1 概述

上世纪八十年代计算机控制系统引入我国水泥行业，水泥工业自动化随之成为水泥新型干法工艺不可缺少的一部分，DCS，PLC是当时控制的热门话题。到了九十年代工业自动化界的热点又转向为现场总线，在一段时间内控制业界推出了几十种现场总线标准，后由IEC确定了八种现场总线为国际标准。水泥工业自动化后也随着现场总线的大流，在部分企业采用了FCS--现场总线控制系统，应用在窑尾和冷却机的控制中，现今Profibus,-DP、 PA、 FF、Control-Net、Device-Net等已广为熟知。进入二十一世纪后，工业以太网(Ethernet)又成为控制界最大热点，其热度甚至超过了当年的现场总线技术，几乎波及到各个角落。目前IEC正在制订工业以太网的国际标准，当今已推出并比较有影响的是Ethernet/IP(ODVA )和PROFINET 等，实际上这些网还是现场总线 DeviceNet, Contro-lNet，Profibus,-DP,PA的上层网段。中国的工业以太网标准也在起飞，如浙大中控联合国内一些企业正在开发的EPA标准，并已向IEC申报。

和其他行业一样，我国水泥工业自动化人员并不陌生以太网，在开发管理信息MIS系统时，或者在用PC机组成的办公自动化系统时，多曾采用了商用以太网，但目前热门的是工业实时以太网系统，即在工业领域内从智能传感器到厂区内的监控和管理系统都应用了工业以太网，支持工业以太网的软件极为丰富，有超过100种通讯协议被应用于各种各样工业计算机平台之间的数据交换;低成本高性能的Ethernet产品到处可见，目前几乎所有远程I/O和控制器均能提供一个支持TCP/IP的Ethernet接口。 各种工厂计算机控制系统，如Honeywell公司的TDC和TPS系统、ABB公司的工业IT、SIMENS公司的PCS7等，都采用工业以太网作为管理层和监控层，Ethernet正在成为国际标准。工业实时以太网有何特点，在选择考虑时要注意什么，工业实时以太网络的通信模型以及在联网时用什么基本设备，对于我们水泥行业自动化技术人员应有所了解，本文将就以上的话题论述，并对水泥行业应用工业以太网络的前景做一预测。

2 工业实时以太网络的通信模型和联网基本设备

2.1.工业以太网的特点

以太网是采用平等竞争式的介质访问控制方式，即现在使用的CSMA/CD802.3标准(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，冲突检测载波监听多点访问)，它是一种非确定性或随机性通信方式，其基本工作原理是：某节点要发送报文时，首先监听网络，如网络忙，则等到其空闲为止，否则将立即发送，并同时继续监听网络;如果两个或更多的节点监听到网络空闲并同时发送报文时，将发生碰撞，同时节点立即停止发送，并等待一段随机长度的时间后重新发送。尤其在网络负荷较高时，Ethernet上存在的这种碰撞成了主要问题，因为它极大地影响了Ethernet的数据吞吐量和传输延时，并导致Ethernet实际性能的下降。由于在一系列碰撞后报文可能会丢失，节点与节点之间的通信将无法得到保障，因此它不能满足自动化系统对通信的实时要求。而我们现在所讨论的是工业以太网，它也是采用了以太网的通信方式，但工业以太网最大特点是：

2.1.1 传输速率快：最初以太网的标准通信速率是2.94Mbps, 而工业以太网的速率是10Mbps，100 Mbps，现在甚至有可支持1000 和10GMbps的以太网。 在数据吞吐量相同的情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小，也就意味着网络碰撞机率大大下降。

2.1.2. 实时性：工业通信网络的实时性要求很高，通常制造自动化系统的响应时间要求在0.01~0.5s，过程控制系统的响应时间为0.5~2s，为此在工业以太网中除具有的高通信速率外、还采用了全双工交换技术，即端口间两对双绞线(或两根光纤)上分别同时接收和发送报文帧，不会发生冲突。另外，网络采用星型网络拓扑结构，由交换机SWITCHER将网络划分为若干个网段。交换机具有数据存储、转发的功能，即能实现来自某一端口的信息，再将信息广播到其他端口的路由功能，并能自动检测网络速度，有MAC地址表，使各端口之间输入和输出的数据帧能够得到缓冲，避免了消息冲突。同时交换机还可以对网络上传输的数据进行包过滤，使每个网段内节点之间数据的传输只限在本地网段内进行，而不会经过主干网，也不占用其他网段的带宽，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。

为更可靠、有效做到实时性，在工业以太网的实时技术上各开发商通过创新技术使网络的通信更加顺畅，如采用同步分散实时时钟协议以及高速通道协议等新技术，可以认为目前工业以太网的实时性基本得到解决。