工业交换机产品简介 The following text is amended on 12 November 2020.
工业以太网交换机简介
一工业交换机概述工业交换机简介
工业以太网交换机(Industrial Ethernet Switches)是可以满足工业现场需要，技术上与商业以太网交换机兼容，而实时通讯、可靠性、稳定性、安全性、环境适应性等各方面要求高于商业以太网交换机的一种以太网设备。
工业以太网交换机分为网管型(Managed)与非网管型(Unmanaged)两类细分产品。网管型工业以太网交换机具有单位价值高的特点，尽管其销售数量远不及非网管型工业以太网交换机，但目前网管型工业以太网交换机是市场的主流。
工业以太网交换机主要是应用于复杂的工业环境中的实时以太网数据传输。以太网在设计时，由于其采用载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD机制），在复杂的工业环境中应用，其可靠性大大降低，从而导致以太网不能使用。工业以太网交换机采用存储转换交换方式，同时提高以太网通信速度，并且内置智能报警设计监控网络运行状况，使得在恶劣危险的工业环境中保证以太网可靠稳定的运行。
工业交换机与传统交换机性能对比
工业交换机应用行业
中国工业以太网交换机正处于产品生命周期的成长期，被广泛应用于电力、交通、冶金、煤炭、石化、水处理等行业。
工业以太网技术的发展，下游交通、电力等用户的大量需求，中低端市场产品供给的不断丰富，以及网管型交换机更为广泛的应用是推动市场发展的直接原因。
工业交换机应用场合
1.4.1 应用解决方案-电力
数字化智能变电站
电力配网自动化
方案介绍
数字化变电站自动化系统集保护、控制、监控、测量和其他自动化功能于一体的35kV-500kV变电站综合自动化系统，变电站综合自动化系统分为三个体系结构：间隔层、通信层、变电站层。
其中通信层采用标准通信规约，可以方便地实现不同厂家设备的互联，采用双网工业以太网通信方式来保证通信的高可靠性。
变电站综合自动化系统采用双工业以太网通信的模式为所有装置提供两个独立的通信的网络，双规网都可以用于通信，从而提高通信的可靠性，也可以将两个网分别用于通信和故障录波。通信设备要满足高温、强电磁干扰、潮湿等恶劣的工业环境，并且符合IEC61850-3的规约要求。
变电站IEC61850标准，从抽象概念中提炼出主要的针对工业以太网交换机映射要求：
功能性要求
功能性方面，最重要的至少有两点，一是要求工业以太网交换机能够支持快速转发和QoS服务质量以保证IEC61850标准中重要的GSE/GOOSE数据包得到实时的传输，并且能够支持组播通信管理IGMPsnooping。
二是工业以太网交换机必须能够支持构建冗余的网络拓扑例如环网架构以提高拓扑的可靠性，并且同时能够提供极短的网络故障恢复时间。此外还包括像VLAN、优先级和快速生成树等技术功能测试要求。
电磁兼容设计要求
在电磁兼容设计方面，工业以太网交换机要能够通过包含电击、雷击和其他电磁干扰测试
宽温环境要求
在宽温环境要求方面，交换机设备必须在-40℃～85℃的极端温度环境下可以正常工作
机械结构验证
在机械结构要求方面，交换机设备还要通过专业第三方的振动和冲击耐受度测试。
1.4.2 应用解决方案-交通
道路交通系统
方案介绍
道路交通控制系统
随着ITS（智能交通系统）技术在道路交通控制系统领域的应用，ITS开始在现代交通系统中扮演起一个重要的角色。通常来讲，ITS包括对通信、控制和电子技术的集成，用于对交通流量的监控和管理，减少交通阻塞，同时为乘客提供交通捷径以节省人力、财力和物力。
整个道路交通系统是由诸多子系统组成的，包括交通信号控制系统、交通信息显示系统、交通情况实时视频监视系统和分析系统以及变电站系统。
