Ethernet-APL的優(yōu)點(diǎn)包括大幅提高通信速度,、覆蓋危險區(qū)域、為現(xiàn)場儀表供電和長電纜運(yùn)行,。領(lǐng)先的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織FieldComm Group,、ODVA,、OPC Foundation和Profibus & Profinet International (PI)，以及12個主要的工業(yè)項目合作伙伴,，在過去3年里在 "APL項目 "下成功合作,，為現(xiàn)場儀表創(chuàng)建了這個新的物理層解決方案,。根據(jù)該項目負(fù)責(zé)人發(fā)布的新聞聲明，隨著APL項目在6月份發(fā)布規(guī)格,、工程指南和一致性測試計劃,，最終用戶現(xiàn)在可以期待來自領(lǐng)先供應(yīng)商的組件，第一批產(chǎn)品現(xiàn)在可以從選定的供應(yīng)商處獲得,。

Ethernet-APL是基于10BASET-1L標(biāo)準(zhǔn)的單對以太網(wǎng)（SPE）規(guī)范的擴(kuò)展,，它可以支持所有高階以太網(wǎng)通信協(xié)議。通過對物理層進(jìn)行調(diào)整,，滿足工藝相關(guān)裝置可靠運(yùn)行所需的要求,。這些要求包括高速、基于以太網(wǎng)的通信,、在潛在爆炸區(qū)域的安全操作,，以及安裝長達(dá)1000 m的長電纜的能力。

 “我們非常高興發(fā)布精心編制的技術(shù)規(guī)范和工程指南,，使Ethernet-APL技術(shù)有助于改變過程工廠領(lǐng)域,。” APL指導(dǎo)委員會主席J?rg H?hniche博士說道,， “APL項目中跨多個標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)和供應(yīng)商組織的高水平合作,，形成了一個面向未來的以太網(wǎng)物理層，可用于過程自動化,。這項技術(shù)的推出是一個關(guān)鍵的進(jìn)展標(biāo)志,，現(xiàn)在開發(fā)之旅將繼續(xù)進(jìn)行，重要的行業(yè)合作伙伴正在開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品,。”

支持Ethernet-APL的行業(yè)供應(yīng)商

支持Ethernet-APL的標(biāo)準(zhǔn)組織

APL項目定義了端口配置文件,，以創(chuàng)建Ethernet-APL概念，適用于有或無危險區(qū)域保護(hù)的多功率級別,。Ethernet-APL端口配置文件,，包括電源等級,、屏蔽連接選項和段長度，已最終確定,。裝置和儀表上的標(biāo)記將指示功率水平和作為源或陷的功能,。這將為從工程到操作和維護(hù)的互操作性提供一個簡單的框架。規(guī)劃和安裝的工程指南和最佳實(shí)踐也已完成,，并可在工程指令文件中獲得,，旨在支持用戶使用Ethernet-APL設(shè)計和調(diào)試網(wǎng)絡(luò)。這些指南應(yīng)有助于促進(jìn)向行業(yè)從業(yè)人員傳授知識,。

作為單個物理層,，Ethernet-APL將能夠支持EtherNet/IP、HART-IP,、OPC UA,、Profinet或任何其他更高級別的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。作為APL項目一部分的主要標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織正在開展活動,，以最終確定一致性測試,。目前發(fā)布的測試規(guī)范旨在確保產(chǎn)品質(zhì)量，并驗(yàn)證產(chǎn)品是否符合APL端口配置文件規(guī)范中定義的參數(shù),。

APL項目團(tuán)隊還與半導(dǎo)體制造商合作,，為Ethernet-APL提供10BASE-T1L物理所需的芯片。此外,，12個APL項目行業(yè)合作伙伴正在完成即將上市的產(chǎn)品開發(fā),。在7月15-16日的ACHEMA Pulse期間，在德國卡爾斯魯厄舉行的多廠商演示,，以數(shù)字化方式展示了不同產(chǎn)品廠商和網(wǎng)絡(luò)的參與,，強(qiáng)調(diào)了Ethernet-APL將為終端用戶提供的多種選擇和互操作性。

隨著Ethernet-APL的推出,，用戶現(xiàn)在可以期待一個單一的以太網(wǎng)物理層,，它將實(shí)現(xiàn)長電纜覆蓋、內(nèi)在安全和應(yīng)用級協(xié)議支持,，以實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)力和產(chǎn)出,。產(chǎn)品將很快在市場上推出，并獲得一致性測試認(rèn)證,。

