工業乙太網交換機和商用乙太網交換機的區別工業乙太網交換機與商用交換機在資料交換功能上基本一致，但在設計上以及在元器件的選用上，產品的強度和適用性方面更能滿足工業現場的需要。此外在模組擴充套件方面也表現的比商用交換機更為靈活： 有多種光口和電口可供選配。在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質安全等方面能滿足工業現場的需要。工業級設計一般在設計上滿足：工業寬溫設計，4級電磁相容設計，冗餘交直流電源輸入。另外PCB板一般做“三防”處理。為什麼工業現場要選用合適的工業乙太網交換機，而不能用便宜的商用交換機來代替？我們可以從以下幾個方面確定在工業現場選用工業乙太網交換機的必要性。1、 確定性 由於乙太網的MAC層協議是CSMA/CD，該協議使得在網路上存在衝突，特別是在網路負荷過大時，更加明顯。對於一個工業網路，如果存在著大量的衝突，就必須得多次重發資料，使得網間通訊的不確定性大大增加。在工業控制網路中這種從一處到另一處的不確定性，必然會帶來系統控制性能的降低。2 、實時性 在工業控制系統中,實時可定義為系統對某事件的反應時間的可測性。也就是說，在一個事件發生後，系統必須在一個可以準確預見的時間範圍內做出反映。然而，工業上對資料的傳遞的實時性要求十分嚴格，往往資料的更新是在數十ms內完成的。而同樣由於乙太網存在的CSMA/CD機制，當發生衝突的時候，就得重發資料，最多可以嘗試16次之多。很明顯這種解決衝突的機制是以付出時間為代價的。而且一但出現掉線，那怕是僅僅幾秒種的時間，就有可能造成整個生產的停止甚至是裝置，人身安全事故。3、可靠性 由於乙太網在設計之初，並不是從工業網應用出發的。當它應用到工業現場，面對惡劣的工況，嚴重的線間干擾等，這些都必然會引起其可靠性降低。在生產環境中工業網路必須具備較好的可靠性，可恢復性，以及可維護性。即保證一個網路系統中任何元件發生故障時，不會導致應用程式，作業系統，甚至網路系統的崩潰和癱瘓。工業乙太網交換機在設計的時候就考慮到了工業現場的複雜情況，從而能更加適應工業環境而發揮交換機的作用。工業乙太網交換機和普通交換機的區別主要體現在功能和效能上。 工業現場的環境比普通環境都要惡劣，至少在震動，溼氣，溫度上都要比普通環境惡劣，普通交換機在設計上沒有抵禦在工業環境中出現的各種情況的能力，普通交換機不能長時間工作在這種惡劣環境下，經常容易出現故障，更使維護成本上升，一般不建議在工業環境中使用商業交換機，為了能使交換機在這種惡劣環境中使用，故生產出能適應這種環境的交換機，工業級別的交換機的可靠性有電源故障，埠中斷，可由繼電器輸出報警，冗餘雙直流電源輸入，主動式電路保護，過壓、欠壓自動斷路保護，（可靠性根據型號的不同略有不同） 功能上的區別主要是指：工業乙太網交換機在功能上與工業網路通訊更接近，比如與各種現場匯流排的互通互聯、裝置的冗餘以及裝置的實時等；而效能上的區別則主要體現在適應外界環境引數的不同。工業環境除了有很多如：煤礦、艦船等特別惡劣的環境外，還有在EMI（電磁相容性）、溫度、溼度以及防塵等方面有特殊要求的環境。其中溫度對工業網路裝置的影響面是最廣泛的。本文主要論述溫度這一重要引數對工業網路交換機的影響。而對於功能方面以及效能其他方面的引數這裡不再贅述。一、衡量裝置可靠性的指標可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。任何產品不論是機械、電子，還是機電一體化產品都有一定的可靠性，產品的可靠性與實驗、設計和產品的維護有著極大的關係。衡量可靠性的指標很多，常見的有以下幾種：1．可靠度R（t），即產品在規定條件下、規定時間內完成規定功能的機率，亦稱平均無故障時間MTBF(mean time between failure)；2．平均維修時間MTTR是指產品從發現故障到恢復規定功能所需要的時間；3．失效率λ（t），是指產品在規定的使用條件下使用到時刻t後，產品失效的機率。