Ethernet-APL 推動流程工業現場網絡的升級

文/Friederike Schmidt

Ethernet-APL 改變了之前現場級網絡連接的固有規定，尤其適用于流程工業。它采用單一協議實現端到端聯網，可在長達1 000 m 的電纜長度線路上實現高速傳輸，同時也具備本質安全性，適用于潛在爆炸區域。

Ethernet-APL 規定了電纜使用藍色護套

Ethernet-APL 將已在制造業中經驗證的標準引入現場

如今，生產設備之間已實現了高度互聯，只有這樣才能充分利用工業4.0的諸多優勢，例如提高工藝效率、提升質量或圍繞預測性維護展開新的商業模式。以太網通常是首選技術，因為它能提供以標準化協議提供高傳輸速率，覆蓋自動化金字塔的各個層面：從操作層面的ERP 系統、生產車間到控制層的控制柜，直到現場總線控制系統，即將現場的所有傳感器、變送器及執行元件用一根單獨的總線（即現場總線）連接起來，傳統的現場總線系統仍然占主導地位，至少在流程工業中是這樣。

以Profibus PA 為例，它的傳輸速度極慢，最高只能達到31.25 kbit/s，并且需要網關來將現場總線協議轉換為以太網協議，以便可以在自動化金字塔的更高層次處理信息。工業生產者為什么如此堅持不懈地堅持使用傳統技術，可能是懷疑以太網不能滿足現場層的所有要求，比如緊湊的設計、超過100 m 的電纜長度以及是否有爆炸防護功能。

有了以太網高級物理層，這些異議不再存在。Ethernet-APL 通過增加以太網物理層來擴展重要功能：允許雙向通信，距離可達1 000 m，速度可達10 Mbit/s，并為連接的設備供電。Ethernet-APL 支持任何基于以太網的協議。因此，包括OPC Foundation 和Profibus/Profinet International 在內的幾個用戶組織正在共同積極推動Ethernet-APL 的發展。

以太網如何進入爆炸危險區？

在流程行業中尤其是那些擁有爆炸危險設備的企業，對Ethernet-APL特別感興趣。對他們來說，“傳統”的以太網過去是禁忌，因為它無法提供足夠的防火和防爆保護。新的通信協議補充了這一點，并規定了很高的防爆要求。這意味著電纜中存儲的能量將受到限制，并且不得產生火花。此外，電容和電感等電纜的電氣參數受到了嚴格限制，同時具有良好的屏蔽性能，可以阻擋干擾信號的影響。

在特別易爆易燃危險區域，整個裝置都應該具備防爆安全保護。即使在電纜被切斷或在運行中更換有缺陷的設備時，也不應該產生火花而導致火災發生。針對Ethernet-APL 支線的新本質安全概念稱為2-WISE（2 線制本安以太網），這個縮寫全稱是Two-Wire Intrinsically Safe Ethernet 即IEC TS 60079-47 國際技術規范。2-WISE為本質安全的Ethernet-APL 制定了嚴格的規范，包括組件的技術特性以及網絡的設計、安裝和文檔編制。

Ethernet-APL 是基于10BASE-T1L單對以太網（SPE）的一種增強型物理層，只使用兩根線纜即可完成對數據和電力的傳輸，而且速度很快。因此所需空間更少，這使得在狹窄的機器中的安裝更加容易。

與化學工業同行

Lapp 纜普電纜公司（以下簡稱“纜普電纜”）是單對以太網領域的先驅之一，并通過與一些標準委員會在Ethernet-APL 方面進行了合作。作為可以提供綜合解決方案、品牌化線纜產品以及連接技術的全球領先供應商，纜普電纜專注于電纜和連接技術領域，在2023 年SPS 展會上展示了兩款用于Ethernet-APL 的電纜產品：EtherlineT1L Y FC 1×2×18/1 AWG 和Etherline T1L Y 1×2×18/7 AWG。兩款產品均符合ISO/IEC 11801 和EN 50173 標準，以及IEC-61156-13CD 的傳輸特性要求，并獲得了UL 認證，因此適用于在北美地區使用，這對于出口型企業來說是一個巨大的優勢。這兩款電纜產品適用于長達1 000 m 的距離，具有阻燃、抗紫外線老化和耐油等優點。

另外這兩款產品均可通過數據線供電（Power over Dataline，PoDL），功率可達92 W。兩者均采用纜普電纜開發的Fast-Connect 設計，因此易于剝離和安裝。唯一的區別在于Etherline T1L Y FC 1×2×18/1 AWG 采用了固定安裝的實心導線，而Etherline T1L Y 1×2×18/7 AWG 具有7 股導線結構，適合于偶爾移動的應用。為確保線纜的實用性，它們根據德國一家領先的化學企業的要求，進行了開發和共同測試。

自動化為流程工業帶來更多可能性

從外觀上看，這兩款電纜與傳統的以太網或Profinet 電纜有所不同，因為它們都采用藍色護套，這是因為Ethernet-APL 協議規定了電纜使用藍色護套。內部也與傳統的SPE 電纜有所不同，導線直徑、雙絞線的絞合、絕緣層的厚度等參數都需要進行調整，以滿足對內在爆炸防護的要求。纜普電纜的工業通信產品經理Christian Illenseer 說：“把所有這些參數調整到一個和諧的狀態下，以滿足Ethernet-APL的要求，這是一門藝術。”

當涉及盡可能多的不同應用場景時，纜普電纜這兩款產品優劣自然分明，不過也具有通用性，例如得益于獲得過很多認證，這兩款電纜可以廣泛應用于開放式電纜平臺中。流程工業中的生產商和設備商現在都應該重視Ethernet-APL，Christian Illenseer 建議道：“Ethernet-APL 是現場級的升級，為流程工業生產帶來了更高性能和更多的數字化機會，同時確保了最大的安全性。”