工业交换机电源管理方案：低压直流&PoE技术的判断和使用

AC（交流）100-240V：常见的电源电压，适用于各种电力标准的环境。

DC（直流）12V/24V/48V：是工业交换机中常见的供电电压，常用于工业控制信号的电压，多用于自动化设备和工业控制系统中，可以为通信设备提供稳定的电源。此外，它也经常应用于车载、太阳能、基站、路由器和光通信设备等。

威努特工业级交换机可同时提供AC/DC双电源，保证了交换机在电源故障或切换时的稳定运行。

目前电源供电主要分为DC（直流供电）和AC（交流供电）。

直流电压随着时间的延续，它的电压幅值和方向都不会改变；交流电压随着时间的延续，它的电压幅值和方向会周期性地改变。

家用电器基本都使用220V交流电，而直流电应用也很广泛，例如干电池。

直流供电和交流供电的区别在于：

在实际生产中，大多数设备都含有大量的电子原件，这些电子原件需要稳定的电压和电流输出，但市电的电压和电流经常会变化，因此需要使用电源适配器将市电转换为稳定的直流电输出，同时电源适配器不仅可以保护电子设备免受电压浪涌、过载等电力问题的影响，还可以将电子设备与市电隔离开来，从而保护用户的安全。常见电源适配器如下图所示：

工业控制系统对稳定性要求很高，稳定性不仅体现在控制系统自身的软件设计，同时硬件稳定性也需要重点关注，而供电电源的可靠性是硬件稳定性的基础。

工业交换机电源主要由三部分组成——供电电源线、电源转换模块（可选）、凤凰端子，如下图所示：    

工业交换机使用直流电源进行供电的原因有以下几个方面：

• 提高稳定性：相比于交流电源，直流电源具有更加稳定的电压和电流输出，消除了交流电设备可能带来的冲击和波动，保证了交换机的稳定供电；

• 降低成本：在工业现场中，直流电是主要的工作电压，因此使用直流电源进行供电可以避免进行交流电和直流电转换产生的能量损失，降低了成本；

• 适应性强：直流电源适合于各种不同类型的工业环境，如可调节的稳压电源、多路直流电源等，确保了工业交换机在不同的电力环境下能够正常运行；

• 避免电磁干扰：高压供电会产生强烈的电磁场，会影响PLC等工业控制设备的正常运行，采用低压供电可有效避免此类问题的发生。

  而在供电接口上，工业交换机电源选择凤凰端子而不是传统电源接口的原因是：

• 凤凰端子的连接更加牢固，具有更强的抗震能力，可以防止在工业现场出现机器震动导致电源接口松脱的问题；

• 凤凰端子的连接方式相对于传统电源接口更加简单，不会出现焊接问题和引线过长问题；

• 凤凰端子的安装相对于传统电源接口更加便捷、方便和快速，可以节约更多的时间和人力成本；

• 凤凰端子的设计可以防止接线时极性接反的问题，提高了接线准确性和可靠性。

因此，建议在选择工业交换机电源时，选择凤凰端子作为连接方式，以提高电源连接的牢固性和可靠性。

目前市场上主流的支持低压供电的工业交换机出厂只配置了电源线。使用时需要注意现场供电情况：

• 现场只提供AC供电：

1、设备数量较少的话，可单独购买电源转换模块（高压转低压）进行电源转换；

2、设备数量较多的话，可根据设备数量及功率需求，在总电源处单独接电，提供低压电源输入。

• 现场提供AC供电及DC供电：

根据设备电源情况进行电源接入。

威努特工业交换机内置冗余双工业级电源，同时支持 AC 供电和 DC 供电，具有防止单点故障、提高稳定性、维护灵活等优点，能够保证企业工业网络的稳定和安全运行。

出厂时电源端子上的 GND 脚已经连接到设备的“机壳地”。连接电源线时，须将电源线的地线固定在机柜或机架的接地柱上，再按面板上提供的接线顺序正确连接火线/正极和零线/负极。电源线适用线径 30AWG~12AWG，详细接线图如下图所示：

图8 AC 电源线连接示意图

图9 DC 电源线连接示意图

在确保电源稳定输入的前提下，针对需要远程供电的设备，交换机也可通过网线为设备进行供电（PoE供电）。

交换机供电之输出篇

PoE（Power over Ethernet）:PoE电源是通过网线为设备供电的一种方式，适用于需要远程供电的设备，如IP摄像头、无线AP等。

目前常见的PoE交换机的单端口供电功率有15.4W和30W的，供电电压一般是48V，在选择PoE交换机给网络设备供电的时候，供电总功率是一个非常重要的指标，功率小了设备无法工作。