產品的可靠性變化一般都有一定的規律，其特徵曲線形狀像浴盆，通常稱之為“浴盆曲線”。在實驗和設計初期，由於產品設計製造中的錯誤、軟體不完善以及元器件篩選不夠等原因而造成早期失效率高；透過修正設計、改進工藝、老化元器件、以及整機試驗等，使產品進入穩定的偶然失效期；使用一般時間後，由於器件耗損、整機老化以及維護等原因，產品進入了耗損失效期。這就是可靠性特徵曲線呈“浴盆曲線”型的原因。衡量一個電子產品、尤其是工業類產品最常用的是MTBF，也就是平均無故障時間。二、溫度和MTBF的關係由於現代電子裝置所用的電子元器件的密度越來越高，這將使元器件之間透過傳導、輻射和對流產生熱耦合。因此，熱應力已經成為影響電子元器件失效率的一個最重要的因素。對於某些電路來說，可靠性幾乎完全取決於熱環境。所以，為了達到預期的可靠性目的，必須將元器件的溫度降低到實際可以達到的最低水平。有資料表明：環境溫度每提高10℃，元器件壽命約降低1/2。這就是有名的“10℃法則”。MTBF測試：目前國外廣泛採用Bellcore的RPP（Reliability Prediction Procedure）來測量裝置的MTBF，這其中包括電晶體數量、功率衰減以及環境引數。我們分析其中用風扇散熱的24口網路交換機的檢測報告，在環境溫度為30℃，40℃，50℃時，無風扇交換機和有風扇交換機的測試結果為： 30℃ 40℃ 50℃ 無風扇散熱 10年 9.5年 8年有風扇散熱 8年 7.5年 7年 另外，我們透過TSC實驗室的溫度測試中還發現了兩個結果：1．如果不採用任何散熱措施，一臺24口的交換機（不含光口）正常工作4小時後，它的機內溫度要比周圍的環境溫度高約40℃；而採用風扇降溫的同樣的交換機的機內溫度只比周圍的環境溫度高約15℃。2．機內溫度達到85℃時，實際上溫度已經開始影響到了機內主機板很多晶片器件的壽命，也就是說，如果不採用很好的散熱措施，在外部環境溫度為45～50℃時，交換機的MTBF會大大下降。由此可見，溫度對於工業網路產品的影響是非常大的，如果像商用交換機一樣採用風扇降溫，能夠有效降低機內溫度而延長裝置的MTBF，但風扇本身的壽命又非常有限（2.28年）（由SANYO FAN DATA SHEET 給出的資料）。工業類裝置不同於商用裝置，往往是一開機就常年執行，而且執行的環境也往往較惡劣，沙塵、昆蟲、潮溼都會直接影響風扇的執行。一個質量好的交換機，風扇使用壽命一般在20000小時，風扇到了年限以後，檢測並更換就變得非常重要。因為主動散熱性交換機在設計時散熱主要就是靠風扇散熱，一旦風扇失效而不及時更換，“10℃法則”將會起作用：機內環境溫度每提高10℃，元器件壽命就降低1/2。交換機的機內積熱將會快速導致交換機效能的下降，直至交換機崩潰。因此，工業交換機的散熱系統設計，也就是熱設計就顯得尤為重要了。三、熱設計正是由於過高溫度對工業網路裝置的影響是致命的，所以在設計這類產品時，除了裝置的元器件要選擇寬溫度範圍的工業級元器件外，更要充分重視裝置的熱設計。電子產品的熱設計主要包括散熱、加裝散熱器和製冷三類技術，這裡筆者主要討論工業網路裝置中的散熱技術和加裝散熱器技術。（一）散熱應用中常採用的方法第一種是傳導散熱方法，可選用導熱係數大的材料來製造傳熱元件，或減小接觸熱阻並儘量縮短熱路徑。第二種是對流散熱方式，對流散熱方式有自然對流散熱和強迫對流散熱兩種方法。自然對流散熱應注意以下幾點：l 設計印製板和元器件時必須留出多餘空間；l 安排元器件時，應注意溫度場的合理分佈；l 充分重視應用煙囪撥風原理；l 加大與對流介質的接觸面積。強迫對流散熱方式可採用風機（如計算機上的風扇）或雙輸入口推拉方式（如帶換熱器的推拉方式）。第三種是利用熱輻射特性方式，可以採用加大發熱體表面的粗糙度、加大輻射體周圍的環境溫差，或加大輻射體表面的面積等方法。（二）加裝散熱器工業電子類裝置在熱設計中，最常採用的方法是加裝散熱器，其目的是控制半導體的溫度，尤其是結溫Tj，使其低於半導體器件的最大結溫Tjmax，從而提高半導體器件的可靠性。