工业级交换机轨道交通项目

发布时间:2018-01-09 10:01:42

1 概述
  目前,全国已有北京、上海、广州、深圳、南京、天津、重庆、武汉、西安、成都、沈阳等多个城市的轨道交通投入运营,城市轨道交通的正处于蓬勃发展的时期。其中综合监控系统作为城市轨道交通中一个非常重要的系统,也发挥着关键的作用。本文针对组建综合监控系统主干网的重要硬件设备——工业级交换机进行简要分析。
  2 交换机的应用组网方式
  综合监控系统独立组网,利用综合监控系统自身工业级
  以太网交换机及通信系统提供的光纤独立组建工业级以太网。
  3 工业级交换机
  3.1 工业级交换机简介 工业以太网交换机(Industrial etherent switch)是满足工业现场需要,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。
  3.2 工业级交换机和民用交换机的比较 换功能上基本一致,但有很多方面存在着区别。首先在设计上以及在元器件的选用上,产品的强度和适用性方面更能满足工业现场的需要;其次在模块扩展方面也表现的更为灵活,有多种光口和电口可供选配;还有在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。另外工业级交换机PCB板一般做“三防”处理。接下来我们可以从以下几个方面确定在工业现场选用工业以太网交换机的必要性。(表一)。从长远的方面来考虑,一般民用交换机的MTBF是3~5年,而工业级交换机的MTBF可高达15~50年,可靠性远远高于民用交换机;另外,工业级以太网交换机自身具有很好的环网组建和自愈等优越条件,又仅占用了通信系统提供的光纤,大大提高了整个系统的灵活性、稳定性和将来调试的便利性。
  目前大部分城市在建设综合监控系统时,建议综合监控
  采用通信系统提供的光纤、利用工业级交换机硬件独立组网。
  4 工业级交换机关注问题
  4.1 热设计 现代电子设备所用的电子元器件的密度越来越高,这将使元器件之间通过传导、辐射和对流产生热耦合。因此,热效应已经成为影响电子元器件失效率的一个最重要的因素。对于某些电路来说,可靠性几乎完全取决于热环境。资料表明:环境温度每提高10℃,元器件寿命约降低1/2。这就是有名的“10℃法则”。我们分析其中用风扇散热的24口网络交换机的检测报告,在环境温度为30℃,40℃,50℃时,无风扇交换机和有风扇交换机的测试结果为:
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  由此可见,温度对于工业网络产品的影响是非常大的,如果像民用交换机一样采用风扇降温,能够有效降低机内温度而延长设备的MTBF,但风扇本身的寿命又非常有限(2.28年)(由SANYO FAN DATA SHEET 给出的数据)。地铁综合监控系统的交换机设备,往往是一开机就常年运行,而且运行的环境也往往较恶劣,沙尘、昆虫、潮湿都会直接影响风扇的运行。主动散热性交换机在设计时散热主要就是靠风扇散热,一旦风扇失效而不及时更换,“10℃法则”将会起作用:机内环境温度每提高10℃,元器件寿命就降低1/2。交换机的机内积热将会快速导致交换机性能的下降,直至交换机崩溃。因此,工业交换机的散热系统设计,显的尤为重要。
  4.2 背板带宽 交换机的背板带宽我认为从两个方面来考虑:①所有端口容量X端口数量之和的2倍应该小于背板带宽,可实现全双工无阻塞交换,证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件。②满配置吞吐量(Mpps)=满配置GE端口数×1.488Mpps其中1个千兆端口在包长为64字节时的理论吞吐量为1.488Mpps。例如,一台最多可以提供64个千兆端口的交换机,其满配置吞吐量应达到64×1.488Mpps=95.2Mpps,才能够确保在所有端口均线速工作时,提供无阻塞的包交换。
  背板相对大,吞吐量相对小的交换机,除了保留了升级扩展的能力外就是软件效率/专用芯片电路设计有问题;背板相对小,吞吐量相对大的交换机,整体性能比较高。背板带宽的值相对来说很好确定和测量,但是吐量一般是个设计值,测试很困难的并且意义不是很大。
  5 工业级交换机市场分析
  工业级交换机主要由以下几大品牌:①工业交换机领域的首创者,德国的赫斯曼Hirschmann,作为工业交换机的开创者者,赫斯曼品牌基本遍布于工业自动化领域的各个行业。2008年,赫斯曼被卖给了美国百通公司,从中国各城市地铁的使用情况来看,赫斯曼的市场占有率还是很高的。②加拿大罗杰康Ruggedcom,专注于电力行业市场,在数字化变电站领域,基本做到了独一无二的品牌知名度,纯进口产品决定了其价格较高。③德国西门子SIEMENS,西门子并不是某一个单个产品的生产研发制造商,在2007年底,随着市场的增长,组建了工业交换机小部门,开始推出自己的品牌,但是价格昂贵,但西门子的知名度还是较高的。④MRD子午线。MRD是英语Meridian的缩写,中文翻译过来就是子午线的意思。是美国的军品制造商。该品牌被华侨注资引进国内后,成立了上海迈越颠公司,核心部件引进自美国,其他如生产工艺、制造、品质管理等全部在国内实现自主生产,目前在地铁轨道交通行业的ISCS综合监控系统中有着广泛应用,我国第一条无人驾驶地铁上海10号线的工业级交换机,全部使用MRD子午线产品。⑤MOXA,来自台湾的四零四工厂(即民国四十年)某学校四班的几个同学一起成立的这个公司,主要以串口通信卡闻名全球,MOXA产品性能有几款产品还是非常不错的,对于国产产品来说,价格也适中,也占有一定的市场占有率。⑥东土KYLAND。东土品牌可谓是民族工业交换机第一品牌,研发、生产、销售体系,来源于国有资产的大唐什维电信公司,价格低廉。⑦其他很多的品牌,包括国外和国内品牌,不一一列举,主要有以下这些品牌:美国的Garrettcom、N-Tron、SIXNET、德国的菲尼克斯等;国内(包含台湾地区)有研华、烟台正维、北京欧迈特、苏州恒启等品牌,另有上海兆越、三旺通信,宇航光通。等,基本致力于中低端产品,价格较为便宜。
  6 结束语
  本文以地铁综合监控系统组网建设实施为依托,对工业级交换机与普通交换机进行对比,对技术指标和市场品牌简介等方面给出了简要的阐述,结合实际需求,选择适合的系统方案和产品