【導讀】以太網(wǎng)APL（高級物理層）詳細說(shuō)明以太網(wǎng)通信在過(guò)程工業(yè)的傳感器和執行器中應用的相關(guān)信息，并將根據IEC標準發(fā)布。它以2019年11月7日批準的新10BASE-T1L (IEEE802.3cg-2019)以太網(wǎng)物理層標準為基礎，指定在危險場(chǎng)所實(shí)施和使用的防爆方法。領(lǐng)先的過(guò)程自動(dòng)化公司在PROFIBUS and PROFINET International (PI)、ODVA, Inc.和FieldComm Group?標準框架下共同努力，使以太網(wǎng)APL能夠跨工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議使用，并加速其部署。
以太網(wǎng)APL（高級物理層）詳細說(shuō)明以太網(wǎng)通信在過(guò)程工業(yè)的傳感器和執行器中應用的相關(guān)信息，并將根據IEC標準發(fā)布。它以2019年11月7日批準的新10BASE-T1L (IEEE802.3cg-2019)以太網(wǎng)物理層標準為基礎，指定在危險場(chǎng)所實(shí)施和使用的防爆方法。領(lǐng)先的過(guò)程自動(dòng)化公司在PROFIBUS and PROFINET International (PI)、ODVA, Inc.和FieldComm Group?標準框架下共同努力，使以太網(wǎng)APL能夠跨工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議使用，并加速其部署。
以太網(wǎng)APL為何非常重要？以太網(wǎng)APL將通過(guò)實(shí)現高帶寬，以及與現場(chǎng)設備建立無(wú)縫的以太網(wǎng)連接來(lái)改變過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。它解決了至今為止一直限制現場(chǎng)使用以太網(wǎng)的挑戰。這些挑戰包括功率、帶寬、布線(xiàn)、距離以及在危險場(chǎng)所的使用。通過(guò)針對棕地升級和新綠地安裝解決這些相關(guān)挑戰，以太網(wǎng)APL將有助于獲得以前無(wú)法獲取的新見(jiàn)解，例如將過(guò)程變量、輔助參數、資產(chǎn)運行狀況反饋信息組合在一起，并將它們無(wú)縫傳送給控制層。這些新的見(jiàn)解將通過(guò)從現場(chǎng)到云的融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )（請參見(jiàn)圖1），讓數據分析、運營(yíng)見(jiàn)解和生產(chǎn)力提高成為可能。
圖1.在過(guò)程自動(dòng)化中使用以太網(wǎng)APL，實(shí)現無(wú)縫以太網(wǎng)連接。
在過(guò)程自動(dòng)化應用中，要實(shí)現用以太網(wǎng)APL取代4 mA至20 mA器件或現場(chǎng)總線(xiàn)通信（Foundation Fieldbus或PROFIBUS Pa）的目標，需要向傳感器和執行器同時(shí)提供電力和數據。在過(guò)程自動(dòng)化應用領(lǐng)域，現場(chǎng)級器件和控制系統之間的距離對于現有工業(yè)以太網(wǎng)物理層技術(shù)一直是個(gè)巨大挑戰，該技術(shù)通常要求電纜長(cháng)度限制在100 m以?xún)?。而過(guò)程自動(dòng)化應用需要長(cháng)達1 km的距離，并且需要適合0區（本質(zhì)安全）應用的低功耗現場(chǎng)器件，性能穩定可靠，因此過(guò)程自動(dòng)化需要一種能夠實(shí)現以太網(wǎng)物理層技術(shù)的新方法。這種新方法就是以太網(wǎng)APL。
以太網(wǎng)APL以全雙工、直流平衡、點(diǎn)對點(diǎn)通信方案的10BASE-T1L物理層功能為基礎，在7.5 MBd符號速率和4B3T編碼下采用PAM 3調制。它支持兩種幅度模式：長(cháng)達1000 m電纜時(shí)，峰值為2.4 V；較短距離下峰值為1.0 V。1.0 V峰值幅度模式意味著(zhù)，這項新的物理層技術(shù)也可在防爆系統(Ex)環(huán)境中使用，并滿(mǎn)足嚴格的最大能源限制要求。10BASE-T1L支持利用雙絞線(xiàn)技術(shù)實(shí)現長(cháng)距離傳輸，并通過(guò)單條屏蔽雙絞線(xiàn)同時(shí)傳輸電力和數據。
在為現場(chǎng)設備供電方面，以太網(wǎng)APL可以在0區應用中提供最高500 mW，而如今的4 mA至20 mA系統只能提供約36 mW。在非本質(zhì)安全應用中，根據所用電纜的不同，功率可高達60 W。由于網(wǎng)絡(luò )邊緣提供更高的功率，因此可使用具有增強特性和功能的新現場(chǎng)器件，而4 mA至20 mA器件存在功率限制，現場(chǎng)總線(xiàn)也不再適用。例如，現在利用額外的功率，可實(shí)現更高的測量性能，增強邊緣的數據處理能力。這將發(fā)掘有關(guān)過(guò)程變量的寶貴見(jiàn)解，過(guò)程變量現在可以通過(guò)在現場(chǎng)級器件（現場(chǎng)資產(chǎn)）上運行的Web服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn)，最終推動(dòng)過(guò)程流和資產(chǎn)管理的改進(jìn)和優(yōu)化。
