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工业以太网交换机介绍

工业现场网络设备需要具有工业级品质以保证对环境有较好的适应性,保证长期稳定运行。作为网络基础设备,本文将介绍工业交换机相比普通交换机的特点及其在重工业、交通运输业和电力传输业的典型应用场景。

  • 发布时间:2022-10-14

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1 什么是工业交换机
工业以太网交换机,也称作工业交换机,正是一类为了适应工业现场恶劣部署条件而专门设计,具有工业级的可靠性、环境适应性和部署灵活性的网络交换机。在工业现场,网络的部署环境通常相对恶劣,常有极端温度、湿度或者电磁干扰等影响网络设备稳定运行和服务质量的不利条件。例如在交通路口、高速公路、地铁和机场等关乎交通运输安全的场景下,环境中的极端温、湿度和振动等不利条件难以避免,不仅要求网络设备要有相应的环境适应能力,还要求设备的软、硬件都有极高的可靠性,只有工业级交换机才能够保证网络长期稳定运行,普通的商用交换机不满足这类严苛的部署条件。
                                               
2 工业交换机的特点
2.1   专为工业环境设计的硬件
工业交换机拥有坚固的外观结构,来保证其拥有IP30、IP40或者更高的防护等级,并且采用工业级器件和特殊的内部硬件设计使得设备具备对潮湿、冲击、震动和极端温度的基本防护能力。一些针对特殊场景设计的工业交换机具备更多防护能力,比如针对户外应用场景的工业交换机通常具有硬件级别的特殊设计保证设备的防雷特性。
以锐捷网络RG-IS2700G系列工业交换机为例,系列产品全部采用无风扇设计和包含散热鳍片的铝合金外壳,在保证散热和-40℃~85℃的工作温度范围的前提下提供了IP40防尘特性。同时遵循工业级设计规范,采用工业级芯片和CPU,配备工业级防振动保护电源,整机平均无故障时间达到30年以上,同时具备大于8kV的防雷电压和四级电磁干扰能力,能够满足绝大多数恶劣环境下的稳定运行要求。
图2-1 锐捷网络RG-IS2700G系列交换机外观示意图
                                                      
2.2   快速环网冗余
在工业现场中,网络连通性与生产安全和生产效益息息相关,长时间网络故障可能会带来不必要的经济损失甚至安全事故,因此对于网络通信可靠性也有极高的要求。工业交换机通常具有快速环网以及快速冗余特性以保证工业网络的健壮性。例如部署支持ERPS(Ethernet Ring Protection Switching)以太网多环保护技术的交换机可以实现可靠性更高的环形组网,将故障导致的网络拓扑切换时间降低到毫秒级别,达到电信级可靠性要求。
2.3   灵活安装选项
传统商用交换机通常安装在专门规划的弱电间或者机房的机柜当中,这样的装配条件在工业现场难以得到满足。工业交换机通常都支持更加灵活的DIN卡轨方式或者壁挂方式装配,以保证在不同条件下都能稳固安装。DIN卡轨是一种电气安装轨,常见于家庭强电箱或者工业强电柜,电气控制柜中用于安装空气开关、接线端子、PLC控制器等。适配DIN导轨安装结构的工业交换机可以就近安装于电柜中方便取电,或是安装在控制柜中方便控制系统连网,也可在方便布线的任意位置直接挂墙,在灵活性大大提高的同时也简化了安装步骤,降低电气布线和网络布线的成本。
图2-2 DIN卡轨安装示意图
                                                  
3 工业交换机典型应用场景
如上一章节所述,工业交换机拥有许多普通交换机不具备的特性,这使得可靠的通信网络能够在许多环境恶劣的应用场景中助力工业生产。以下是一些工业以太网交换机的典型应用场景介绍。
3.1   重工业
工业互联网的应用对于重工业企业提质增效至关重要,但是通常这类网络部署环境是最为恶劣的。以采矿业为例,地下矿井的实时生产和安全监测数据需要快速传回地面,普通交换机无法保证长期稳定在这样高浓度粉尘颗粒环境下工作。工业交换机的无风扇设计和防尘特性能够隔绝分层进入设备内部造成意外损坏,从而保证井下的网络稳定性;灵活的安装选项也为在井下现场部署提供便利。
3.2   交通运输
在交通运输业中网络接入设备通常分布在室外,并且比较分散。比如交通信号灯、快速路上的测速装置等路面交通设施,在部署网络接入时除了要考虑可能面对的极寒或高温环境外,还要考虑因为恶劣天气或者交通事故导致的撞击、震动和雷击等影响,避免因此造成交通指挥监控系统故障。显然,只有高防护等级、抗震动的工业以太网交换机满足这样的部署条件。另外,通过环形组网的方式将分散的设备接入网络,不仅能够节约布线成本,还能通过环网保护技术提升网络可靠性。
图3-1 智慧交通环形组网示意图
                                                       
3.3   电力传输
高强度且无法规避的电磁干扰是高压变电站网络架设的最大挑战。虽然电磁干扰看不见也摸不着,但是在变电站这类十分靠近大功率线圈和变压器的电力传输场景下,如不考虑其影响,轻则造成网络质量降低,重则导致断网或者设备损坏,从而影响电力传输数据实时监控。工业交换机通常具有普通交换机不具备的硬件级别抗电磁干扰设计,从而获得更高的电磁防护等级,极大保障了网络服务质量。
                                     
4 总结
综上所述,工业级交换机与普通交换机的区别在于,工业交换机在硬件设计和元器件的选用上更为苛刻,具备更高防护等级,能够适应宽范围工作环境温度,还能提供如抗振动、防尘、防雷、防潮湿等优异的工业级品质。此外,集成路由、交换、安全等各种丰富协议,同时支持公有以太网多环保护技术(ERPS),大大提升了组网灵活性。作为网络部署的基础设施,工业交换机为工业现场的网络接入提供了可能,也为传统工业和制造业的互联网转型提供了稳固基础。
                                           
相关链接
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论工业级交换机散热重要性

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