工业4.0时代需要怎样的工业交换机

近年来，随着工业4.0概念的火热以及“中国制造2025”行动纲领的提出，越来越多的厂商加入到新产品以及新技术开发的潮流中。也因为理解、研究的逐渐深入，我们不难得出结论:工业4.0的技术实现首先是自动化系统内部的横向连接，即通过统一平台和单一的编程环境将控制、驱动、低压配电等系统深度集成；其次是下层现场传感和数据采集层与中层设备控制层及上层企业管理系统的纵向连接。最后，是基于移动和虚拟化等技术实现人性化、可交互和更高效的远程管理。以上这些都必须基于开放标准和统一协议的通讯网络，以实现工厂内所有设备（包括企业级设备）彼此之间的相互通信。

然而，目前中国制造的设备层数据尚未数字化、控制层总线标准各异、工厂管控与企业管理信息不交互的三大症结，使得现场数据采集层、生产控制层以及企业管理层的信息交互很难实现。所以，通过按资源配置、效率最大化的网络系统将工厂网络和总线资源整合起来，进而实现工艺流程、品类切换、产线资源等要素的自由调配，则应是我们首先应该实施的。也就是说，我们可以通过生产控制层的网络化改造和建设，迈出走向工业4.0的第一步。

智能工业迫切需要网络进入控制层

随着工业现场设备的智能化以及控制方式由单点走向协同，同时工业控制由工厂应用发展到市政、金融等更广阔的领域，系统日趋分散，现场设备之间需要进行实时、快速的通信，传输数据的带宽也相应由窄带转向宽带。此外，在工业控制的上层，需要集成生产计划和控制、质量管理、跟踪能力、维护系统等功能，希望从现场设备到本地操作站、管理层的整个控制网络实现一体化以提高生产率，更快地评估、控制系统的每一部分，从而实现高效、实时、透明的远程运营和管理。因此，工业控制网络正朝着宽带、实时、透明、双向、互操作的方向发展，这就需要工业控制网络具备标准化、归一化的技术特点，以实现管理层、控制层和现场设备层更好的互连、互通和互操作。

我国工业领域中标准统一化、结构网络化的改造工程中，智能变电站的三层两网结构改造取得非常优秀的成绩。而其中工业以太网技术更是起到重要作用。

工业以太网可以构建互连、互通，以及具有更好互操作性的透明一体化工业控制网络，它具备更宽的带宽和更大的数据包以满足越来越多的智能自动化设备的通信；更快速的同步实时通信以满足运动控制应用的需求；在更大范围内连接更多的设备并为之设置地址；提供新功能如制造执行系统MES、在线升级固件、远程组态及故障处理；集成现有的现场总线系统；可以使用标准化、低成本的以太网设备，如交换机、线缆、集线器等。因此，工业以太网可以实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络，实现管理层、控制层到现场设备层之间工业通信的一网到底。而现场设备层对工业以太网交换机的需求远高于管理层和控制层的需求。

传统工业交换机的现状

传统的工业交换机一般使用在工业控制命令层之上，只起到数据传输的作用，也就是承载PLC与PLC之间、PLC与Sever之间数据通信。在这一层，设备之间的通信协议大多是基于TCP/IP开发、应用的，所以数据传输的速度、精度、安全性虽然有要求，但是标准不高。而工业控制命令层（PLC与IO之间的通信）采用现场总线技术，对数据的速度、精度、安全性的要求大大提高了，传统的工业交换机虽然可实现信息共享，但无法保障控制命令数据的正常交换，显然是不行的。如果想应用工业以太网实现控制命令层的网络化，对传统工业交换机的再升级就是必然的趋势。

下一代工业以太网交换机

由北京恩易通技术发展有限公司历时数年开发的高性能下一代工业以太网交换机颠覆性的拥有零自愈环网和总线式网络，兼具稳定可靠和高速灵活的特点。满足工业控制命令层对数据的速度、精度、安全性的要求，解决传统工业交换机无法进入控制命令层的根本性问题。

NE交换机通过双向数据流确保当网络出现故障时，总有一个方向是可以到达目的地的，保证了控制数据的不间断；总线式网络让用户可自定义被控设备，通过视相同虚拟Mac终端为同一设备，交换机将被控设备视为同一设备，使这些设备相互之间互联互通，信息共享，保障了控制的联动性；数据优先级特性，让用户可自定义某些设备为快速数据设备，当环网中出现快速数据，普通数据就会为快速数据让路。

NE交换机具备以下优点：

（1）零自愈环网技术，实现数据传输的高可靠性及完整性

在此之前全球工业以太网交换机最快故障自愈时间是20毫秒。但是无论环网故障自愈的时间多短，在倒换期间势必造成数据报文的丢失，这在控制命令层是不能容忍的。而零自愈无疑实现了既有技术的突破，保障数据的高可靠性及完整性。

NE交换机通过双向数据流确保当网络出现故障时，总有一个方向是可以到达目的地的，保证了控制数据的不间断。

（2）总线式的网络，实现网、线合一

总线式网络让用户可自定义被控设备，通过视相同虚拟Mac终端为同一设备，交换机将被控设备视为同一设备，使这些设备相互之间互联互通，信息共享，保障了控制的联动性。

NE交换机支持多种总线协议及I/O接口，实现总线数据的网络化。代替非传统的点对点模式，使网络和总线的资源利用率最大化。进而实现灵活的网络配置，可直接连接仪表、工业相机等现场设备，让PLC能够连接到距离更远的I/O设备，大大减少整个系统内PLC的数量，显著的降低了系统集成的成本。此外NE交换机还可通过Web和SNMP OPC Server集成到网络监控软件实时监控节点状态，并设有故障警报功能，方便远程维护和管理。

（3）快速、实时性

NE交换机具备数据优先级特性，让用户可自定义某些设备为快速数据设备，当环网中出现快速数据，普通数据就会为快速数据让路。避免了传统交换机因数据时延过大而无法应用到控制命令层的情况。

（4）自主可控设计

NE交换机属于自主研发产品，拥有产品知识产权。其核心软/硬件、产品和服务等都实现自主可控，基本上可保证不存在恶意后门并能不断地对其进行改进或修补漏洞 。