Ethernet-APL旨在支持主干和支線安裝以及冗余概念,，類似于之前的現(xiàn)場總線選項。定義了兩種一般類型的網(wǎng)段：主干線,，在1000 m的距離內(nèi)傳輸高級電源和數(shù)據(jù),；支線，在200 m的距離內(nèi)傳輸電源和信號，具有可選本質(zhì)安全性,。固定中繼的是APL電源交換機(jī),，每個交換機(jī)為多達(dá)50臺設(shè)備提供高達(dá)60 W的電源和通信。依次錨定每個支線的是一個APL現(xiàn)場開關(guān),，該開關(guān)為現(xiàn)場設(shè)備本身提供IS電源和通信,。

IEC 61158 A類屏蔽雙絞線電纜的Ethernet-APL要求也符合既定的現(xiàn)場總線實(shí)踐，新發(fā)布的工程指南包括幫助為給定APL應(yīng)用選擇正確的布線,。

Pepperl+Fuchs公司負(fù)責(zé)組件和技術(shù)的執(zhí)行副總裁Michael Kessler指出：“由于現(xiàn)場總線電纜的設(shè)計容量為31.250 kB,，因此并非所有現(xiàn)有電纜都能在整個電纜長度上用于APL?！?/strong>因此,，APL端口配置文件規(guī)范定義了支持50 m/250 m、100 m/500 m,、150 m/750 m和200 m/1000 m的支線/干線電纜長度的不同類別,。制造商必須按此分類指定其電纜。

“從一開始,，APL就要求能夠重用現(xiàn)有的單雙絞線現(xiàn)場總線布線，因?yàn)檫@涉及到高昂的安裝成本,，”PI北美執(zhí)行董事Michael Bowne說,“例如,，Profibus PA使用的A型電纜對于APL應(yīng)該可以正常工作?！?/p>

“但無論是綠地還是棕地項目,，我們強(qiáng)烈建議用戶在安裝過程中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施基線測試，”Bowne補(bǔ)充道,，“這涉及到確保所有接線按預(yù)期運(yùn)行,。可從不同制造商處獲得電纜測試儀,，用于驗(yàn)證電纜完整性和電氣性能,。只要接線符合規(guī)定的電阻、電感和電容額定值,，用戶就可以放心使用,。如果出現(xiàn)錯誤，對初始網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的信心也有助于緩解未來的擔(dān)憂,?！?/p>

主干上交換機(jī)之間的長電纜可達(dá)1000米的拓?fù)涫纠?/span>

與旨在取代“完美”操作設(shè)備和根深蒂固的工作實(shí)踐的任何新技術(shù)一樣，采用 APL可能需要時間來積聚動力,，即使是最引人注目的價值主張,。

“在目前使用基金會現(xiàn)場總線和 Profibus PA 的地方，我們不相信最終用戶會開始為了安裝 APL 而拆掉現(xiàn)場儀表，”FieldComm Group 營銷總監(jiān) Paul Sereiko 補(bǔ)充道,，“我們懷疑煉油廠在現(xiàn)有資產(chǎn)報廢之前是否會考慮升級,。早期采用者更有可能用于更靈活的過程應(yīng)用，例如生命科學(xué),、食品和飲料行業(yè),。”

“當(dāng)今在以太網(wǎng)上運(yùn)行的任何協(xié)議都可以通過Ethernet-APL使用,?！?/strong>艾默生流量變送器營銷經(jīng)理兼工作組代表 Andy Kravitz 指出。這包括 HART-IP 和 Profinet 以及 EtherNet/IP 和其他通常被排除在危險區(qū)域職責(zé)之外的工業(yè)以太網(wǎng)變體,?！爸T如此類的基于以太網(wǎng)的協(xié)議提供了使用 I/O 的規(guī)定，這些 I/O 可以與使用傳統(tǒng)數(shù)字協(xié)議（例如模擬 HART,、Profibus PA 和基金會現(xiàn)場總線）的設(shè)備進(jìn)行通信,。”

