避的電磁干擾是高壓變電站網絡架設的最大挑戰。雖然電磁干擾看不見也摸不著，但是在變電站這類十分靠近大功率線圈和變壓器的電力傳輸場景下，如不考慮其影響，輕則造成網絡質量降低，重則導致斷網或者設備損壞，從而影響電力傳輸數據實時監控。工業交換機通常具有普通交換機不具備的硬件級別抗電磁干擾設計，從而獲得更高的電磁防護等級，極大保障了網絡服務質量。

4 總結

綜上所述，工業級交換機與普通交換機的區別在于，工業交換機在硬件設計和元器件的選用上更為苛刻，具備更高防護等級，能夠適應寬范圍工作環境溫度，還能提供如抗振動、防塵、防雷、防潮濕等優異的工業級品質。此外，集成路由、交換、安全等各種豐富協議，同時支持公有以太網多環保護技術（ERPS），大大提升了組網靈活性。作為網絡部署的基礎設施，工業交換機為工業現場的網絡接入提供了可能，也為傳統工業和制造業的互聯網轉型提供了穩固基礎。

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