ATMS（先进交通管理系统）和ATIS（先进交通信息系统）是ITS的两个重要组成部分，它们是整个ITS的价值所在。通过使用智能的嵌入式交通控制器、交通信号、车辆监测仪、LED显示屏和监视器，十字路口的交通情况便可以被处理得十分协调
车辆检测仪负责搜集交通流量信息，包括车辆的声音、速度和尺寸，然后通过无线收发装置将这些信息发送给智能的嵌入式计算机。
嵌入式计算机担任着交通控制器的角色，它通过计算、分析实时数据来决定交通流量的状态，然后给出控制决策。例如，何时改变某一特定的交通信号灯以缓解严重的交通阻塞。
控制器将预估的行驶时间和最佳路径发送到CMS（信息更改系统）显示屏，告知驾驶员目前的交通状况。
最值得关心的就是系统的可靠性。由于交通控制十分重要，道路系统不允许任何形式上的断电或通信中断。此外，由于交通情况每天都不同，交通事故的发生也无法预知，为了预防并快速响应紧急情况，建立交通情况监视系统已经成为了一种必要。
道路交通系统的要求：
在道路交通系统中，坚固可靠的网络结构和极佳的交通控制/显示策略可以确保整个系统的高效能。建立道路交通系统需要注意以下几点：
实时监视和图像获取：视频监视系统必须实现交通情况的实时传输。
无线网络：每个十字路口的交通控制器应该能够使用无线网络来传输一部分信号来实现信息的同步，这样可以减少线缆的费用。
嵌入式计算能力：嵌入式计算机对控制信号进行实时运算，然后给出正确的控制策略。
冗余电源和网络：冗余性在交通系统中扮演着重要的角色，它可以保证整个系统无间断运行。
宽温设计：通常，交通自动化系统中所采用的设备必须能够在-40到75℃的温度范围内正常工作。
轨道交通监控系统
方案介绍
集成的以太网解决方案在轨道交通自动化中的应用
速度、可靠性和安全性都是轨道交通系统经济、高效运转的重要因素。现代轨道交通建设者发现，在日常运行过程中采用自动化技术可以降低劳动成本，同时加快系统的决策过程，从而达到这些指标。尽管如此，轨道交通系统是由许多复杂的分布式子系统组成的，这些子系统需要实现集中的监控。正是由于系统的复杂性，因此需要一个开放、稳定并且可以整合所以系统的网络系统来保证整个系统智能化的操作和管理。
道路交通系统描述
轨道交通系统由许多个子系统组成，包括控制和调度系统（信号系统）、环境监控系统、网络化视频监视系统和供电系统。这些系统在轨道交通运行过程中起着极大作用，就像轨道沿线分布着不同站点一样，它们通常分布在各个不同的地方。
将这些子系统集成到一个完整的轨道交通系统通常采用的是一个层次化的网络。
设备层控制网络一般采用现场总线，它们通过网关实现与以太网络的通信。所有的现场信息经由以太网络被传输给上层网络。
工作站级控制网络通过以太网将各车站的主要子系统连接起来，然后被集成到骨干网络以实现站与站之间运行信息的传输。
骨干网络收集到来自各站点的系统运行信息并将它们传输到中控室。这样，中控室得到足够的信息之后便可以对系统进一步分析和控制。
设备层网络主要采集来自PLC、DCS系统、现场I/O设备、SCADA和CCTV系统的系统运行信息，并通过网关将这些信息发送到以太网上。骨干网络使用的是千兆以太网络，它可以为站与站之间的数据、图像传输提供足够的带宽。所有的站点都采用三层网络的结构连接在一起，实现了系统稳定运行时所需信息的整合。由于整个轨道交通系统运行速度很快，因此它可以实时反映系统的状况，工作效率也得到了较大的提升。
道路交通系统的要求
采用精确的设备以保证系统运行的准时性是轨道交通系统的特点之一。因此，连接各个子系统的网络必须可靠，这样才能保证系统的无间断运行。组成轨道交通系统的网络系统应该具备以下条件：
高可靠性
实时监视和图像获取：视频监视系统必须实现交通情况的实时传输。
高带宽
无线网络：每个十字路口的交通控制器应该能够使用无线网络来传输一部分信号来实现信息的同步，这样可以减少线缆的费用。
嵌入式计算能力
嵌入式计算能力：嵌入式计算机对控制信号进行实时运算，然后给出正确的控制策略。
超长距离传输