“最初,，我們希望客戶繼續(xù)根據(jù)舒適度,、成本和性能做出決策，”Kravitz繼續(xù)說道,?！暗S著時間的推移，隨著儀器和系統(tǒng)供應(yīng)商為Ethernet-APL提供更多支持,，我們希望客戶會選擇Ethernet-APL設(shè)備,，因?yàn)檫@有可能提高性能、安全性和靈活性,?！?/p>

"基金會現(xiàn)場總線和Profibus PA可能在 APL面前最先敗下陣來，"橫河公司在APL工作組的代表Taro Endoh預(yù)測說,，"帶有工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的APL將首先取代傳統(tǒng)的數(shù)字協(xié)議,，然后在不遠(yuǎn)的將來取代4-20mA和HART。"

但Pepperl+Fuchs公司的Kessler表示,，APL與當(dāng)前的現(xiàn)場總線協(xié)議不一定是全有或全無的命題,。“Ethernet-APL交換機(jī)已被證明可提供具有雙重功能的Ethernet-APL支線接口,，如Profinet APL和Profibus PA,。從理論上講，這也是可行的,，基金會現(xiàn)場總線儀器可以將數(shù)據(jù)映射到任何基于以太網(wǎng)的實(shí)時協(xié)議上,。這種雙重功能對于將現(xiàn)有工廠遷移到基于Ethernet-APL的基礎(chǔ)設(shè)施非常重要。在未來幾年內(nèi)，現(xiàn)有的基金會現(xiàn)場總線或Profibus PA儀器可能會用Ethernet-APL接口來填補(bǔ)儀器功能缺失的空白,。

值得注意的是,，非現(xiàn)場總線、模擬和HART市場目前也是最大的——無論從安裝量還是從目前的新建工廠設(shè)計和建設(shè)來看,。事實(shí)上,，要想全盤轉(zhuǎn)向APL，需要對系統(tǒng)和工程實(shí)踐進(jìn)行改革,，而不是現(xiàn)在普遍采用的可配置I/O的做法,，雖然DCS供應(yīng)商在過去10年中已經(jīng)在這方面投入了大量的資金和精力。

此外,，在參與APL項目的4個標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織中,，ODVA及其EtherNet/IP協(xié)議可能會從APL標(biāo)準(zhǔn)中獲益最多。ODVA組織的Steve Fales解釋說："今天,，EtherNet/IP通常用于過程自動化中的'自動化孤島'應(yīng)用,，例如閥門控制，其中PLC（也用作DCS的網(wǎng)關(guān)）控制一組定向控制閥,?！?/strong> 借助APL，F(xiàn)ales預(yù)測,，EtherNet/IP將在過程網(wǎng)絡(luò)中得到更廣泛的應(yīng)用,，而無需網(wǎng)關(guān)進(jìn)行控制、診斷和調(diào)試,。

同時，OPC基金會及其現(xiàn)場級通信（FLC）計劃也將成為APL協(xié)議競爭中的另一個受益者,。通過其內(nèi)置的通信和安全模型,，OPC UA的擴(kuò)展可以有效地消除對任何“傳統(tǒng)”總線協(xié)議的需求。 

ABB測量與分析部門平臺業(yè)務(wù)經(jīng)理Tilo Merlin補(bǔ)充道：“由于目前大多數(shù)DCS系統(tǒng)已經(jīng)支持Profinet和EtherNet/IP,，因此采用Ethernet-APL與這些協(xié)議配合使用將非常簡單,。”由于直接使用消除了網(wǎng)關(guān)或其他協(xié)議轉(zhuǎn)換的使用,，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線解決方案相比,，它將大大降低復(fù)雜性和擁有成本，并提高可用性和穩(wěn)健性,。

"除了應(yīng)用那些既定的基于以太網(wǎng)的協(xié)議,，"Merlin認(rèn)為，"APL能夠使用OPC UA等新協(xié)議,，提供新的安全和語義水平,，從而打破了IT和OT之間的邊界。"

在APL 項目致力于將 IIoT的高速公路擴(kuò)展到現(xiàn)場儀器的同時，在軟件和系統(tǒng)方面的補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)工作也已經(jīng)取得進(jìn)展,，這些標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)備充分利用了新的帶寬,。其中值得注意的是 FDI 和 PA-DIM——它們都有望為數(shù)字領(lǐng)域帶來新的秩序和價值。

