Ethernet-APL 推動流程工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的升級

文/Friederike Schmidt

Ethernet-APL 改變了之前現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)連接的固有規(guī)定，尤其適用于流程工業(yè)。它采用單一協(xié)議實現(xiàn)端到端聯(lián)網(wǎng)，可在長達1 000 m 的電纜長度線路上實現(xiàn)高速傳輸，同時也具備本質(zhì)安全性，適用于潛在爆炸區(qū)域。

Ethernet-APL 規(guī)定了電纜使用藍色護套

Ethernet-APL 將已在制造業(yè)中經(jīng)驗證的標(biāo)準(zhǔn)引入現(xiàn)場

如今，生產(chǎn)設(shè)備之間已實現(xiàn)了高度互聯(lián)，只有這樣才能充分利用工業(yè)4.0的諸多優(yōu)勢，例如提高工藝效率、提升質(zhì)量或圍繞預(yù)測性維護展開新的商業(yè)模式。以太網(wǎng)通常是首選技術(shù)，因為它能提供以標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議提供高傳輸速率，覆蓋自動化金字塔的各個層面：從操作層面的ERP 系統(tǒng)、生產(chǎn)車間到控制層的控制柜，直到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，即將現(xiàn)場的所有傳感器、變送器及執(zhí)行元件用一根單獨的總線（即現(xiàn)場總線）連接起來，傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)仍然占主導(dǎo)地位，至少在流程工業(yè)中是這樣。

以Profibus PA 為例，它的傳輸速度極慢，最高只能達到31.25 kbit/s，并且需要網(wǎng)關(guān)來將現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)協(xié)議，以便可以在自動化金字塔的更高層次處理信息。工業(yè)生產(chǎn)者為什么如此堅持不懈地堅持使用傳統(tǒng)技術(shù)，可能是懷疑以太網(wǎng)不能滿足現(xiàn)場層的所有要求，比如緊湊的設(shè)計、超過100 m 的電纜長度以及是否有爆炸防護功能。

有了以太網(wǎng)高級物理層，這些異議不再存在。Ethernet-APL 通過增加以太網(wǎng)物理層來擴展重要功能：允許雙向通信，距離可達1 000 m，速度可達10 Mbit/s，并為連接的設(shè)備供電。Ethernet-APL 支持任何基于以太網(wǎng)的協(xié)議。因此，包括OPC Foundation 和Profibus/Profinet International 在內(nèi)的幾個用戶組織正在共同積極推動Ethernet-APL 的發(fā)展。

以太網(wǎng)如何進入爆炸危險區(qū)？

在流程行業(yè)中尤其是那些擁有爆炸危險設(shè)備的企業(yè)，對Ethernet-APL特別感興趣。對他們來說，“傳統(tǒng)”的以太網(wǎng)過去是禁忌，因為它無法提供足夠的防火和防爆保護。新的通信協(xié)議補充了這一點，并規(guī)定了很高的防爆要求。這意味著電纜中存儲的能量將受到限制，并且不得產(chǎn)生火花。此外，電容和電感等電纜的電氣參數(shù)受到了嚴(yán)格限制，同時具有良好的屏蔽性能，可以阻擋干擾信號的影響。

在特別易爆易燃危險區(qū)域，整個裝置都應(yīng)該具備防爆安全保護。即使在電纜被切斷或在運行中更換有缺陷的設(shè)備時，也不應(yīng)該產(chǎn)生火花而導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。針對Ethernet-APL 支線的新本質(zhì)安全概念稱為2-WISE（2 線制本安以太網(wǎng)），這個縮寫全稱是Two-Wire Intrinsically Safe Ethernet 即IEC TS 60079-47 國際技術(shù)規(guī)范。2-WISE為本質(zhì)安全的Ethernet-APL 制定了嚴(yán)格的規(guī)范，包括組件的技術(shù)特性以及網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、安裝和文檔編制。

Ethernet-APL 是基于10BASE-T1L單對以太網(wǎng)（SPE）的一種增強型物理層，只使用兩根線纜即可完成對數(shù)據(jù)和電力的傳輸，而且速度很快。因此所需空間更少，這使得在狹窄的機器中的安裝更加容易。

與化學(xué)工業(yè)同行

Lapp 纜普電纜公司（以下簡稱“纜普電纜”）是單對以太網(wǎng)領(lǐng)域的先驅(qū)之一，并通過與一些標(biāo)準(zhǔn)委員會在Ethernet-APL 方面進行了合作。作為可以提供綜合解決方案、品牌化線纜產(chǎn)品以及連接技術(shù)的全球領(lǐng)先供應(yīng)商，纜普電纜專注于電纜和連接技術(shù)領(lǐng)域，在2023 年SPS 展會上展示了兩款用于Ethernet-APL 的電纜產(chǎn)品：EtherlineT1L Y FC 1×2×18/1 AWG 和Etherline T1L Y 1×2×18/7 AWG。兩款產(chǎn)品均符合ISO/IEC 11801 和EN 50173 標(biāo)準(zhǔn)，以及IEC-61156-13CD 的傳輸特性要求，并獲得了UL 認證，因此適用于在北美地區(qū)使用，這對于出口型企業(yè)來說是一個巨大的優(yōu)勢。這兩款電纜產(chǎn)品適用于長達1 000 m 的距離，具有阻燃、抗紫外線老化和耐油等優(yōu)點。

另外這兩款產(chǎn)品均可通過數(shù)據(jù)線供電（Power over Dataline，PoDL），功率可達92 W。兩者均采用纜普電纜開發(fā)的Fast-Connect 設(shè)計，因此易于剝離和安裝。唯一的區(qū)別在于Etherline T1L Y FC 1×2×18/1 AWG 采用了固定安裝的實心導(dǎo)線，而Etherline T1L Y 1×2×18/7 AWG 具有7 股導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，適合于偶爾移動的應(yīng)用。為確保線纜的實用性，它們根據(jù)德國一家領(lǐng)先的化學(xué)企業(yè)的要求，進行了開發(fā)和共同測試。

自動化為流程工業(yè)帶來更多可能性

從外觀上看，這兩款電纜與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)或Profinet 電纜有所不同，因為它們都采用藍色護套，這是因為Ethernet-APL 協(xié)議規(guī)定了電纜使用藍色護套。內(nèi)部也與傳統(tǒng)的SPE 電纜有所不同，導(dǎo)線直徑、雙絞線的絞合、絕緣層的厚度等參數(shù)都需要進行調(diào)整，以滿足對內(nèi)在爆炸防護的要求。纜普電纜的工業(yè)通信產(chǎn)品經(jīng)理Christian Illenseer 說：“把所有這些參數(shù)調(diào)整到一個和諧的狀態(tài)下，以滿足Ethernet-APL的要求，這是一門藝術(shù)。”

當(dāng)涉及盡可能多的不同應(yīng)用場景時，纜普電纜這兩款產(chǎn)品優(yōu)劣自然分明，不過也具有通用性，例如得益于獲得過很多認證，這兩款電纜可以廣泛應(yīng)用于開放式電纜平臺中。流程工業(yè)中的生產(chǎn)商和設(shè)備商現(xiàn)在都應(yīng)該重視Ethernet-APL，Christian Illenseer 建議道：“Ethernet-APL 是現(xiàn)場級的升級，為流程工業(yè)生產(chǎn)帶來了更高性能和更多的數(shù)字化機會，同時確保了最大的安全性。”