工业以太网交换机用于连接以太网设备。它首先接收由某台设备发出的数据帧，然后再将这些帧传送到与其它以太网设备相连的适当交换机端口上。随着它传送这些帧，它会学习并掌握以太网设备的位置，并用这些信息来决定该用哪些端口来传送帧。这有助于减少网络占用率。
根据ARC的一项调查——工业以太网设备市场调查中涉及了全球工业以太网交换机市场，预测其未来3年的复合年增长率为49.9%。2004年全年工业以太网设备为84万套（台），至2009年将达到670万套（台）。
图1：卡轨式千兆工业以太网交换机－ Power MICE（图片由赫斯曼公司提供）。
选购前的思考
选购前需要考虑的因素有：
■ 工作环境方面的考量：包括温度范围、EMC电磁兼容性、防护等级、安装方式和电源等。工业以太网交换机设计用于那些不适合商用交换机的环境，例如具有极限温度、高振动以及强电磁噪声的环境。
■ 选用网管型还是非网管型交换机：如果 网络比较简单，可以选用即插即用的非网管型交换机；如果为了将来维护方便，可能需要选用网管型，只有网管型交换机才能做到环型的拓扑连接。
■ 还需要满足相关的工业标准：比如船用的交换机应符合船结构的标准；如果是危险场合的应用，则要符合相应的认证标准；轨道交通和公路等交通行业也有自己的标准。
图2：EDS-726（Moxa 公司）26 口千兆模
块化以太网交换机。
图3：西门子公司Scalance新一代工业网络
组件。
在三个基本点之外，西门子公司工业通讯网络产品经理李凯先生谈到：“目前设备的智能性越来越高，调试对于技术人员相对简单，但对工厂的操作人员和维护人员来说有时并不是一件容易的事情。在系统集成商交付系统之后，为了保证维护人员在不具备know-how的情况下依然能够完成设备的维护，设备的选购步骤起着至关重要的作用。选择网管型交换机时，最好选取具备某种参数保护功能的交换机，能够把其中的参数备份，如果发生了故障，当更换了新的设备之后，能把保存的数据快速导入到新的交换机中，简化了现场维护人员的工作。当然，一般用户还要对联网设备数量做出一个粗略的估算，交换机应具有足够的地址存储空间来存储网络上的每台设备。”
网管与非网管型
在选择一台工业以太网交换机时的一个关键问题是，选择网管型交换机还是非网管型交换机。虽然网管型交换机通常较贵，但它提供了一些额外的强大功能。网管型交换机包含了非网管型交换机的特性。
科动公司的技术经理George J. Karones先生说：“网管型交换机一般都支持简单网管协议（SNMP），当然，大多数网管型交换机还不只具有这点（SNMP）特性。基本上讲，网管型交换机使你能对网络进行控制，而非网管型交换机则通常只允许以太网设备进行通信。网管型交换机还使你能对网络进行监视。通过SNMP，你能查看各种网络状态，包括收/发的字节数、收/发的帧数、错误数与端口状态等。所有这些都能逐个端口查看。”
网管型交换机还具有一些能提高你网络控制能力的高级特性。像服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、端口镜像、IGMP Snooping、冗余与SNMP等特性，通常都只有网管型交换机才有。”Moxa公司大中华区业务经理蔡中兴先生提到，大多数网管型交换机具备的高级特性有：
■ QoS是交换机向特定数据帧运用高优先级的能力。
■ VLAN允许交换机将设备逻辑分组，且即使所有设备都共用一台物理交换机，也能隔离这些设备组之间的流量。
■ 端口镜像允许用交换机的一个端口来监视由交换机的一个或多个端口所发送或接收的流量。这种特性方便对通讯数据进行实时监控，是以太网常用的故障查找方法。
■ IGMP Snooping可自动将组播帧只发给那些请求这些帧的设备，这能防止组播帧发往那些未请求这些帧的设备。
■ SNMP就是简单网管协议，它允许网管应用程序以标准方式和交换机通信，请求状态信息及设置配置等。有些供应商还提供可将SNMP数据转换成HMI系统中所使用的OPC数据的网管程序。
