工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)選型指南

工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)用于連接以太網(wǎng)設(shè)備。它首先接收由某臺設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)幀，然后再將這些幀傳送到與其它以太網(wǎng)設(shè)備相連的適當(dāng)交換機(jī)端口上。隨著它傳送這些幀，它會學(xué)習(xí)并掌握以太網(wǎng)設(shè)備的位置，并用這些信息來決定該用哪些端口來傳送幀。這有助于減少網(wǎng)絡(luò)占用率。
什么樣的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)才最適合你的工廠目前的應(yīng)用呢？ 的確件令困擾的事情，因為需要考慮諸多因素，例如工作環(huán)境，是否需要冗余，網(wǎng)管和非網(wǎng)管型，未來的維護(hù)和擴(kuò)展性等等。因此這里給出了如何選擇工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的一些建議。

• 工作環(huán)境方面的考量：包括溫度范圍、EMC電磁兼容性、防護(hù)等級、安裝方式和電源|穩(wěn)壓器等。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)計用于那些不適合商用交換機(jī)的環(huán)境，例如具有極限溫度、高振動以及強(qiáng)電磁噪聲的環(huán)境。
• 選用網(wǎng)管型還是非網(wǎng)管型交換機(jī)：如果 網(wǎng)絡(luò)比較簡單，可以選用即插即用的非網(wǎng)管型交換機(jī)；如果為了將來維護(hù)方便，可能需要選用網(wǎng)管型，只有網(wǎng)管型交換機(jī)才能做到環(huán)型的拓?fù)溥B接。
• 還需要滿足相關(guān)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：比如船用的交換機(jī)應(yīng)符合船結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)；如果是危險場合的應(yīng)用，則要符合相應(yīng)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)；軌道交通和公路等交通行業(yè)也有自己的標(biāo)準(zhǔn)。

網(wǎng)管型和即插即用型
在選擇一臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)時的一個關(guān)鍵問題是，選擇網(wǎng)管型交換機(jī)還是非網(wǎng)管型交換機(jī)。雖然網(wǎng)管型交換機(jī)通常較貴，但它提供了一些額外的強(qiáng)大功能。網(wǎng)管型交換機(jī)包含了非網(wǎng)管型交換機(jī)的特性。網(wǎng)管型交換機(jī)都支持簡單網(wǎng)管協(xié)議（SNMP），使你能對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視。通過SNMP，你能查看各種網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，包括收/發(fā)的字節(jié)數(shù)、收/發(fā)的幀數(shù)、錯誤數(shù)與端口狀態(tài)等。所有這些都能逐個端口查看。網(wǎng)管型交換機(jī)還具有一些能提高你網(wǎng)絡(luò)控制能力的高級特性。像服務(wù)質(zhì)量(QoS)、虛擬局域網(wǎng)(VLAN)、端口鏡像、IGMP Snooping、冗余與SNMP等特性。說明如下：

• QoS是交換機(jī)向特定數(shù)據(jù)幀運用高優(yōu)先級的能力。
• VLAN允許交換機(jī)將設(shè)備邏輯分組，且即使所有設(shè)備都共用一臺物理交換機(jī)，也能隔離這些設(shè)備組之間的流量。
• 端口鏡像允許用交換機(jī)的一個端口來監(jiān)視由交換機(jī)的一個或多個端口所發(fā)送或接收的流量。這種特性方便對通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控，是以太網(wǎng)常用的故障查找方法。
• IGMP Snooping可自動將組播幀只發(fā)給那些請求這些幀的設(shè)備，這能防止組播幀發(fā)往那些未請求這些幀的設(shè)備。
• SNMP就是簡單網(wǎng)管協(xié)議，它允許網(wǎng)管應(yīng)用程序以標(biāo)準(zhǔn)方式和交換機(jī)通信，請求狀態(tài)信息及設(shè)置配置等。有些供應(yīng)商還提供可將SNMP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HMI系統(tǒng)中所使用的OPC數(shù)據(jù)的網(wǎng)管程序。
• 環(huán)網(wǎng)冗余是網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的常見特性。很多工業(yè)交換機(jī)廠商都創(chuàng)建了他們自己的專用環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，例如恒啟公司的RingOn，恢復(fù)時間少于15ms。

傳輸介質(zhì)
傳輸媒介方面，大多數(shù)工業(yè)以太網(wǎng)通信都通過雙絞線進(jìn)行，但有時也需要使用光纜。當(dāng)信號傳輸距離超過雙絞線所支持的100米時則需用光纜。多模光纖的通信距離能達(dá)2公里；單模光纖的通信距離可達(dá)到15公里。由于其通信不易受電或磁場的影響，因此光纜一般還用于高噪聲環(huán)境中。

實時性考慮
你需要考慮的另一個問題是，你的系統(tǒng)可接受哪種類型的響應(yīng)與抖動。如果我從一臺設(shè)備向另一臺設(shè)備發(fā)送一個幀，則最大響應(yīng)時間及最大可接受的抖動是多少？在處理數(shù)據(jù)幀時，大多數(shù)以太網(wǎng)交換機(jī)都采用存儲－轉(zhuǎn)發(fā)方式，這意味著先接收整個幀，然后再將其轉(zhuǎn)發(fā)。如果你將幾臺交換機(jī)級連，則每臺交換機(jī)存儲－轉(zhuǎn)發(fā)這些幀的時間會增加。而且，還需要加上交換機(jī)的少許內(nèi)部延時。

兼容性問題
工業(yè)以太網(wǎng)和以往的現(xiàn)場總線相比，是個透明的協(xié)議，在交換機(jī)的使用中是否還需要顧慮兼容性呢？以太網(wǎng)涵蓋了網(wǎng)絡(luò)中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，工業(yè)場合中，往往談到的是TCP/IP以太網(wǎng)。標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)可以轉(zhuǎn)發(fā)RT，NRT和IRT的數(shù)據(jù)包，因為這些數(shù)據(jù)包可以在標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)上傳輸。但是這種轉(zhuǎn)發(fā)由于不對數(shù)據(jù)包進(jìn)行識別，所以就失去了幀的優(yōu)先級特點。如果在控制層，信息層和現(xiàn)場層使用不同廠家的交換機(jī)，則需要考慮設(shè)備的互連通性和互操作性方面有沒有問題。通常情況下不同廠家交換機(jī)的冗余光口是不能互通的，另外，專用環(huán)網(wǎng)協(xié)議也要求環(huán)網(wǎng)中的所有交換機(jī)都必須出自同一廠家。