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*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??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 MultipleAccess with CollisionDetection，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*大特點是：
2.1.1 傳輸速率快：*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，100Mbps，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**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。
適應工業環境：

　　工業以太網能適應惡劣的工業環境，控制系統的控制器、I/O模塊、操作站、工程師站等硬件設備均能滿足環境適應性要求，其外殼的保護等級高，一般為IP67，外殼設計也充分考慮了對散熱的影響；電源設計、安裝方式也適應工業環境。另外工業以太網設有廣泛的糾錯機制，使它能在惡劣的操作環境下，也有很強的魯棒性。

　　為了提高網絡的抗干擾能力和可靠性，在實際應用中，Ethernet主干網可采用光纖傳輸，現場設備的連接則可采用屏蔽雙絞線，對于重要的網段還可采用冗余網絡技術。

有很好的**性能：

　　將工業現場控制設備通過以太網連接起來時，由于使用了TCP/IP協議，因此可能會受到包括病毒、黑客的非法入侵與非法操作等網絡**威脅，并因此成為眾人關心的另一個重要問題。對此，一般可采用網絡隔離（如網關、服務器等隔離）的辦法，將控制區域內部控制網絡與外部信息網絡系統分開。此外，還可以通過用戶密碼、數據加密、防火墻等多種**機制加強網絡的**管理。目前已有針對工業自動化控制網絡**的成熟軟件，如PROFIsafe,CIP Safety等，整個網絡能確保運行可靠。

3．工業以太網的通信模型和網絡設備

　　綜上所述，工業以太網也不是簡單把一個數據位從一個設備傳送到另一個設備，就能建立起有效的通信聯系。所有的數據必須以一個層級的方式組織起來。通常它也是按開聯的OSI的7層模型建立通信協議的（見表1）。這個模型定義了傳送數據的設備應該怎樣在發送前把信息打包；接收數據的設備應該怎樣把收到的數據解包，還原成原來的信息。

　　第1層是管理層，接收來自某一端口的信息，再將信息變送廣播到其他端口，以太網在這層主要硬件是網絡集線器，俗稱HUB，水泥行業自動化技術人員多熟悉HUB，在系統中我們通過電纜網將網絡集線器和和各種基于以太網的設備連接，如工業PC機、管理PC機、可編程控制器PLC等，集線器接收來自某一端口的信息，再將信息同時的、不加區別的變送廣播到其他所有的可用端口。由于集線器使以太網可以有分支連接，整個網絡就可以增加設備、網絡的距離也可延長。集線器在信息傳遞方面是低速低效，可能會出現消息沖突。然而集線器的使用非常簡單，可以即插即用，但沒有冗余功能。

　　第2層是數據鏈路層，這層主要硬件是交換機SWITCHER,它的作用是過濾和重建以太網的數據包，每個網絡交換機都有一個地址列表-MAC地址表，在表上列出了所有連接設備的地址，當網絡交換機收到一個數據包時，它會把數據包保存下來，同自身的地址列表進行比較，然后把數據包繼續傳送到正確的端口，以限制其他無關端口的通信信息量。網絡交換機有管理型和非管理型兩種，管理型交換機：它可以通過網絡的接口實現完全的配置，也能自動與網絡設備交互，可手動配置每一端口的網絡速度和流量控制，通過鏡像到診斷端口，可進行故障診斷和檢修。

　　第3層是網絡層，在網絡層實現路由功能，其基本設備是路由器，路由器根據IP地址過濾網絡通訊，把網絡分割成子網段，只有擁有特定的IP地址的設備可以通過；路由器的另一作用是能夠阻擋廣播信息和損壞的數據包，這樣可以大大減少子網的通信量。

　　第5層和第7層是會話和應用層，網關是其基本設備，網關的作用是把不同的網絡系統互聯到一起，網關能夠翻譯通訊協議中從7層模型的物理層到應用層的所有層面，因此網關可互聯完全不同的網絡實體。

4．選用工業以太網的考慮因素和水泥行業應用前景

　　我們在選用工業以太網或相應的產品時，要考慮以太網通訊協議、電源、通信速率、工業環境認證考慮、安裝方式、外殼對散熱的影響、簡單通信功能和通信管理功能、電口和光口等。如果對工業以太網的網絡管理有更高的要求，則要考慮所選產品的**功能：信號強弱、端口設置、出錯報警、串口使用、主干冗余、環網冗余、服務質量、虛擬局域網、簡單網絡管理協議、端口鏡像等。

　　當今我國水泥行業在國內有影響有實力的大集團粗略統計也有十幾家，如海螺、華新、冀東、三獅、亞泰等，他們屬下有許多水泥熟料廠和粉磨站，如海螺集團每年水泥產量達幾千萬噸，它的水泥熟料廠分布在離資源近的安徽等地，而根據水泥市場的需求，粉磨站分布在上海、寧波、南通、張家港等城市附近，為此它必需綜合調度其生產、管理和銷售等。而目前大多數水泥集團所屬企業自動化功能僅用到過程監控級。基于工業以太網強大的生命力，相信由工業以太網組成的控制和管理系統不久將在我國有實力的大水泥集團建成，將集團、公司、熟料廠和粉磨站的生產、銷售、管理、財務、質量、原材料等組成一個有機的整體，以發揮*大的經濟效益和社會效應。。
當今自動化控制的熱點：工業以太網