用于混合工业标准办公室以太网的解决方案

在同一根电缆上混合使用工业以太网和标准办公以太网有其风险。在没有优先级意识的情况下，对于操作某些机器至关重要的工业电报可能会被延迟，它位于交换机的存储转发缓冲区中，等待IT电报通过。其他公司已经解决了这个潜在的问题(见下图)，但浩亭在2009年汉诺威博览会上推出了它的解决方案。其Ha-VIS“快速通道交换”技术是汉诺威博览会颁发的爱马仕奖(Hermes Award)的五项决赛奖项之一，该奖项为技术创新奖，奖金10万欧元。与标准以太网完全兼容，浩亭的快速通道交换机保证了现场级别的确定性数据传输。

浩亭工程师表示，以太网交换机中的存储和转发缓冲区是工业电报问题的根源。他们发现了两个基本问题。首先，当电报通过交换机时，它被存储在缓冲区中，直到接收到整个消息;只有这样它才会被转发出交换机。其次，如果工业消息在交换机处理IT电报的同时到达交换机，它必须等待整个IT电报通过交换机才能继续前进。

因为优先级高的帧总是被赋予优先级，如果队列缓冲区被具有相同或更高优先级的帧填充，自动化帧将被延迟。而且，自动化帧可能会延迟一段不可预测的时间。交换机的输出端口也可能出现拥塞:当输出端口被帧填满时，高优先级的帧必须等待，直到端口再次可用。如果从输出端口发送具有1,500字节有效负载的低优先级IT帧，则具有高优先级的自动化帧必须等待125微秒，直到端口可用。在一个层次结构或一系列开关中移动消息会加剧这个问题。

Harting的解决方案是，首先，让所有的自动化电报直接通过交换机，绕过存储和转发机制。这就好像工业电报就像火车或飞机上的头等舱乘客一样。其次，如果工业电报到达交换机时，IT电报正在处理，处理立即停止，工业电报被允许通过。it电报通过交换机重新发送。这就是所谓的“切通”方法。

汉诺威博览会示范

在11号展厅的浩亭展台上，16台以太网交换机排成一行并串联起来，通过大约3米的总电缆距离将Profinet信息相互传递。同样连接在同一条以太网电缆上的还有一台PC机，它可以模拟标准的“办公室”IT流量，范围约为10-60 MBits/sec。使用标准的“存储和转发”交换，Profinet消息的延迟超过2000微秒，但当快速通道交换打开时，最大延迟约为50微秒。当网络无流量时，数据速率(100mbit /sec)、帧长(最小64字节)和交换机时延决定了帧延迟时间。本例中的最小传输延迟是160微秒。当网络负载增加时，输入端口出现延迟，输出端口出现拥塞。

当一个非常长的帧(1500字节)从传输路径上的输出端口发送时——如果一个高优先级的自动化帧正在从同一个端口等待同时发送——自动化帧可能需要等待125微秒，直到端口可用。从统计上看，这种影响可能会在传输路径上重复出现，由此产生的延迟可能高达几毫秒。随着网络负载的增加，自动化帧延迟的可能性也在增加。在汉诺威工业博览会这个有16个开关的例子中，可能会出现高达2.1毫秒的延迟。

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作者信息

迈克尔·巴布是欧洲控制工程学院，michael.babb@imlgroup.co.uk

其他的解决方案

其他人意识到在同一根电缆上混合工业和标准办公室以太网的潜在问题。西门子已经设计了ERTEC(增强型实时以太网控制器)Profinet芯片来应对这种情况。这些工业以太网专用集成电路是高性能以太网控制器(基于32位ARM 946处理器)，集成了专为工业用途开发的实时交换机。芯片优先处理同步实时运动控制电报，并确保它们及时到达目的地。

Phoenix Contact还宣布了Profinet增强，以加快工业框架的速度，并将在今年晚些时候发布其DFP(动态框架包装)芯片。

一般来说，就实时以太网而言，Profinet IRT和EtherCAT这两大赢家都不需要Harting的快速交换技术。

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