要利用包含這些寶貴新見(jiàn)解的豐富數據集，需要更高帶寬的通信鏈路，將這些新現場(chǎng)器件的數據集跨越過(guò)程安裝設備傳輸至工廠(chǎng)級基礎設施或云端進(jìn)行處理。以太網(wǎng)APL無(wú)需耗電量大的復雜網(wǎng)關(guān)，可跨越信息技術(shù)(IT)和操作技術(shù)(OT)域實(shí)現融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)此融合網(wǎng)絡(luò )，可簡(jiǎn)化安裝和器件更換，加快網(wǎng)絡(luò )調試和配置。最終將加快軟件更新，簡(jiǎn)化根本原因分析和現場(chǎng)級器件維護。
以太網(wǎng)APL解決方案的優(yōu)勢
通過(guò)基于以太網(wǎng)APL進(jìn)行融合，不再需要耗電量大、成本高昂且復雜的網(wǎng)關(guān)。從而可以從極為分散的現場(chǎng)總線(xiàn)基礎設施實(shí)現過(guò)渡，這些分散的基礎設施創(chuàng )建了一些數據島，對訪(fǎng)問(wèn)現場(chǎng)級器件內部數據造成了限制。通過(guò)移除這些網(wǎng)關(guān)，顯著(zhù)降低了這些傳統設備的安裝成本和復雜性，并消除了其所創(chuàng )建的數據島。
迄今為止，過(guò)程自動(dòng)化應用一直使用表1所示的傳統通信標準，而新的10BASET1L以太網(wǎng)標準克服了傳統標準的多個(gè)局限性。10BASE-T1L有望重復使用現有已安裝電纜，通過(guò)基于10BASE-T1L物理層的以太網(wǎng)APL，為過(guò)程自動(dòng)化安裝的棕地升級創(chuàng )造了機會(huì )。
表1.采用HART?的4 mA至20 mA、現場(chǎng)總線(xiàn)、10BASE-T1L 通信技術(shù)比較
要與支持以太網(wǎng)APL的器件進(jìn)行通信，需要具有集成介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)的主機處理器或具有10BASE-T1L端口的交換機（參見(jiàn)圖2）。
圖2.具有10BASE-T1L PHY的以太網(wǎng)APL現場(chǎng)級器件數據連接。
以太網(wǎng)APL布線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )拓撲
10BASE-T1L標準未定義特定的傳輸介質(zhì)（電纜），而是定義了通道模型（回波損耗和插入損耗要求）。該通道模型非常適合目前用于PROFIBUS PA和Foundation Fieldbus的A型現場(chǎng)總線(xiàn)電纜；因此某些已安裝的4 mA至20 mA電纜可以與以太網(wǎng)APL一起重復使用。與更復雜的布線(xiàn)相比，單條雙絞線(xiàn)布線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是成本更低，尺寸更小，安裝更方便。
圖3顯示以太網(wǎng)APL的建議網(wǎng)絡(luò )拓撲，稱(chēng)為干線(xiàn)和支線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲。干線(xiàn)電纜可長(cháng)達1 km，其PHY峰值幅度為2.4 V，位于1區、2分區。支線(xiàn)電纜可長(cháng)達200 m，其PHY峰值幅度為1.0 V，位于0區、1分區。電源交換機位于控制級，提供以太網(wǎng)交換機功能，并向電纜供電（通過(guò)數據線(xiàn)）?，F場(chǎng)交換機位于危險區域的現場(chǎng)層級，由電纜供電?，F場(chǎng)交換機提供以太網(wǎng)交換機功能，將支線(xiàn)電纜上的現場(chǎng)級器件連接到干線(xiàn)電纜，并向現場(chǎng)級器件供電。
在一條干線(xiàn)電纜上連接多個(gè)場(chǎng)交換機，可讓更多的現場(chǎng)級器件連接到網(wǎng)絡(luò )。
圖3.使用以太網(wǎng)APL和10BASE-T1L的未來(lái)邊緣到云無(wú)縫連接技術(shù)。
新以太網(wǎng)APL器件，創(chuàng )造新的機會(huì )
以太網(wǎng)APL將有助于實(shí)現向現場(chǎng)到云無(wú)縫連接過(guò)程自動(dòng)化安裝的過(guò)渡，包括食品和飲料、制藥、石油和天然氣安裝設施的危險場(chǎng)所。由于提供了更多可用功率，因而能夠支持具有增強特性和功能的新型以太網(wǎng)APL現場(chǎng)器件。這些新器件將利用強大的數據分析功能來(lái)解鎖豐富的數據集，用于實(shí)施云計算，并利用可行的見(jiàn)解來(lái)推動(dòng)實(shí)施過(guò)程自動(dòng)化?，F在為過(guò)程行業(yè)推出新業(yè)務(wù)模型也將成為可能，以提供更復雜的過(guò)程制造流程，并通過(guò)目前獲得的更多新見(jiàn)解創(chuàng )造更大價(jià)值。
有關(guān)ADI公司Chronous?以太網(wǎng)解決方案組合及其如何加速轉變?yōu)楝F實(shí)世界工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的更多信息。
(來(lái)源:ADI公司)
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
倒計時(shí)6天｜專(zhuān)業(yè)買(mǎi)家就緒，超強采購力引爆“芯”機遇！
共促汽車(chē)和半導體產(chǎn)業(yè)融合未來(lái)，第18屆中國(長(cháng)三角)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈高峰論壇即將在上海舉行
助力成渝雙城經(jīng)濟圈，2023中國（重慶）電子信息助力產(chǎn)業(yè)融合高峰論壇即將啟幕
微容科技：MLCC市場(chǎng)回暖，高容與車(chē)規產(chǎn)品產(chǎn)銷(xiāo)量快速爬坡
