如今，工业自动化网络变得更快、更智能、更强大。PLC通过分布式控制简单地与设备“对话”的能力已经发展成更加复杂的控制方案。例如，今天的现代工业网络以从未想象过的方式说明了可靠性和安全性。此外，用户可以根据自己的需求利用或实施多种网络类型。抛开进步不谈，将网络控制系统的设备物理连接在一起所需的硬件是最基本的。在这里，我们将重新审视网络交换机在现代自动化中不起眼的角色。
我们将使用以太网/IP作为本次讨论的示例网络，因为它是北美最大、最流行的协议。然而，我们将探讨的大多数原则也适用于其他以太网（Profinet、EtherCat、Powerlink等）。)，也是。此外，我们将在本次讨论中提到多轴运动控制应用，因为它们是该技术的一项令人兴奋的应用，不过，请随意想象您习惯联网的任何设备。
外部开关:传统方法
在典型的基于以太网的运动应用中，所需的硬件包括:以太网交换机、运动控制器（分布式I/O模块，如Point I/O或AMCI的ANF1E）、驱动器和电机。也有结合了两个或更多这些产品的集成产品（所示的集成驱动和控制），但在所有情况下都需要与PLC的网络连接。该连接通过外部交换机进行管理。
星形布局
以太网通信最常见的布局是星型拓扑。当我们想到工业以太网时，这是我们想到的经典辐条和集线器排列。所有数据都通过交换机（集线器）传输到网络上的设备（辐条）。外部交换机管理和控制网络的所有功能。它还充当数据流的中继器。
星型拓扑通过将所有系统连接到一个中心节点来降低线路故障的影响。当应用于基于总线的网络时，该中央集线器将从任何外围节点接收的所有传输重新广播到网络上的所有外围节点，有时包括始发节点。因此，所有外围节点可以通过仅向中央节点发送和从中央节点接收来与所有其他节点通信。将任何外围节点连接到中心节点的传输线的故障将导致该外围节点与所有其他节点隔离，但系统的其余部分将不受影响。
优势:
- 设备通过外部交换机进行通信
- 易于添加节点
- 节点故障不会导致网络瘫痪
缺点:
- 需要更多布线
- 节点数量受交换机限制
- 切换是一项额外成本
- 如果交换机出现故障，整个网络都会受到影响
图1:星形拓扑的动画演示
嵌入式交换机:一种集成方法
网络技术的最新进展使得运动控制产品制造商能够在其产品中添加嵌入式以太网交换机。系统设计人员不再需要外部以太网交换机，或者可以显著减少外部以太网交换机的需求（或尺寸）。这大大减少了硬件和布线，因为只需要更少的物理产品。（见下图）
使用嵌入式以太网交换机，网络设计可以是线性拓扑或环形拓扑。各有各的优缺点。环形拓扑具有容错网络能力的好处，这将在下面描述。
线性拓扑
线性网络是一组以菊花链形式连接在一起的设备。网络中的每台设备都有自己的嵌入式交换机。设备的嵌入式交换机允许在设备级别实施这种拓扑结构。没有外部开关。
优势:
- 每个设备中都嵌入了开关
- 简化安装
- 易于添加节点
- 没有特殊的配置软件
缺点:
- 电缆的任何断裂都会断开断裂处下游的设备
- 故障排除可能很困难
图2:线性拓扑的动画演示
环形拓扑
环形拓扑以环形方式建立，其中数据沿环的一个方向传输，环上的每个设备都充当中继器。每个设备都包含一个接收输入信号的接收器和一个将数据发送到环中下一个设备的发送器。
优势:
- 每个设备都包含一个开关
- 对单点故障具有弹性
- 发生故障时快速恢复
缺点:
- 比线性网络更昂贵
- 必须有一种方法来防止数据包不断循环
图3:环形拓扑的动画演示
设备级环技术
什么是设备级环（DLR）？
DLR是ODVA定义的一种管理以太网环形拓扑通信的方法。
DLR具有以下优势两者线性和环形拓扑:无需外部交换机或特殊配置软件，易于添加节点，简化安装，快速恢复等。，同时在发生故障时通过转换为线性拓扑来提供故障保护。有了DLR，您就不用处理网络被破坏的问题（就像星型拓扑那样），而且中断下游的设备将继续运行（与线性拓扑不同）。
工作原理:
其中一个节点被定义为监管者并管理网络流量。管理程序从两个端口发出一条消息，称为信标帧。该消息监控环的完整性。数据包仅通过主端口发送出去。辅助端口被阻止发送数据。环节点接收该消息。如果它是预期的收件人，它将使用该消息。否则，它会继续转发。环节点也可以发送消息。
戒指破了会怎样？
当电缆出现故障时，信标帧（在图4动画中显示为“ok”符号）无法到达supervisor的辅助端口。链接状态（“！“图4中的故障通知）由发生中断的环节点发送，并由管理机接收。
图4:DLR故障检测的动画演示
然后，数据包通过监控器的两个端口发送（参见图5动画），并不间断地继续运行，直到电缆修复完毕。在修复之前，它充当线性拓扑。监管机的主端口继续发送信标帧，当进行修复时，辅助端口接收信标帧。修复完成后，管理程序将返回仅通过主端口发送数据包，恢复环形拓扑。
图5:DLR故障模式的动画演示（起到线性拓扑的作用）
利用集成运动产品的嵌入式交换机
将以太网交换机内置到产品中，带来了使用线性或环形拓扑的好处。基于PLC的集成运动产品使用PLC作为运动的中央控制器，并结合两种或多种功能来简化安装并节省时间和金钱。
目前市场上的集成步进控制产品包括:
- 二合一驱动器/控制器
- 三合一电机/驱动器/控制器
下图概述了每种集成方法的硬件要求。
二合一驱动器/控制器的优势包括:
嵌入式开关，支持DLR，消除控制器和驱动器之间的布线，通过网络与PLC直接通信，使用PLC软件编程（无需学习新内容），标准布线和接口。
三合一电机/驱动器/控制器的优势包括:
添加复杂动作的最有效方法。嵌入式开关，支持DLR，用于完整运动控制的紧凑型一体化设计，通过与PLC的直接网络通信取代控制器与驱动器和电机之间的布线，使用PLC软件编程（无需学习新内容），使用标准布线，提供标准电机尺寸，可选编码器和齿轮箱。