基于工业以太网交换机的多样化应用研究

基于工业以太网交换机的多样化应用研究

刘建超

深圳市讯记科技有限公司 

摘要：随着社会的发展及信息科学技术的进步，人们对于信息交换能力有了更高更便捷地需求。以太网是一种新型的网络应用系统，具有速度快、容量大和抗干扰性强等优点，被广泛应用于各种领域中。本文首先对以太网交换机的设计及工作原理进行了详细的分析，然后从以太网中隔离设备和办公设备、重要设备单独隔离以及光纤连接冲突域等方面介绍了工业以太网交换机的多样化应用，以此来推动我国工业行业的发展进步，助力现代化社会的建设。

关键词：工业以太网；交换机；多样化应用；网络参数

一、工业以太网交换机的相关概述

（一）工业以太网交换机的相关概述

工业以太网交换机是以芯片为中心，通过电缆和专用接口设备将不同控制器的数据采集器连接到一个主机，实现对各种类型设备之间数据传输和交互控制，从而达到用户与机器之间信息共享、智能管理。工业以太网交换机主要应用于电力、空调、热水器等领域，可以实现各种通信协议之间的转换功能:如串行口/跳流、用户间双向通信协议(DSP)与用户间交互，通过RS-485和双环多径电缆将数据发送至终端，并在终端进行数据传输。其实现数据传输的方式一般有以下几种：第一种是基于以太网为核心部件控制器；第二种主要利用软件进行通信接口转换功能的终端计算机系统；第三种则以单片机制作载体来完成控制功能。工业以太网交换机能够根据不同控制要求，通过信息采集单元将采集到的数据转换成标准图形信号，并在终端之间进行通信[1]。

（二）工业以太网交换机的参数设计

在工业控制网中，参数的选择是非常重要，如果选用不合适的话将会造成系统崩溃，所以必须要根据具体情况来进行判断。（1）参数设置:为了使控制系统有良好运行性能和较高工作效率，就需要选取能够与被控对象建立逻辑连接或者简单地实现功能交互式多台设备之间的接口通信协议；而在以太网里交换机控制命令信号、数据信息等都可以通过以太网传输给主控站，以达到对整个系统进行综合管理。（2）接口设置：在工业以太网里，主控站的数据通过以太网交换机网络接入，而工业控制站需要对远程终端进行连接，所以要选择合适的通信协议;如果没有任何障碍直接访问或控制命令信号就可以采用串口通讯[2]。

（三）工业以太网交换机的原理

工业以太网交换机是基于PLC控制的双向通信网络，在进行数据传输时，需要将设备与计算机连接起来，同时利用继电器上相应的负载来完成。在工业过程中使用最多的是实现双通道信息交互和远程监控，当一台主控板被打开后通过RS-485总线连接以太网交换机上头模块、主机及触摸屏之间无任何物理接触线就可以正常工作了；而另一台则是控制柜内人员操作面板可根据现场情况随时随地进行远程操控，也可以通过控制柜内的设备使其完成相关操作。工业以太网交换机采用的是继电器连接，在进行双向通信时，主控板上相应位置有对应通道，可实现远程操控[3]。当主控面板打开和关闭电平转换器后与PC控制器相连接即可正常工作；当主控系统断开或切换到另一台主机就会自动中断人工干预来控制交互的开启或者闭合状态(如:用户键入新设备并设置换网口、用户端口连接以及交换机等)。继电器控制的主要特点是:当主控板上有一个二极管导通时，就会给“0”处点亮，表示该二极管发光，同时三极管截止。在这个控制下，用户可以设置开关，通过相应的通道来实现换网或者切换。

二、交换机在工业以太网中的应用

（一）以太网中隔离设备和办公设备

以太网中的隔离设备和其他控制装置都是基于工业以太网交换机系统而发展起来并为以后其提供支持。在以前，隔离器是为了使信号可以准确快速地传输，但是随着时代变化人们对它提出了更高性能、更安全以及更加节能环保的要求。(1)由于变频调速方式不同所以SVG控制系统就会产生不一样的效果，例如:交流通道和直流回路都采用的是全双极性连接结构组成。(2)以太网中包括传感器、PLC、服务器以及 PC 机在内的设备的优先级相同，其应用能够实现办公网络和现场网络的有效隔离，能够加强对现场数据的控制，提升工业运行的有效性。（3）以太网比直流输电更稳定而且更加安全可靠，以太网中的隔离器和交流通道是为了保证交换机系统在工作过程当中能够稳定可靠地进行各个设备之间数据传输[4]。

