Ethernet-APL（高級物理層）規(guī)定了以太網(wǎng)通信在過程工業(yè)傳感器和執(zhí)行器中的應用細節(jié)，并將在IEC下發(fā)布。它基于10年1月802日批準的新的3BASE-T2019L（IEEE7.2019cg-<>）以太網(wǎng)物理層標準，并規(guī)定了在危險場所使用的實施和防爆方法。過程自動化領域的領先公司正在PROFIBUS和PROFINET International（PI），ODVA，Inc.和FieldComm Group的框架下合作，使Ethernet-APL跨工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議工作并加速其部署。?

為什么以太網(wǎng) APL 很重要？Ethernet-APL 將通過實現(xiàn)與現(xiàn)場設備的高帶寬、無縫以太網(wǎng)連接來改變過程自動化世界。它解決了迄今為止限制以太網(wǎng)在現(xiàn)場使用的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括電源、帶寬、布線、距離和在危險場所的使用。通過解決棕地升級和新綠地安裝的這些挑戰(zhàn)，Ethernet-APL 將提供以前無法獲得的新見解，例如組合過程變量、輔助參數(shù)和資產(chǎn)運行狀況反饋，并將其無縫傳達給控制層。這些新見解將通過從現(xiàn)場到云的融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡，為數(shù)據(jù)分析、運營見解和生產(chǎn)力提高帶來新的可能性（見圖 1）。

圖1.在過程自動化中與以太網(wǎng)-APL 實現(xiàn)無縫以太網(wǎng)連接。

為了在過程自動化應用中用以太網(wǎng)APL取代4 mA至20 mA或現(xiàn)場總線通信（基礎現(xiàn)場總線或PROFIBUS PA），需要向傳感器和執(zhí)行器提供電源和數(shù)據(jù)。過程自動化應用中現(xiàn)場級設備和控制系統(tǒng)之間的距離一直是現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)物理層技術被限制在100米的重大挑戰(zhàn)。由于過程自動化應用需要長達 1 km 的距離，再加上需要適用于 Zone 0（本質安全）應用的超低功耗和堅固耐用的現(xiàn)場設備，因此需要一種新方法來實現(xiàn)用于過程自動化的以太網(wǎng)物理層技術。Ethernet-APL 就是這種新方法。

Ethernet-APL 基于 10BASE-T1L 物理層功能，采用全雙工、直流平衡、點對點通信方案，具有 PAM 3 調(diào)制，符號速率為 7.5 MBd，4B3T 編碼。它支持兩種幅度模式：2.4 V 峰值（長達 1000 m 的電纜）和 1.0 V 峰值（縮短距離）。1.0 V峰值幅度模式意味著這種新的物理層技術也可用于防爆系統(tǒng)（Ex）的環(huán)境，并滿足嚴格的最大能量限制。10BASE-T1L可通過屏蔽的單雙絞線電纜，采用兩線制技術實現(xiàn)電源和數(shù)據(jù)長距離傳輸。

在向現(xiàn)場設備供電方面，Ethernet-APL 可在 Zone 500 應用中提供高達 0 mW 的功率，而目前 36 mA 至 4 mA 系統(tǒng)可提供的功率約為 20 mW。在非本質安全應用中，根據(jù)所使用的電纜，最高可達 60 W 的功率。隨著網(wǎng)絡邊緣的可用功率顯著增加，可以啟用具有增強特性和功能的新現(xiàn)場設備，因為4 mA至20 mA的功率限制和現(xiàn)場總線不再適用。例如，通過這種額外的功能，現(xiàn)在可以實現(xiàn)更高性能的測量和增強的數(shù)據(jù)邊緣處理。這將解鎖有關過程變量的寶貴見解，這些見解現(xiàn)在可以通過在現(xiàn)場級設備（現(xiàn)場資產(chǎn)）上運行的Web服務器訪問，并最終推動流程流和資產(chǎn)管理的改進和優(yōu)化。

為了利用包含這些有價值的新見解的豐富數(shù)據(jù)集，需要更高帶寬的通信鏈路，以將這些新現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)集在整個過程安裝過程中傳送到工廠級基礎設施或云進行處理。Ethernet-APL 消除了對復雜、耗電網(wǎng)關的需求，并支持跨信息技術 （IT） 和運營技術 （OT） 領域的融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡。這種融合網(wǎng)絡簡化了安裝，簡化了設備更換，并加快了網(wǎng)絡調(diào)試和配置。這樣可以加快軟件更新速度，并簡化根本原因分析和現(xiàn)場級設備的維護。

以太網(wǎng) APL 解決方案的優(yōu)勢

通過融合在以太網(wǎng)-APL，已經(jīng)消除了對昂貴、復雜和耗電網(wǎng)關的需求。這也實現(xiàn)了從極其分散的現(xiàn)場總線基礎設施的過渡，該基礎設施創(chuàng)建了數(shù)據(jù)孤島，其中對現(xiàn)場級設備中的數(shù)據(jù)的訪問受到限制。通過刪除這些網(wǎng)關，這些舊安裝的成本和復雜性顯著降低，并消除了它們創(chuàng)建的數(shù)據(jù)孤島。