半導體器件和散熱器安裝在一起工作時包含：半導體器件內熱阻RTj、結溫Tj、殼溫Tc、散熱器溫度Tf、環境溫度Ta及半導體器件的使用功率Pc。散熱器的熱阻RTf應為：RTf=(RTj-Ta)/Pc-RTj-RTc散熱器熱阻RTf是選擇散熱器的主要依據。Tj、RTj是半導體器件提供的引數，Pc是設計要求的引數，RTc可以從熱設計專業書籍中查到。下面介紹一下散熱器的選擇。1．自然冷卻散熱器的選擇首先計算總熱阻RT和散熱器的熱阻RTf，即：RT=(Tjmax-Ta)/PcRTf=RT-RTj-RT。算出RT和RTf之後，可根據RTf和Pc來選擇散熱器。選擇時，根據所選散熱RTf和Pc曲線，在橫座標上查出已知Pc，再查出與Pc對應的散熱器的熱阻R"Tf。按照R"Tf≤RTf的原則,選擇合理的散熱器即可。2．強迫風冷散熱器的選擇強迫風冷散熱器在選擇時應根據散熱器的熱阻RTf和風速來選擇合適的散熱器。3．散熱風扇的設計普通商用交換機的風扇，工作一直處於全速（Full SPD）狀態，除其造成電能浪費、增大整機噪音外，還會增加不必要的電源發熱，機箱內灰塵過多堆積等。更重要的是風扇在全速狀態時其壽命約為2萬小時，也就是2.28年（由SANYO FAN DATA SHEET 給出的資料），2萬小時後風扇轉速會逐漸下降，給整機帶來不穩定因素。但由於沒有監控單元，這種隱患很難發現：例如當交換機丟包率逐漸上升時，並不容易查到是由於風扇老化轉速降低及灰塵堆積太厚導致機箱內關鍵部件溫度升高所致。工業交換機應使用高速（High SPD）風扇並帶有智慧監控電路，實時監測和控制網路交換機的執行狀況，例如監控機箱風扇、主交換晶片溫度、機箱溫度，光收發器件溫度等,這也就是我們所說的“智慧風扇”。交換機工作過程中智慧監控電路會根據被測元件的溫度或風扇轉速訊號自動調節風扇轉速，給網路交換機散熱。風扇的轉速主要與交換機負載和環境溫度有關。在環境溫度一定時，當交換機資料負載減輕時，功耗減小，風扇轉速自動降低，當交換機資料負載加重時，功耗加大，風扇速轉速自動上升。在資料負載一定的情況下，當交換機處在低溫環境時，風扇轉速自動降低，處在高溫環境時風扇轉速自動升高。在高溫高負載情況下，風扇可處在應急高速（High SPD）狀態，比全速（Full SPD）狀態更能保證網路安全執行。4．智慧風扇控制器執行特性採用智慧風扇控制技術後可延長風扇壽命，減少機內灰塵堆積、降低風扇噪聲，節約電量使用，保證系統有效工作。另外控制器不僅能對風扇失效停轉、溫度超過警戒線提供報警，而且對於由於老化或風道阻力異常增大、轉速低於正常值或監測點溫度異常升高等前期隱患均能給出相應的中英文語音提示，方便網路管理人員將事故消滅在萌芽階段。綜上所述，由於工業乙太網交換機所處的環境的特殊性以及使用時的特殊性（不能停機），在對付高低溫，主要是高溫環境時採用的對策與普通交換機有很多不同的。（1）對於較低功率情況，一般P≤10W時，儘量不採用風扇散熱，而採用自然散熱，如果透過自然對流，或者增大外殼面積、外殼褶皺，或者採用導熱較好的型材,如鋁等。（2）對於功率較大情況，P≥15W時,尤其是有多個光口，甚至是多個單模光口的情況下，不能靠自然散熱解決問題時，應該採用主動散熱方式解決熱問題。而主動散熱方式目前主要是指加裝風扇，但由於工業網路裝置不能停機且要長期執行的特殊性，風扇的使用應有如下考慮。①風扇不同於普通電子裝置的風扇，它應是智慧的，智慧風扇在使用壽命以及功能上與普通風扇有質的區別。②智慧風扇應設計為可以熱插撥的，也就是在系統不停機情況下，如果智慧風扇系統報警（工作壽命到期等）情況下，可以線上更換風扇。採取了以上熱設計和散熱措施，就可以大大提高網路裝置的MTBF，延長其壽命，從而避開法則，使工業網路裝置的元器件長期工作在一個“穩定，舒適”的溫度環境中,這樣“10℃法則”就不起作用,這樣也就保證了自動化過程中通訊系統的穩定和可靠性。

