1 概述

上世紀八十年代計算機控制系統引入我國水泥行業，水泥工業自動化隨之成為水泥新型干法工藝不可缺少的一部分，DCS，PLC是當時控制的熱門話題。到了九十年代工業自動化界的熱點又轉向為現場總線，在一段時間內控制業界推出了幾十種現場總線標準，后由IEC確定了八種現場總線為國際標準。水泥工業自動化后也隨著現場總線的大流，在部分企業采用了FCS--現場總線控制系統，應用在窯尾和冷卻機的控制中，現今Profibus,-DP、 PA、 FF、Control-Net、Device-Net等已廣為熟知。進入二十一世紀后，工業以太網(Ethernet)又成為控制界最大熱點，其熱度甚至超過了當年的現場總線技術，幾乎波及到各個角落。目前IEC正在制訂工業以太網的國際標準，當今已推出并比較有影響的是Ethernet/IP(ODVA )和PROFINET 等，實際上這些網還是現場總線 DeviceNet, Contro-lNet，Profibus,-DP,PA的上層網段。中國的工業以太網標準也在起飛，如浙大中控聯合國內一些企業正在開發的EPA標準，并已向IEC申報。

和其他行業一樣，我國水泥工業自動化人員并不陌生以太網，在開發管理信息MIS系統時，或者在用PC機組成的辦公自動化系統時，多曾采用了商用以太網，但目前熱門的是工業實時以太網系統，即在工業領域內從智能傳感器到廠區內的監控和管理系統都應用了工業以太網，支持工業以太網的軟件極為豐富，有超過100種通訊協議被應用于各種各樣工業計算機平臺之間的數據交換;低成本高性能的Ethernet產品到處可見，目前幾乎所有遠程I/O和控制器均能提供一個支持TCP/IP的Ethernet接口。 各種工廠計算機控制系統，如Honeywell公司的TDC和TPS系統、ABB公司的工業IT、SIMENS公司的PCS7等，都采用工業以太網作為管理層和監控層，Ethernet正在成為國際標準。工業實時以太網有何特點，在選擇考慮時要注意什么，工業實時以太網絡的通信模型以及在聯網時用什么基本設備，對于我們水泥行業自動化技術人員應有所了解，本文將就以上的話題論述，并對水泥行業應用工業以太網絡的前景做一預測。

2 工業實時以太網絡的通信模型和聯網基本設備

2.1.工業以太網的特點

以太網是采用平等競爭式的介質訪問控制方式，即現在使用的CSMA/CD802.3標準(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，沖突檢測載波監聽多點訪問)，它是一種非確定性或隨機性通信方式，其基本工作原理是：某節點要發送報文時，首先監聽網絡，如網絡忙，則等到其空閑為止，否則將立即發送，并同時繼續監聽網絡;如果兩個或更多的節點監聽到網絡空閑并同時發送報文時，將發生碰撞，同時節點立即停止發送，并等待一段隨機長度的時間后重新發送。尤其在網絡負荷較高時，Ethernet上存在的這種碰撞成了主要問題，因為它極大地影響了Ethernet的數據吞吐量和傳輸延時，并導致Ethernet實際性能的下降。由于在一系列碰撞后報文可能會丟失，節點與節點之間的通信將無法得到保障，因此它不能滿足自動化系統對通信的實時要求。而我們現在所討論的是工業以太網，它也是采用了以太網的通信方式，但工業以太網最大特點是：

2.1.1 傳輸速率快：最初以太網的標準通信速率是2.94Mbps, 而工業以太網的速率是10Mbps，100 Mbps，現在甚至有可支持1000 和10GMbps的以太網。 在數據吞吐量相同的情況下，通信速率的提高意味著網絡負荷的減輕和網絡傳輸延時的減小，也就意味著網絡碰撞機率大大下降。

2.1.2. 實時性：工業通信網絡的實時性要求很高，通常制造自動化系統的響應時間要求在0.01~0.5s，過程控制系統的響應時間為0.5~2s，為此在工業以太網中除具有的高通信速率外、還采用了全雙工交換技術，即端口間兩對雙絞線(或兩根光纖)上分別同時接收和發送報文幀，不會發生沖突。另外，網絡采用星型網絡拓撲結構，由交換機SWITCHER將網絡劃分為若干個網段。交換機具有數據存儲、轉發的功能，即能實現來自某一端口的信息，再將信息廣播到其他端口的路由功能，并能自動檢測網絡速度，有MAC地址表，使各端口之間輸入和輸出的數據幀能夠得到緩沖，避免了消息沖突。同時交換機還可以對網絡上傳輸的數據進行包過濾，使每個網段內節點之間數據的傳輸只限在本地網段內進行，而不會經過主干網，也不占用其他網段的帶寬，從而降低了所有網段和主干網的網絡負荷。

為更可靠、有效做到實時性，在工業以太網的實時技術上各開發商通過創新技術使網絡的通信更加順暢，如采用同步分散實時時鐘協議以及高速通道協議等新技術，可以認為目前工業以太網的實時性基本得到解決。