Ethernet-APL——过程自动化的新黄金标准

| Ethernet-APL为终客户和设备制造商带来益处

Ethernet-APL（Advanced Physical Layer，高级物理层）是一种两线制以太网物理层，它使用了由IEEE 802.3cg所定义的10BASE-T1L，并采用了新的工艺制造规定，因此构成了IEEE 802.3以太网规范的一部分。对于过程工业中的网络，这项新技术提供了全面的互操作性和更高的灵活性。而这主要得益于以太网——通过以太网可实现现场设备的无缝连接、远距离信息层上的快速数据传输，以及为现场设备供电。因此，用户如今可以通过Ethernet-APL（作为数字化转型项目的一部分）更轻松地部署现代、快速且高性能的自动化网络。

| Ethernet-APL入门

对于终客户而言，Ethernet-APL在构建高性能自动化网络时提供了新的部署方案。如前文所述，这意味着现场设备可以通过以太网来无缝集成到网络中——这里我们不是在谈论几个设备，而是数百万个已被安装的设备，如小型传感器、控制单元或高度复杂的分析仪器等。并且，每年设备数量都还在不断增加，其中大部分设备的传输方式仍使用的是4~20mA技术、HART技术以及现场总线技术。现场总线技术作为过程工业的数字通信网络基础，是一种实时且开放的分布式控制系统，可以将现场设备连接到控制器和管理层系统。但是，由于现场总线的配置复杂、成本高昂以及传输速度低，并且使用其还需要相关的专业知识，因此它多被用于特殊场景。

| Ethernet-APL作为过程工业中经济高效网络的新标准

Ethernet-APL于2021年被正式采用，是一种新的端到端以太网通信标准，并适用于各种现场设备。该标准充分考虑了过程工业的特定需求，从而引入了“两线制（two-wire）”。“two-wire”用于两线本质安全以太网保护设备概念，不仅可以实现长距离电缆传输、本质安全应用，还可以为连接的现场设备供电。与HART和现场总线相比，Ethernet-APL的传输速率更高，并达到了10 Mbps，这标志着现场网络的一大进步。APL使用了新定义且位于底层的以太网数据交换标准，这确保了它可以兼容任何基于以太网且更高层的协议，如EtherNet/IP、HART-IP、PROFINET和OPC UA等。Ethernet-APL的出现使得从现场设备到上层网络之间的透明通信成为可能。并且，用户可以根据需求轻松部署自动化协议，还有Web服务器、OPC UA和云/边缘连接也是如此。到目前为止，这项新技术还存在一个缺点：与其相关的组件和通信模块仍处于开发测试阶段，无法满足即时可用。

| 如何帮助终客户和设备制造商缩短交货时间？

Ethernet-APL工程指南描述了三种独立的Ethernet-APL网络拓扑结构（我们将在下一篇Blog中对此进行更详细的讨论）。在网络拓扑方面，我们假设网络运营商将更倾向于采用的替代方案是使用一个APL现场交换机来将现场设备直接集成到控制网络中。对此，Softing正在开发一个新的产品系列——aplSwitch，其支持基于铜缆和光纤的网络连接，并将于2023年下半年推出。此外，Softing开发的所有APL交换机都支持网络负载速率限制，这将有助于保障现场网络的稳定运行。那么，网络负载速率限制是如何工作的呢？为了保证PROFINET网络的稳定运行，监控Ethernet-APL设备所承受的网络负载非常重要。当网络从100 Mbps过渡到10 Mbps时，100 Mbps控制网络中较高的网络负载会对10 Mbps支线上的Ethernet-APL设备造成严重影响。因为Ethernet-APL支线上的数据吞吐量仅为控制网络的10%，所以需要通过设置网络负载速率来限制交换机端口的入口和出口数据流量。此外，Softing还致力于设计、优化其他APL交换机型号，以便将它们直接安装在现场和机柜中。

为了加快产品的上市速度，设备制造商应该选择使用现有的电子模块来提供通信所需的所有硬件和软件组件并进行重新设计，而不是从头开始开发项目。同时，这是在短时间内推出兼容Ethernet-APL新设备的唯一方法。为了帮助制造商解决这一挑战，Softing推出了新产品——commModule APL（一种低成本SMD硬件模块）。commModule APL提供了预安装的PROFINET堆栈，以及可配置的应用程序数据模型和命令映射，可用于将现有的HART和Modbus设备迁移到Ethernet-APL，而无需编写代码。并且，HART或Modbus的命令分配是通过使用相应的commScripter工具来实现的。commModule APL模块已经完成了大量的EMC和环境测试，以及Ethernet-APL物理层、PROFINET协议与PA Profile 4.02的一致性测试。此外，该模块还通过了ATEX和IECEx标准的预认证......

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| 往期回顾

▶ 面向终客户和设备制造商的Ethernet-APL

▶ Softing为Endress+Hauser提供过程自动化连接解决方案