迄今為止，過程自動化應用一直使用傳統(tǒng)的通信標準，如表1所示，新的10BASE-T1L以太網(wǎng)標準克服了這些標準所克服的幾個限制。10BASE-T1L提供了重復使用一些現(xiàn)有已安裝電纜的潛力，為基于10BASE-T1L物理層的以太網(wǎng)APL的過程自動化裝置的棕地升級創(chuàng)造了重要機會。

要與支持 Ethernet-APL 的設備通信，需要具有集成介質訪問控制 （MAC） 的主機處理器或具有 10BASE-T1L 端口的以太網(wǎng)交換機（請參閱圖 2）。

圖2.具有 10BASE-T1L PHY 的以太網(wǎng) APL 現(xiàn)場級設備數(shù)據(jù)連接。

以太網(wǎng) APL 布線和網(wǎng)絡拓撲

10BASE-T1L標準沒有定義特定的傳輸介質（電纜），而是定義了通道模型（回波損耗和插入損耗要求）。通道型號非常適合目前已經(jīng)用于 PROFIBUS PA 和基礎現(xiàn)場總線的現(xiàn)場總線 A 型電纜;因此，一些已安裝的 4 mA 至 20 mA 電纜可能會與以太網(wǎng) APL 重復使用。與更復雜的布線相比，單雙絞線布線具有成本更低、尺寸更小且更易于安裝的優(yōu)點。

圖 3 顯示了針對以太網(wǎng) APL 的建議網(wǎng)絡拓撲，稱為中繼和雜散網(wǎng)絡拓撲。干線電纜的長度可達 1 km，PHY 峰值幅度為 2.4 V，位于 1 區(qū) 2 分區(qū)。支線長度可達 200 m，PHY 振幅峰值為 1.0 V，位于 0 區(qū) 1 分區(qū)。電源開關位于控制層，提供以太網(wǎng)交換機功能并為電纜供電（通過數(shù)據(jù)線）。現(xiàn)場開關位于危險區(qū)域的現(xiàn)場級別，由電纜供電?，F(xiàn)場交換機提供以太網(wǎng)交換機功能，連接雜散上的現(xiàn)場級設備，以連接到中繼并將電源傳遞給現(xiàn)場級設備。

圖3.通過以太網(wǎng) APL 和 10BASE-T1L 實現(xiàn)未來的無縫邊緣到云連接。

多個現(xiàn)場交換機連接在干線電纜上，以提供大量要連接到網(wǎng)絡的現(xiàn)場級設備。

新的以太網(wǎng)-APL 設備創(chuàng)造新的機會

Ethernet-APL將實現(xiàn)向無縫現(xiàn)場到云連接的過程自動化安裝的過渡，包括食品和飲料、制藥以及石油和天然氣裝置的危險場所。由于可用的功率顯著提高，因此可以支持具有增強特性和功能的新型以太網(wǎng)APL現(xiàn)場設備。這些新設備將通過強大的數(shù)據(jù)分析解鎖豐富的云計算數(shù)據(jù)集，并通過可操作的見解推動流程優(yōu)化。現(xiàn)在，流程工業(yè)的新商業(yè)模式將成為可能，以提供更復雜的流程制造流程，并從現(xiàn)有的新見解中創(chuàng)造價值。

目前有哪些解決方案

ADI擴展了其ADI Chronous?產(chǎn)品組合包括新產(chǎn)品，為支持以太網(wǎng)APL的過程自動化帶來長距離、強大的10BASE-T1L以太網(wǎng)連接。新的工業(yè)以太網(wǎng)解決方案提供兩種靈活的選項：MAC PHY （ADIN1110） 和 PHY （ADIN1100）。ADIN1110支持業(yè)界功耗最低的系統(tǒng)設計，簡化了現(xiàn)場儀表、傳感器或執(zhí)行器中的以太網(wǎng)改造，并保留了軟件和處理器技術的現(xiàn)有投資。ADI獨特的MAC-PHY技術為沒有集成MAC的超低功耗處理器提供SPI接口，從而降低整體系統(tǒng)功耗。ADIN1100提供標準以太網(wǎng)接口，支持用于更復雜的設計，如現(xiàn)場開關開發(fā)。ADI公司的ADIN1100和ADIN1110 10BASE-T1L解決方案可通過1.7公里的單雙絞線電纜傳輸數(shù)據(jù)，功耗分別為39 mW和43 mW。單對以太網(wǎng)供電 （SPoE） 或工程電源解決方案與 10BASE-T1L PHY 或 MAC-PHY 相結合，通過單根雙絞線電纜提供電源和數(shù)據(jù)。

審核編輯：郭婷