（二）重要设备单独隔离

在实际系统中，需要对重要设备进行单独隔离控制。因为不同设备之间存在着一定程度上的联系，所以我们可以把重要设备和普通控制柜通过一个PC或其它接口相连接，这样可以保证系统不会受到干扰信号影响而导致其不能正常工作，例如:交换机、换板机和阀门等。同时也有利于实现自动化操作、远程监控以及实时监测等功能(例如:在线录像)并且还能够与其他相关系统有效连接，从而达到信息共享及交换效果良好。同时也不能忽略掉其他元部件如管路及线路等而损坏这些元件了无法修复到所必要位置上，所以在实际系统中我们需要对重要设备单独隔离控制，防止其破坏从而影响交换机正常工作和维护成本。对于换板机来说，单独隔离控制也是非常重要的

[5]。换板机和阀门都需要在整个过程中保持一个良好的状态，防止其受到干扰影响，保证正常操作。

（三）光纤连接冲突域

在工业以太网交换机的应用中，主要是采用了光纤接口进行连接，但是由于不同厂家之间存在着协议上没有对应的传输通道和信号源等一系列差异、设备本身性能不一样以及各个芯片自身特点都有一定区别。因此，需要根据光纤传输的情况选择合适的网络域。（1）标准色光缆:标准色光器件通过选择合适规格和数量可调节颜色转换器。常见到的是WIFI产品中使用最多的就是WAN8B，其具有较高带宽，并且可以在不同场合下进行切换；标准色光器件的使用，可以通过选择不同颜色来实现，同时也能够对其进行控制、转换和隔离。（2）低频干扰:在高频情况下，由于信道不稳定，容易受到环境因素影响，导致交换机产生错误操作，在串口电路中，高频干扰是一种非常严重的问题，会直接影响到相关设备性能。（3）光纤安全：为了确保系统能够正常运行及安全使用功能实现，通常会采用多线制来对通信数据进行处理，但是不同的是由于其自身特点以及需求都不相同，所以对于同一个参数要求也有所不同比如说:同一种编码方式下的接口协议；标准总线/标准串行传输通道中交换机之间的信道是相互独立，无法互相干扰；不同厂家的接口协议对交换机之间通信传输通道有一定要求，可以使用同一个标准串行转换器来进行连接[6]。

三、总结

在基于工业以太网的跨设备交换机系统中，通过软件程序控制，实现了远程监控和管理。利用以太网技术作为信息通信手段、数字信号进行数据传输，具有速度快、速率高以及成本低等优势，是目前应用最广泛的一种无线局域网络协议之一；同时在跨线互联时采用串行接口来完成异地或无主从操作的优点也很适用于基于以太网为核心控制器，通过软件编程控制整个系统实现了远程监控和管理。在工业发展领域中，加强以太网交换机的多样化应用能够提高数据传输的效率和准确性，促进我国工业行业的长期可持续发展。

参考文献：

[1]王少华.工业以太网交换机在自动化组网中的应用探析[J].现代工业经济和信息化，2019，9(04):55-56.

[2] 时洵. 基于RFC2544的交换机以太网测试分析[J]. 科学大众:科技创新， 2021.

[3] 魏子然， 杨兆铭. 基于交换机系统数据仓库的多维度挖掘研究与应用[J]. 信息通信， 2020(2):2.

[4] 吴崇禧. 基于工业以太网技术的配电通信网规划研究[J]. 数字通信世界， 2020(6):2.

[5] 王瑞丰， 黄春晓， 刘禹辉，等. 一种基于以太网技术的工业网络应用分析[J]. 冶金自动化， 2021， 45(S01):4.

[6] 魏国营. 交换式工业以太网数据流的端到端传输延迟分析[J]. 内蒙古煤炭经济， 2020(8):1.

作者简介：刘建超 1972.5 男 四川仁寿 汉 本科 深圳市讯记科技有限公司