例如市场上常见的支持802.3af标准(PoE)的PoE交换机输出功率小于15.4W，枪机摄像头、无线AP、IP电话等设备一般来说足够了，但对于某些球机、红外摄像头等大功率的设备而言，输出的功率达不到要求。

为了规范和促进PoE供电技术的发展，解决不同厂家供电（PSE设备）和受电（PD设备）设备之间的适配性问题，IEEE标准委员会先后发布了三个PoE标准：IEEE 802.3af标准、IEEE 802.3at标准、IEEE 802.3bt标准，其对应的输出功率如下表:

为什么单端口供电功率不能更高，比如100W？甚至通过提高供电电压来解决问题？要回答这个问题，需要先了解PoE供电的原理。

网线主要用于传输数据信号，传输电力信号则涉及到电阻和承受能力问题。如果将电压设置为100V，网线传输的电流将会很高，超过网线的承受能力，会引起很多潜在的问题。既然电压和电流都受限，供电功率自然就不能那么高。    

PoE供电时，网线同时传输数据信号和电力信号，为了避免相互影响并保证尽可能高效的供电传输效果，行业规定单端口供电功率不能超过90W。在实际使用中，单端口功率达到30W就已经可以满足大多数使用场景的要求了。

要选择合适的工业级PoE交换机，应该考虑以下几个方面：

• 端口数量和类型：选择交换机时，需要考虑网络规模以及所需的端口数量和类型。如果网络规模较小，可以选择较少端口数量的交换机，反之则需要选择端口数量更多的交换机。此外，需要根据需求选择是否需要支持不同类型的端口，如千兆网口、万兆网口、SFP光模块接口等；

• PoE功率：选择工业级PoE交换机时，需要根据PoE设备的功率需求，选择相应的交换机。不同交换机提供的PoE功率也略有不同，需要选择适合设备功率需求的交换机；

遵循IEEE802.3af标准的PoE交换机，单端口功率最大不超过15.4W，由于传输线材的损耗，能给最大功耗不超过12.95W的设备供电；

遵循IEEE802.3at标准的PoE交换机，能给最大功耗不超过25W的设备供电。

接入设备的总数量决定了供电交换机需要具备的总功率，以24口工业级PoE交换机为例，假设总功率为370W。

在IEEE802.3af标准下，如果单个供电设备供电所需功率为15.4W，可以提供24口的全端口供电(370/15.4=24)；

但在IEEE802.3at标准下，单口最大供电功率以30W计算，同时最多就只能给12个端口供电(370/30=12)。

• 网络速度和协议类型：在选择交换机时，还需要考虑所需的网络速度和协议类型。工业级PoE交换机一般支持常用的网络协议，如TCP/IP、UDP、DHCP、SNMP等，同时也需要支持高速传输，如千兆或万兆网速；

• 设备的耐用性和可靠性：在考虑选择工业级交换机时，需要注意设备的耐用性和可靠性。因为工业现场环境恶劣，设备需要具有耐用性、高可靠性，能够适应各种振动、温度变化和湿度等恶劣环境；

• 网络安全功能：在选择工业级交换机时，需要考虑其网络安全功能，如VLAN、QoS、ACL、端口隔离等。

以上是选择工业级PoE交换机时需要考虑的几个方面，实际生产选型时需要根据实际需求选择最适合的工业级PoE交换机。

威努特目前已推出数款工业级PoE交换机产品，产品形态覆盖卡轨式安装、机架式安装；端口支持百兆光/电接口、千兆光/电接口、万兆光接口PoE以太网口。

威努特工业交换机通过无风扇散热电路设计、宽范围工作环境温度、高防护等级等技术，提供了耐高/低温、防雷等卓越的工业级品质，而且集成交换、安全等各种丰富协议，同时支持ERPS在内的多种冗余协议，协议上同时支持802.3 af及802.3at标准，单端口输出功率可达30W，最大PoE输出功率可达720W，大大提升了组网灵活度，并增强了工业网络的可靠性和安全性，更能满足轨道交通、平安城市、智能交通、室外监控和其他恶劣环境中的部署要求。