工业交换机的作用原理

    所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网兼容，但在产品设计时控制工程网版权所有，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。
    随着互联网技术的发展与普及推广控制工程网版权所有，Ethernet技术也得到了迅速的发展，Ethernet传输速率的提高和Ethernet交换技术的发展，给解决Ethernet通信的非确定性问题带来了希望，并使Ethernet全面应用于工业控制领域成为可能。
工业以太网连接设备发展的下一代产品是管理型交换机。相对集线器和非管理型交换机，管理型交换机拥有更多更复杂的功能，价格也高出许多－通常是一台非管理型交换机的3～4倍。
管理型交换机提供了更多的功能，通常可以通过基于网络的接口实现完全配置。它可以自动与网络设备交互，用户也可以手动配置每个端口的网速和流量控制。一些老设备可能无法使用自动交互功能，因此手动配置功能是必不可缺的。
    绝大多数管理型交换机通常也提供一些高级功能，如用于远程**和配置的SNMP，用于诊断的端口映射控制工程网版权所有，用于网络设备成组的VLAN(虚拟局域网)，用于确保优先级消息通过的优先级排列功能等。
    利用管理型交换机，可以组建冗余网络。使用环形拓扑结构，管理型交换机可以组成环形网络。每台管理型交换机能自动判断最优传输路径和备用路径，当优先路径中断时自动阻断(block)备用路径。

    “交换”是今天网络里出现频率最高的一个词,从桥接到路由到ATM直至电话系统,无论何种场合都可将其套用,搞不清到底什么才是真正的交换.其实交换一词最早出现于电话系统,特指实现两个不同电话机之间话音信号的交换,完成该工作的设备就是电话交换机.所以从本意上来讲,交换只是一种技术概念,即完成信号由设备入口到出口的转发.因此,只要是和符合该定义的所有设备都可被称为交换设备.由此可见,“交换”是一个涵义广泛的词语,当它被用来描述数据网络第二层的设备时,实际指的是一个桥接设备；而当它被用来描述数据网络第三层的设备时,又指的是一个路由设备.我们经常说到的以太网交换机实际是一个基于网桥技术的多端口第二层网络设备,它为数据帧从一个端口到另一个任意端口的转发提供了低时延、低开销的通路.
由此可见,工业交换机内部核心处应该有一个交换矩阵,为任意两端口间的通信提供通路,或是一个快速交换总线,以使由任意端口**的数据帧从其他端口送出.在实际设备中,交换矩阵的功能往往由专门的芯片（ASIC）完成.另外,以太网交换机在设计思想上有一个重要的假设,即交换核心的速度非常之快,以致通常的大流量数据不会使其产生拥塞,换句话说,交换的能力相对于所传信息量而无穷大（与此相反,ATM交换机在设计上的思路是,认为交换的能力相对所传信息量而言有限）.虽然以太网第二层交换机是基于多端口网桥发展而来,但毕竟交换有其更丰富的特性,使之不但是获得更多带宽的最好途径,而且还使网络更易管理


    工业交换机是自动化很小的一块，十年前没有几个厂商关注过这个狭窄的领域。随着自动化渐渐成熟，并伴随着工业以太网的大量使用和大型工业控制网络的建立而崛起，对于自动化厂商来讲，丰富产品线这一块也是不能落下的。在市场上也有几家是专门从事工业交换机的厂商，主要分为三类。
第一类是以卓越、芯惠通为代表的市场规模较小、发展速度较快的专业工业以太网交换机厂商。该类企业发展迅速，在未来2-3年内将保持较好的销售业绩，但是该类型企业市场定位接近，竞争企业数量较多，未来将面临严峻的挑战。
第二类以赫思曼、MOXA、东土为代表的市场规模大、发展速度快的专业工业以太网交换机厂商。该类企业是目前国内工业以太网交换机市场的主要企业，涉及行业广，销售规模大；由于抢占了市场的先机，赫思曼市场占有率第一的情况短时期内不会出现变化，其在电力行业拥有优势行业资源的情况也不会改变；但是赫思曼产品价格偏高、涉及行业较广，在未来将面临MOXA、东土等企业多方面的挑战。MOXA会在以后的竞争里面对东土等高性价比企业的威胁，但由于目前整体大环境较好，这种挑战表现得并没有十分突出。东土目前的主要问题是解决其产品与国外产品质量上的差距。
那我们来看看工业交换机一开始的关注什么？工业以太网交换机在工业级设计一般在设计上满足：工业宽温设计，4级电磁兼容设计，冗余交直流电源输入，另外PCB板一般做“三防”处理。工业现场的环境比普通环境都要恶劣，至少在震动、湿气、温度上都要比普通环境恶劣，普通交换机在设计上没有抵御在工业环境中出现的各种情况的能力，普通交换机不能长时间工作在这种恶劣环境下，经常容易出现故障，更使维护成本上升，一般不建议在工业环境中使用商业交换机，为了能使交换机在这种恶劣环境中使用，故生产出能适应这种环境的交换机，工业级别的交换机的可靠性有电源故障，端口中断，可由继电器输出报警，冗余双直流电源输入，主动式电路保护，过压、欠压自动断路保护。
(1) 功能：工业以太网交换机与工业网络通讯更加接近，比如各种现场总线的互通互联、设备的冗余以及设备要求的实时性。
(2) 性能：主要体现在适用外界环境的参数不一样，工业环境除了特别恶劣的环境之外，还要求有EMI电磁兼容、温度、湿度、防尘等，特别是温度对工业网络设备的影响是最广泛的。
格局的不断变化，让我们来看看第三类，那就是PLC厂商已经开始注意到这个市场，因为这个时候正是他们大力推广他们自己建立的以太网工业标准的时候，他们很需要有强有力的工业交换机来满足他们在协议上的不可撼动的霸主地位，比如西门子研发了SCANLANX交换机，并收购了加拿大的工业交换机罗杰康来支持profinet协议，AB和商业交换机霸主思科研发了Stratix交换机来支持Ethernet/IP协议，这些都说明了以前的基础交换和转发兼路由的时代就要过去了，现在工业交换机面临的是要去适应各种工业以太网的协议，为了支持更多工业以太网协议而设计，如果要支持这些协议就要加入那些协议开发组织并成为会员，这对刚刚被百通收购了的赫斯曼来说无疑是要更加投入成本才能在未来严峻的协议大战中生存下来。而那些以西门子和AB为代表新兴的工业交换机的厂家所面临的主要是质量和兼容性的考验，另外他们能够具备得天独厚的集成特性，比如：西门子的交换机通过profinet可以轻松集成到TIA中，而AB的斯达交换机可以通过控制IO方式集成在RS logix5000中，并通过FT View SE的功能面板来做工业交换机的维护和诊断，这就是未来工业交换机以一个新的面貌示人，再不是枯燥的命令行和千篇一律的IE设置界面。