“FDI 和 PA-DIM 都是為了讓整個企業(yè)的軟件系統(tǒng)更容易使用儀器提供的信息,，”FieldComm Group 的 Sereiko 解釋說,，“Ethernet-APL旨在用以太網(wǎng)交換機(jī)取代網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程I/O，以便于將信息從設(shè)備路由到企業(yè)系統(tǒng),。最終,，啟用的更高速度可能有助于增強(qiáng)FDI和PA-DIM的功能，從而進(jìn)一步簡化設(shè)備集成,?！?br>

“FDI和PA-DIM旨在幫助降低從現(xiàn)場設(shè)備獲取信息的門檻，”艾默生的Kravitz補(bǔ)充道,，“考慮到Ethernet-APL增加了單個設(shè)備的帶寬,，我們希望所有這些技術(shù)的結(jié)合將有助于推動客戶比以往更輕松地更充分地利用我們設(shè)備的功能。這將使現(xiàn)場設(shè)備能夠輕松地與從控制系統(tǒng)一直到云的各個層級的過程數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)集成,?！?br>

Endress+Hauser公司的Lukas Klausmann指出，Ethernet-APL和PA-DIM的結(jié)合提供了以并行通信路徑訪問現(xiàn)場數(shù)據(jù)到控制集成的可能性,。“這種第二通道方法支持 NAMUR 開放架構(gòu) (NOA) 的概念,，而不影響核心自動化過程。這是全廠數(shù)據(jù)可用性的基礎(chǔ),，無需特定于設(shè)備的驅(qū)動程序即可輕松解釋數(shù)據(jù),。此類數(shù)字服務(wù)的可能性非常大，為工藝裝置的優(yōu)化工作和效率改進(jìn)提供了廣泛的支持,?！?br>

“Ethernet-APL是在現(xiàn)場設(shè)備中部署OPC UA和PA-DIM的關(guān)鍵使能技術(shù)?！?/span>Pepperl+Fuchs公司的Kessler補(bǔ)充道,，“這將最終實(shí)現(xiàn)真正的即插即用，因?yàn)樵撛O(shè)備將帶有嵌入式信息模型,，這意味著不需要任何類型的設(shè)備描述,。同時，F(xiàn)DI將允許對傳統(tǒng)儀器使用PA-DIM,。這將有助于工廠從HART或現(xiàn)場總線遷移到Ethernet-APL,。”

Moore Industries 總裁兼首席執(zhí)行官 Scott Saunders 表示,，FDI等模型和標(biāo)準(zhǔn)是客戶和供應(yīng)商的重要工具,，但當(dāng)速度,、基礎(chǔ)設(shè)施和與更高級別系統(tǒng)的連接需要新的布線甚至網(wǎng)關(guān)時，采用率總是較低,。“Ethernet-APL可以消除所有這些問題,，它支持速度為10 Mbps的大多數(shù)現(xiàn)有已安裝雙絞線，同時支持大多數(shù)其他基于TCP/IP的工業(yè)協(xié)議,，有助于緩解終端用戶通常對阻礙過程行業(yè)引入的新標(biāo)準(zhǔn)和新興標(biāo)準(zhǔn)的擔(dān)憂,。”

“APL 使整個世界的新用例成為可能,，”PI 北美的 Bowne 補(bǔ)充道,，“它直接影響了跨行業(yè)發(fā)生的 IT/OT 網(wǎng)絡(luò)融合。借助基于以太網(wǎng)的通用物理層,，供應(yīng)商可以在其儀器上自由實(shí)施多種協(xié)議,，這是工廠自動化中早已建立的功能。它還有助于實(shí)現(xiàn) NAMUR 開放架構(gòu)等概念,，以便與傳統(tǒng)自動化金字塔之外的更高級別系統(tǒng)進(jìn)行單向通信,。”

Ethernet-APL支持完整的以太網(wǎng)堆棧,，這意味著 IEEE 世界的所有附加功能均可用于提高可用性,，ABB 的 Merlin表示， “以太網(wǎng)的通用多協(xié)議功能影響深遠(yuǎn),，它使 OT 和 IT 世界之間的安全連接變得更加容易,。由于 OPC UA 從現(xiàn)場級到云的普遍適用性，APL將成為物理資產(chǎn)連接到其數(shù)字化雙胞胎的基石,?！?/strong>