连有传感器的以太网APL交换机原型

通过APL现场交换机轻松实现传感器的以太网连接

以太网APL究竟是什么?

APL代表高级物理层 (Advanced Physical Layer),描述了以太网网络数据传输在物理层面的进一步发展。该物理层仅需两根线缆(而非先前所需的四根或八根线缆)即可交换以太网数据。

在纯通信用途外,该技术还可选择性地为同对导线的所连设备供电。

因此,以太网APL是单对以太网 (SPE) 的数种落地形式之一,其传感器直连特性实现了直达现场终端的持续通信。

SPE和以太网APL之间有何差异?

单对以太网技术由各类支持不同数据速率和电缆长度的标准组成,适合多种应用场合。其中分为10BASE-T1S、10BASE-T1L、100BASE-T1及1000BASE-T1这几项标准。

对比不同以太网标准的数据速率和电缆长度

高级物理层采用IEEE 802.3cg 10BASE-T1-L标准以及IEC TS 60079-47、2021-03 (2-WISE) 标准(2-WISE =本安型双绞线以太网),支持包括本安在内的各类防爆保护措施。因此,以太网APL可用于易爆区域,并能以10 Mbps的速率实现长达1,000 m的桥接距离。

以太网APL特性

APL技术具备以下特性:

  • 长桥接距离:干线长度可达1,000 m,分支长度可达200 m
  • 可用于防爆区域(0、1及2区)
  • 不同制造商设备和系统的互操作性
  • 可采集和分析大量额外数据(大数据),实施预防性维护等新型解决方案以提高可用性
  • 采用现有布线和成熟的以太网协议,如EtherNet/IP™、HART IP、OPC UA及PROFINET,实现高成本效益的系统现代化改造
炼油厂和以太网APL网络示意图

炼油厂中的以太网APL

以太网APL用于何处?

高级物理层支持直连易爆区过程应用的设备和传感器。因此若要从现场访问数据,可直接集成以太网,无需复杂的网关解决方案。由此,以太网APL不仅为过程自动化提供了高性价比基础设施,还可对其赋能。与此同时,该技术为NAMUR开放式架构 (NOA) 或开放式过程自动化标准 (O-PAS™) 等新方案奠定了基础。不同用户群体均得以从此项新技术中获益:

  • 运营商和用户
  • 控制系统供应商
  • EPC(工程总包)和系统集成商
  • 设备制造商

搭建APL网络

以太网APL既可用于小型工厂(如制药厂或化工厂),也可用于过程行业中的大型工厂。而距离更远的应用场合则采用干线分支型拓扑结构。

现场安装型以太网APL交换机旨在用于易爆区域(1、2区或分区2),具备增安型或本安型防护等级,可满足严苛的防爆保护要求。

为过程行业中的大型工厂搭建APL网络
电源交换机
以太网APL通过电源交换机连接至控制柜顶层。该设备将电力馈送至一个或多个干线端口并提供数据通信。为此,电源交换机采用外部供电。
干线电缆
干线电缆额定供电功率较高,长度可达1,000 m,用于1区APL现场交换机的互连。
现场交换机
现场交换机搭载用于连接现场设备和仪器的APL分支端口。该设备既可通过以太网APL电缆(干线)供电,亦可外接电源。
现场设备
现场交换机通过分支将通信信号和电力分配至现场设备。
分支电缆
分支电缆额定功率较低,可选本安型号并用于0区,长度可达200 m。

此外,网络拓扑结构支持灵活设计,以便实现紧凑布局。若通过APL交换机将APL分支端口直接连接至标准以太网,则无需布置干线。

紧凑型系统APL网络的结构
现场交换机
现场交换机搭载用于连接现场设备和仪器的APL分支端口。该设备既可通过以太网APL电缆(干线)供电,亦可外接电源。
分支电缆
分支电缆额定功率较低,可选本安型号并用于0区,长度可达200 m。
现场设备
现场交换机通过分支将通信信号和电力分配至现场设备。
以太网APL标志

以太网APL项目标志

我们对以太网APL的承诺

基于以太网APL项目框架,菲尼克斯电气及其他过程行业的主要供应商致力于推动双绞线以太网解决方案的落地,以满足用户需求。携手PROFIBUS和PROFINET国际标准化组织、FieldComm集团、ODVA(开放式DeviceNet供应商协会)及OPC基金会,工业领域的多家公司正合力打造基于新型物理层的开放式标准,适用于过程自动化。

在2019年底的NAMUR大会和2020年2月的ARC论坛上,菲尼克斯电气通过演示设备展示了以太网APL交换机的首批可用原型。依托以太网APL交换机和PLCnext Technology,NAMUR设备与APL项目合作伙伴ABB、Endress+Hauser、KROHNE及SAMSON使用PROFINET协议将数据连接至HMI和云端。在ARC论坛上,我司同ABB一道演示了基于OPC UA的连接。

其他新通信技术 直达现场的持续通信

各种委员会和标准化项目正不断推出全新通信标准,如OPC UA、TSN、SPE和5G。此类新技术不是彼此独立的,而是共同构成了未来通信技术的基本框架。
菲尼克斯电气作为在工业通信技术领域拥有30多年经验的技术先驱,积极参加了所有重要的标准化委员会。  这些委员会旨在为自动化领域开发一个全新的跨制造商通信标准。

您可在网页上了解有关新标准的更多信息。