【儀表網(wǎng) 行業(yè)科普】在12家自動化供應(yīng)商和4家技術(shù)組織共同制定了Ethernet-APL規(guī)范后，首批設(shè)備現(xiàn)已推出，預(yù)計更多設(shè)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(shù)，并將其確立為未來過程工廠的固定組成部分。
Ethernet-APL的創(chuàng)建使得連續(xù)的以太網(wǎng)訪問得以實現(xiàn)，直至危險區(qū)域0區(qū)內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備。它基于符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的10BASE-T1L 2線以太網(wǎng)，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(zhì)安全。連續(xù)的以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施為規(guī)劃、調(diào)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(gòu)或開放式過程自動化標(biāo)準(zhǔn))的實施要比現(xiàn)在的非同質(zhì)安裝更快、更靈活。
實施Ethernet-APL的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)
Ethernet-APL結(jié)合了兩線連接的簡便性與高速以太網(wǎng)的強大功能，正在重新定義工業(yè)通信，開啟連接和控制的新可能性。采用Ethernet-APL技術(shù)具有如下好處：
■無縫集成：Ethernet-APL允許現(xiàn)場設(shè)備(如傳感器和執(zhí)行器)直接集成到以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，無需復(fù)雜的網(wǎng)關(guān)。這種直接通信簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少了延遲，提高了數(shù)據(jù)的可訪問性。
■實時數(shù)據(jù)交換：高速通信確保操作員可以實時訪問現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而做出更快、更有根據(jù)的決策。這一能力對于預(yù)測性維護、過程優(yōu)化和安全監(jiān)控至關(guān)重要。
■增強的安全性：Ethernet-APL支持本質(zhì)安全，確保設(shè)備在危險環(huán)境中可以安全運行，不會引發(fā)爆炸。支持現(xiàn)場維護，減少停機時間，確保操作連續(xù)性。
■未來兼容的技術(shù)：Ethernet-APL符合工業(yè)4.0的原則，支持物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生和高級分析的實施。它的可擴展性確保與新興技術(shù)的兼容性，是長期投資的理想選擇。
■簡化安裝：通過使用現(xiàn)有的兩線基礎(chǔ)設(shè)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(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括干線和分支配置，提供了不同設(shè)施布局的適應(yīng)性。Ethernet-APL網(wǎng)段的規(guī)劃和安裝并不比傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線安裝復(fù)雜。在制定技術(shù)規(guī)范的同時，工作組還制定了一份工程實施指南，涵蓋了規(guī)劃、布線以及防爆等各方面。
盡管Ethernet-APL具有許多優(yōu)勢，但過渡到這一新標(biāo)準(zhǔn)也需要克服一些挑戰(zhàn)：
■升級成本：盡管Ethernet-APL可以利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，但在兼容設(shè)備和培訓(xùn)方面的初期投資可能相當(dāng)可觀。
■員工適應(yīng)：操作員和技術(shù)人員需要經(jīng)過培訓(xùn)，才能有效地使用和維護Ethernet-APL系統(tǒng)。
■網(wǎng)絡(luò)安全問題：隨著Ethernet-APL提高了連接性，強大的網(wǎng)絡(luò)安全措施變得至關(guān)重要，以保護敏感數(shù)據(jù)并防止未授權(quán)訪問。
▲Ethernet-APL的創(chuàng)建使得連續(xù)的以太網(wǎng)訪問得以實現(xiàn)，直至危險區(qū)域0區(qū)內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備。圖片來源：R. Stahl
簡化本質(zhì)安全
與傳統(tǒng)裝置相比，對Ethernet-APL進行必要的本質(zhì)安全驗證要容易得多。以太網(wǎng)本質(zhì)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(fù)載。在該框架規(guī)定的條件下，可以根據(jù)IEC 60079-25“本質(zhì)安全電氣系統(tǒng)”，對所有可互連設(shè)備進行一般Ex i驗證。
Ethernet-APL工作組已經(jīng)提供了這一驗證的藍(lán)圖。基于此，IECEx團隊開發(fā)了IEC TS 60079-47“2線本質(zhì)安全以太網(wǎng)概念(2-WISE)的設(shè)備保護”。設(shè)備制造商可以使用此IEC TS標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)ATEX和IECEx對其APL開發(fā)進行認(rèn)證。對于用戶和規(guī)劃者來說，以下內(nèi)容適用：如果使用的所有設(shè)備都已根據(jù)2-WISE進行認(rèn)證(該認(rèn)證在EC型檢驗證書和設(shè)備本身上都有標(biāo)簽)，則兼容電源等級的互連是本質(zhì)安全的。然而，仍有必要檢查這些設(shè)備是否也適用于所需的爆炸性環(huán)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?fù)溥x擇
Ethernet-APL基本上為網(wǎng)絡(luò)提供了兩種安裝選項。它可以安裝在通常用于以太網(wǎng)的星形拓?fù)渲小＿@意味著現(xiàn)場交換機直接連接到4線以太網(wǎng)，如100BASE-TX。線性和環(huán)形拓?fù)涠加锌赡堋Ｔ谶@些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，使用常見CAT電纜的以太網(wǎng)段，最長可達(dá)100米。如果使用光纖，也可以橋接實現(xiàn)更長距離的連接。
對于星形拓?fù)洌總€現(xiàn)場交換機必須有一個獨立電源。如果現(xiàn)場交換機安裝在1區(qū)，則4線以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通過具有“eb”增強安全型保護認(rèn)證的終端連接。通常來說，RJ45連接只允許在2區(qū)或安全區(qū)域使用。實際測試表明，每個星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)允許多達(dá)250個現(xiàn)場設(shè)備連接到控制系統(tǒng)而不會出現(xiàn)任何問題。
或者，可以使用干線和支線技術(shù)，這在現(xiàn)場總線應(yīng)用中很常見。從100BASE-TX或100BASE-FX的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換，是通過電源開關(guān)進行的，該電源開關(guān)同樣必須配備輔助電源。電源開關(guān)將4線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為2線網(wǎng)絡(luò)，并通過干線為整個較低層級的Ethernet-APL網(wǎng)絡(luò)供電。這意味著互連的現(xiàn)場開關(guān)由干線供電，進而為現(xiàn)場設(shè)備提供本質(zhì)安全電源。1區(qū)的連接也具有更高的安全性。每一段干線的長度可達(dá)1000米。然而，由于干線上的電壓降，每個網(wǎng)絡(luò)只能為大約50到60個現(xiàn)場設(shè)備供電。
Ethernet-APL的另一個好處是可以繼續(xù)使用鋪設(shè)在現(xiàn)場總線裝置中的A類電纜(IEC 61158-2)。這些現(xiàn)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(zhì)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(jīng)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(fā)一種新的解決方案，使規(guī)劃、安裝和防爆等諸多事項變得更簡單。尤其是Ethernet-APL現(xiàn)場交換機，憑借其廣泛的集成診斷功能，有助于公司內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。這還不是全部——過程系統(tǒng)的數(shù)字化正在開辟全新的可能性。雖然不可否認(rèn)這些系統(tǒng)更復(fù)雜，但使用Ethernet-APL它們不需要變得更復(fù)雜。
Ethernet-APL已在多個工業(yè)領(lǐng)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(yè)中，Ethernet-APL用于改善機器之間的通信，從而縮短生產(chǎn)時間并減少停機時間。在石油和天然氣行業(yè)，Ethernet-APL被用于增強危險環(huán)境中的通信，確保工人和設(shè)備的安全。這些實際應(yīng)用展示了Ethernet-APL在工業(yè)自動化中的多功能性和有效性。
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