工業乙太網交換機和商用乙太網交換機的區別

1、工業乙太網交換機與商用交換機在資料交換功能上基本一致，但在設計上以及在元器件的選用上，產品的強度和適用性方面更能滿足工業現場的需要。

2、此外在模組擴充套件方面也表現的比商用交換機更為靈活： 有多種光口和電口可供選配。在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質安全等方面能滿足工業現場的需要。

3、工業級設計一般在設計上滿足：工業寬溫設計，4級電磁相容設計，冗餘交直流電源輸入。另外PCB板一般做“三防”處理。

工業級產品一般的工作溫度為-45到85度，適應溼度為：5-95度，溫度適應範圍廣，防護等級高，所以工業交換機能應用於各種惡劣環境中。而普通的交換機工作穩定一般為0-45度左右，溼度為：10-70度左右，溫度和溼度的適應能力都較差，防護等級也低，只能在普通的民用環境中使用。

工業級的裝置一般是為了滿足工業領域的需求而裝置一般都採用寬溫設計，防護等級高，能適應各種嚴苛複雜的工作環境，提供高性價比的乙太網通訊。而普通的交換機則無法在工業領域使用，只能在簡單的民用環境中使用，適應能力遠遠不及工業產品。

設計上來區別

工業交換機採用冗餘雙電源輸入設計，能滿足高可靠性的要求，支援卡軌安裝，能適應工業領域的設計安裝。普通的產品都採用的單項電源輸入，很容易造成電源損壞還導致通訊中斷。

防護等級來區別

工業乙太網交換機都會有防靜電保護，電磁隔離保護，防浪湧保護以及電源隔離保護等，能滿足工業領域的設計需求，乙太網通訊可靠穩定；而普通的交換機一般不帶這些防護功能，只能用於簡單的使用環境。