Ethernet-APL已準備就緒——以太網直至危險區域0區

　　【儀表網 行業科普】在12家自動化供應商和4家技術組織共同制定了Ethernet-APL規范后，首批設備現已推出，預計更多設備也將很快推出。2022年底，終端用戶成立了NAMUR APL工作組，以便在成員和更多用戶中推廣這項技術，并將其確立為未來過程工廠的固定組成部分。
 

　　Ethernet-APL的創建使得連續的以太網訪問得以實現，直至危險區域0區內的現場設備。它基于符合IEEE標準的10BASE-T1L 2線以太網，并針對過程自動化中的使用進行了擴展，包括用于防爆保護的本質安全。連續的以太網基礎設施為規劃、調試和故障排除帶來更多好處。變更、修改和新概念(如NAMUR開放式架構或開放式過程自動化標準)的實施要比現在的非同質安裝更快、更靈活。
 

　　實施Ethernet-APL的優勢和挑戰
 

　　Ethernet-APL結合了兩線連接的簡便性與高速以太網的強大功能，正在重新定義工業通信，開啟連接和控制的新可能性。采用Ethernet-APL技術具有如下好處：
 

　　■無縫集成：Ethernet-APL允許現場設備(如傳感器和執行器)直接集成到以太網網絡中，無需復雜的網關。這種直接通信簡化了網絡結構，減少了延遲，提高了數據的可訪問性。
 

　　■實時數據交換：高速通信確保操作員可以實時訪問現場設備的數據，從而做出更快、更有根據的決策。這一能力對于預測性維護、過程優化和安全監控至關重要。
 

　　■增強的安全性：Ethernet-APL支持本質安全，確保設備在危險環境中可以安全運行，不會引發爆炸。支持現場維護，減少停機時間，確保操作連續性。
 

　　■未來兼容的技術：Ethernet-APL符合工業4.0的原則，支持物聯網、數字孿生和高級分析的實施。它的可擴展性確保與新興技術的兼容性，是長期投資的理想選擇。
 

　　■簡化安裝：通過使用現有的兩線基礎設施，Ethernet-APL減少了大量重新布線的需求，大大降低了安裝成本。靈活的網絡拓撲結構，包括干線和分支配置，提供了不同設施布局的適應性。Ethernet-APL網段的規劃和安裝并不比傳統的現場總線安裝復雜。在制定技術規范的同時，工作組還制定了一份工程實施指南，涵蓋了規劃、布線以及防爆等各方面。
 

　　盡管Ethernet-APL具有許多優勢，但過渡到這一新標準也需要克服一些挑戰：
 

　　■升級成本：盡管Ethernet-APL可以利用現有基礎設施，但在兼容設備和培訓方面的初期投資可能相當可觀。
 

　　■員工適應：操作員和技術人員需要經過培訓，才能有效地使用和維護Ethernet-APL系統。
 

　　■網絡安全問題：隨著Ethernet-APL提高了連接性，強大的網絡安全措施變得至關重要，以保護敏感數據并防止未授權訪問。
 

　　▲Ethernet-APL的創建使得連續的以太網訪問得以實現，直至危險區域0區內的現場設備。圖片來源：R. Stahl
 

　　簡化本質安全
 

　　與傳統裝置相比，對Ethernet-APL進行必要的本質安全驗證要容易得多。以太網本質上是點對點或端口對端口連接，Ethernet-APL也是如此。一個電源通過專用電纜，連接到一個電源負載。在該框架規定的條件下，可以根據IEC 60079-25“本質安全電氣系統”，對所有可互連設備進行一般Ex i驗證。
 

　　Ethernet-APL工作組已經提供了這一驗證的藍圖?；诖耍琁ECEx團隊開發了IEC TS 60079-47“2線本質安全以太網概念(2-WISE)的設備保護”。設備制造商可以使用此IEC TS標準，根據ATEX和IECEx對其APL開發進行認證。對于用戶和規劃者來說，以下內容適用：如果使用的所有設備都已根據2-WISE進行認證(該認證在EC型檢驗證書和設備本身上都有標簽)，則兼容電源等級的互連是本質安全的。然而，仍有必要檢查這些設備是否也適用于所需的爆炸性環境，以及要互連的端口是否具有合適的保護類型(ia、ib或ic)。無需冗長的計算或電纜尺寸。
 

　　拓撲選擇
 

　　Ethernet-APL基本上為網絡提供了兩種安裝選項。它可以安裝在通常用于以太網的星形拓撲中。這意味著現場交換機直接連接到4線以太網，如100BASE-TX。線性和環形拓撲都有可能。在這些拓撲結構中，使用常見CAT電纜的以太網段，最長可達100米。如果使用光纖，也可以橋接實現更長距離的連接。
 

　　對于星形拓撲，每個現場交換機必須有一個獨立電源。如果現場交換機安裝在1區，則4線以太網網絡通過具有“eb”增強安全型保護認證的終端連接。通常來說，RJ45連接只允許在2區或安全區域使用。實際測試表明，每個星形拓撲網絡允許多達250個現場設備連接到控制系統而不會出現任何問題。
 

　　或者，可以使用干線和支線技術，這在現場總線應用中很常見。從100BASE-TX或100BASE-FX的網絡轉換，是通過電源開關進行的，該電源開關同樣必須配備輔助電源。電源開關將4線網絡轉換為2線網絡，并通過干線為整個較低層級的Ethernet-APL網絡供電。這意味著互連的現場開關由干線供電，進而為現場設備提供本質安全電源。1區的連接也具有更高的安全性。每一段干線的長度可達1000米。然而，由于干線上的電壓降，每個網絡只能為大約50到60個現場設備供電。
 

　　Ethernet-APL的另一個好處是可以繼續使用鋪設在現場總線裝置中的A類電纜(IEC 61158-2)。這些現場總線A型電纜，在屏蔽、電纜長度、橫截面以及“2-WISE”防爆方面符合Ethernet-APL的確切要求。這使它們成為第一選擇。作為替代方案，也可以使用質量較低的電纜。Ethernet-APL工程指南對此提供了進一步的說明。對于連接類型，您可以使用經過嘗試和測試的方法：螺釘端子或彈簧夾端子。
 

　　通過Ethernet-APL可以開發一種新的解決方案，使規劃、安裝和防爆等諸多事項變得更簡單。尤其是Ethernet-APL現場交換機，憑借其廣泛的集成診斷功能，有助于公司內部的網絡監控。這還不是全部——過程系統的數字化正在開辟全新的可能性。雖然不可否認這些系統更復雜，但使用Ethernet-APL它們不需要變得更復雜。
 

　　Ethernet-APL已在多個工業領域成功實施，展示了其對效率和可靠性的提升。例如，在制造業中，Ethernet-APL用于改善機器之間的通信，從而縮短生產時間并減少停機時間。在石油和天然氣行業，Ethernet-APL被用于增強危險環境中的通信，確保工人和設備的安全。這些實際應用展示了Ethernet-APL在工業自動化中的多功能性和有效性。