乙太網 APL 交換器原型及所連的感測器

透過 APL 現場交換器輕鬆實現感測器的乙太網連接

如何理解乙太網 APL?

APL 這個縮寫指的是進階實體層 (Advanced Physical Layer),描述了乙太網網路資料傳輸在實體層面的進一步發展。該實體層僅需兩根線纜(而非先前所需的四根或八根線纜)即可交換乙太網資料。

在純通訊用途外,該技術還可選擇性地為同對導線的所連設備供電。

因此,乙太網 APL 是單對乙太網 (SPE) 的數種形式之一,其感測器直連特性實現了直達現場終端的持續通訊。

單對乙太網和乙太網 APL 有何區別?

單對乙太網技術由各類支援不同資料速率和電纜長度的標準組成,因此應用廣泛。其中分為 10BASE-T1S、10BASE-T1L、100BASE-T1 和 1000BASE-T1 這幾項標準。

不同乙太網標準的資料速率和電纜長度對比圖

進階實體層採用 IEEE 802.3cg 的 10BASE-T1-L 標準以及 IEC TS 60079-47,2021-03 (2-WISE) 標準(2-WISE = 本安型雙絞線乙太網),支援包括本安級在內的各類防爆保護措施。因此,乙太網 APL 可用於危險區域,並能以 10 MBit/s 的速率實現長達 1000 m 的橋接距離。

乙太網 APL 的特性

APL 技術具備以下特性:

  • 長橋接距離:幹線長度可達 1000 m,分支長度可達 200 m
  • 可用於防爆區域(0 區、1 區及 2 區)
  • 不同製造商設備和系統的互操作性
  • 可採集和分析大量額外資料(巨量資料),實施預防性維護等新型解決方案以提高可用性
  • 採用現有佈線和成熟的乙太網協議,如 EtherNet/IP™、HART-IP、OPC UA 及 PROFINET,實現高成本效益的系統現代化改造
過程設備和提及的乙太網 APL 網路的圖片

過程設備中的乙太網 APL

乙太網 APL 用於何處?

進階實體層可直連危險區域內過程應用的設備和感測器。因此,若要從現場存取資料,可直接整合乙太網,無需複雜的閘道器解決方案。由此,乙太網 APL 不僅為過程自動化提供了高性價比基礎設施,還成為工業物聯網的開路先鋒。與此同時,該技術為 NAMUR 開放式架構 (NOA) 或開放式過程自動化標準 (O-PAS™) 等新方案奠定了基礎。不同使用者群體均得以從此項新技術中獲益:

  • 營運商和使用者
  • 控制系統供應商
  • EPC(工程總包)和系統整合商
  • 設備製造商

搭建 APL 網路

乙太網 APL 既可用於小型工廠(如製藥廠或化工廠),也可用於過程工業中的大型工廠。而距離更遠的應用場合則採用幹線和分支型拓撲結構。

現場安裝的乙太網 APL 交換器專門用於危險區域(1 區、2 區或分區 2),具備提升安全性或本安級的防護程度,可全面滿足嚴苛的防爆保護要求。

為過程工業中的擴展系統搭建 APL 網路
電源交換器
乙太網 APL 藉助電源交換器就能與控制櫃的最上級相連。這樣它就能將電力功率和資料通訊饋送給一個或多個幹線通訊埠。為此,電源交換器連接了外部電源。
幹線電纜
幹線電纜能為設備提供大功率電源,其在 1 區內的電纜長度可達 1000 m,用於連接各個 APL 現場交換器。
現場交換器
現場交換器配備 APL 分支通訊埠,可連接現場設備和儀錶。該交換器可以透過一根乙太網 APL 導線(幹線)連接電源,或是連接外部電源。
現場設備
使用現場交換器之後,就能將通訊訊號和能量透過分支分配給現場設備。
分支電纜
分支電纜的功率較低,並可選擇本安級,在 0 區最長可達 200 m。

此外,網路拓撲結構支援靈活設計,以便實現緊湊佈局。若透過 APL 交換器將 APL 分支通訊埠直接連接至標準乙太網,则無需佈置幹線。

為緊湊型系統搭建 APL 網路
現場交換器
現場交換器配備 APL 分支通訊埠,可連接現場設備和儀錶。該交換器可以透過一根乙太網 APL 導線(幹線)連接電源,或是連接外部電源。
分支電纜
分支電纜的功率較低,並可選擇本安級,在 0 區最長可達 200 m。
現場設備
使用現場交換器之後,就能將通訊訊號和能量透過分支分配給現場設備。
乙太網 APL 的標誌

乙太網 APL 專案的標準

我們為乙太網 APL 領域付出的努力

在乙太網 APL 專案框架下,菲尼克斯電氣及其他過程行業的領先供應商致力於推動雙絞線乙太網解決方案的落地,以滿足使用者需求。攜手 PROFIBUS & PROFINET 國際標準化組織、FieldComm 集團、開放 DeviceNet 廠商協會及 OPC 基金會,工業領域的多個合作夥伴正合力為過程自動化打造基於新型實體層的開放式標準。

在 2019 年底的 NAMUR 大會和 2020 年 2 月的 ARC 論壇上,菲尼克斯電氣透過演示設備展示了乙太網 APL 交換器的首批可用原型。與 APL 專案合作夥伴 ABB、Endress+Hauser、KROHNE 及 SAMSON 聯手研發的 NAMUR 裝置,利用 PROFINET 協議透過乙太網 APL 交換器和 PLCnext Technology 技術將資料連接至 HMI 和雲端。在 ARC 論壇上,菲尼克斯電氣與 ABB 公司一道演示了基於 OPC UA 的連接。

其他新的通訊技術 全面覆盖,直至現場通訊

在許多委員會和標準化專案中,新的通訊標準正在不斷湧現,例如:OPC UA、TSN、SPE 和 5G。這些新技術並非相互獨立的個體,相互逐漸融合已成為未來通訊的發展趨勢。
作為在工業通訊技術領域擁有 30 多年經驗的技術先驅,菲尼克斯電氣活躍於所有重要的標準化技術委員會。這些委員會旨在為自動化領域開發一個全新的跨製造商通訊標準。

您可瀏覽網頁進一步瞭解這些新標準。