冗余电源和网络：冗余性在交通系统中扮演着重要的角色，它可以保证整个系统无间断运行。
抗干扰
宽温设计：通常，交通自动化系统中所采用的设备必须能够在-40到75℃的温度范围内正常工作。
隧道交通系统
方案介绍
隧道交通监控解决方案
安全性一直都是隧道控制系统的核心内容，因为隧道在主要道路和高速公路之间起着相当大的作用。由于交通流量受到隧道容量的限制，而且随着时间发展，车辆增多，隧道却无法拓宽，这对司乘人员来讲确实是一个不利的环境。相比地上道路而言，在隧道里发生的事故其后果往往严重的多。受到隧道自然条件的限制，清理事故中受损的车辆和营救受伤人员是件相当困难的事情。因此，必须及时检测并处理交通阻塞、火灾、车辆抛锚和一氧化碳含量等突发的状况。
隧道控制系统描述：
整个隧道控制系统的管理是由中控室来完成的，子系统中所有的设备必须集成到一个综合有效的控制系统。该子系统由以下项目组成：
隧道电能控制系统：变电站和无间断电源
交通信号控制系统（由LED和交通灯组成的各种各样的交通信号系统）
自动通风控制和照明系统
紧急系统和广播系统
高度控制系统
火灾侦测和保护系统：采集火灾探测器数据，控制消防系统。同时还包括蓄水和排水系统。
污染物测量：采集隧道中能见度和一氧化碳浓度的数据
视频监视系统
难点
如今，隧道中车辆行驶的速度十分快，车流量相当大。相比路面道路来讲，在狭窄、受限的隧道中，人们往往对发生的事故更是显得措手不及，即便是小事故也可能导致一场令人震惊的灾难。对交通事故的快速反映有助于维持交通的畅通。因此，调度人员必须及时了解一些重要的信息以告知驾驶人员如何在隧道中
采取行驶方案。其次，整个系统必须保持良好的运行状态，无间断运行可以在最大程度上保证隧道内交通的安全性和可靠性。
要求
由于隧道被认为是最复杂的路段，因此安全性、可靠性和实时访问成为了智能隧道控制系统最重要的因素。连接所有子系统的通信网络应该满足以下要求：基于以太网的网络架构
对隧道控制系统来讲，搭建一个用于各子系统之间通信的以太网是十分重要的。如今，相比传统的现场总线而言，IP网络具备很多优点。除了支持任意数据类型的传输之外，其数据吞吐量还得到了大幅提升。这样，在一般的控制设备节点还可以安装摄像头，所有设备均可以通过工业以太网交换机连接到同一个环形的骨干网络。
系统冗余且可靠性高
高效的交通管理系统是决不允许交通停滞的。与串行连接相反，以太网交换机可以连接成环状，整个系统具备断线侦测功能，并可以将数据沿相反方向发送。该功能无疑确保了整个系统无间断的操作，驾乘人员的安全也得到了保证。
快速、长距离传输
网络应当可以完成大规模的数据传输任务。以太网交换机及其光纤介质可以提高传输速率和传输带宽，来自现场控制器、传感器和检测仪的数据传输也变得十分可靠。标准的以太网带宽包括10，100，1000 Mbps，在交通领域的应用
中，包括桥梁和隧道在内的长距离传输，光纤表现出来的传输速率更快、连接更安全。
基于IP的实时视频监视系统
交通控制器主要负责控制和监视道路信号、交通灯信号、紧急情况、通风状况和隧道照明情况，还可以借助视频监视获取实时信息，因此现代隧道管理系统的功能越来越强大。一些新型、便宜的摄像头在传送高质量的压缩图像文件时往往占用大量网络带宽。因此，基于IP的视频图像传输对监视和安全方面的应用越来越重要。此外，操作人员还可以随时随地从网络上轻松地获取视频图像。
工业级的设计，适用于任何苛刻环境
在隧道应用当中对安全要求十分高，因此系统必须具备断线监视、检测和自恢复功能。为了增强系统的可靠性，系统中选用的产品应该具备工业等级的设计，工作温度从-40到75℃，且具备较长的MTBF，以确保隧道通信系统的安全性。
1.4.3 应用解决方案-能源冶金
能源系统
方案介绍
基于工业以太环网的全矿井综合自动化系统将地面信息管理系统、矿井环境监控子系统、各生产环节自动控制子系统及通信指挥调度子系统通过高速工业以太环网和自动化平台软件整合，实现全矿井的管控一体化。