■ 环网冗余是网管型工业以太网交换机的常见特性。很多工业交换机厂商都创建了他们自己的专用环网冗余协议，例如西门子的Fast Redundancy Ring和Moxa的Turbo Ring，恢复时间少于300ms；赫斯曼的HIPER-Ring（HIGH PERFOMANCE Ring），保守估计的最大恢复时间是500ms；东土电信的DT-Ring，恢复时间不受节点数量的影响。
在某些情况下，工业设备厂商或工业协议只需要网管型交换机上的特性。Karones说：“例如，一些Ethernet/IP供应商就建议使用支持IGMP Snooping的交换机，目前Rockwell Automation宣布有100万个Ethernet/IP设备已经出货。另外，有些交换机供应商可能还会建议你采用能支持QoS或VLAN的交换机。”胡俊也提到：“一般的以太网协议，例如Ethernet/IP、Profinet和Modbus TCP等都建议工业以太网交换机具备全双工方式，端口镜像和IGMP Snooping三大功能。”
谈到其它功能时，李凯说：“西门子的交换机还提供了一定的路由功能，更加方便的解决现场遇到的问题。通常来说在小型的企业网中，这些功能是由单独的路由器完成的。”“作为本土的生产厂商，东土能提供丰富的不同电压等级的电源结构，更适合中国国情。另外，客户化是东土交换机所具有的最大特点
。”东土电信产品总监薛百华先生还提到了精确时钟协议（PTP），“某些工业网络和军事系统是对时间要求精度较高的精密系统，需要交换机具有同步时间源的功能。保证数据的传输不能有延迟或者在允许的延迟范围之内，交换机能够对时钟进行自校正。记录时钟便于对历史进行追忆，尤其是出现故障的时候，这种时钟类似于网络同步的概念。”
传输媒介方面，大多数工业以太网通信都通过双绞线进行，但有时也需要使用光缆。当信号传输距离超过双绞线所支持的100米时则需用光缆。多模光纤的通信距离能达2公里；单模光纤的通信距离可达到15公里。由于其通信不易受电或磁场的影响，因此光缆一般还用于高噪声环境中。
实时性考虑
你需要考虑的另一个问题是，你的系统可接受哪种类型的响应与抖动。如果我从一台设备向另一台设备发送一个帧，则最大响应时间及最大可接受的抖动是多少？在处理数据帧时，大多数以太网交换机都采用存储－转发方式，这意味着先接收整个帧，然后再将其转发。如果你将几台交换机级连，则每台交换机存储－转发这些帧的时间会增加。而且，还需要加上交换机的少许内部延时。
对于这个问题，胡俊说：“目前多种协议都有针对实时性问题的处理，像Ethernet/IP这样的协议增加了IEEE 1588（用于联网测量与控制系统的精密时钟同步协议），来帮助确保以太网连接设备的实时性，同步的精度可达200个纳秒，采购时可以选择支持IEEE 1588标准的交换机。”
菲尼克斯电气AX产品市场经理刘朝晖先生介绍道：“在运动控制领域要求很高，目前只有PROFINET在做深入的研究并且已经有成型的技术和产品了。高速运行的设备需要采用Profinet IRT，比如包装机、印刷机、塑料机等单机设备。”
“工业以太网交换机在连接运动设备时会产生延迟的问题，比如说印刷设备，以50米每秒的速度走动的时候可能就模糊了，这个时候以太网可能会显得有些力不从心。EPA为了保证实时性能，将某几台联网设备划分在一个微网段里，要求设备是智能的，比如连接的温度传感器是个智能传感器，信息进行了转换，直接通过以太网口送出，这就是东土的产品可以用到现场层的一个原因。像沈阳仪器仪表所、川仪、上仪等都已经支持了EPA这样的要求。其它的协议，例如Ethernet PowerLink则采用时分复用TDM的模式，保证了实时性。”薛百华说。
兼容性问题
工业以太网和以往的现场总线相比，是个透明的协议，在交换机的使用中是否还需要顾虑兼容性呢？
李凯解释道：“西门子PROFINET解决方案中的设备，比如计算机的兼容卡、交换机、还有底层的伺服设备，所具备的PROFINET接口具有很强的兼容性，兼容标准的TCP/IP协议栈，同时还可兼容RT，NRT和IRT协议，也就是说可以响应设备通过TCP/IP方式的访问，以及RT，IRT和NRT方式的访问。相反的，即使是标准的工业以太网交换机也可以转发RT，NRT和IRT的数据包，因为这些数据包可以在
