以太网已被广泛应用于人们的生活，但要应对流程工业严苛的生产要求，始终面临巨大的挑战。因此，ABB联同其他领先的自动化企业和国际标准组织，对以太网标准进行了扩展，开发出用于流程工业包括危险区域的现场级以太网连接——Ethernet- APL™。通过将其应用拓展到基于OPC UA的融合网络，帮助行业跨越IT/OT之间的界限，实现从现场到云端的无缝集成。

图1 过程工业工厂现场通讯技术演化

对于希望通过增强过程控制来优化生产运营的石油化工企业来说，更快、更轻松地访问数据是关键所在。然而，过程控制系统作为流程生产的中枢，其应用现状与理想的“智能控制”还存在一定的差距，比如：

· 虽然现场总线技术、智能仪表技术已经发展多年，但受限于各种标准的不统一、安装调试方法的不一致、相关总线设备的不通用等因素，导致性价比不高，难以实现大范围、大规模的全厂性应用。

· 数据集成方面，虽然已经有不少的工业标准协议，比如OPC协议、Modbus协议已经被广泛用于数据交换，但仍然存在跨平台支持偏弱，数据类型不丰富等问题。

Ethernet-APL是基于10BASE-T1L单对以太网（SPE）的一种增强型物理层，在10 MBit/s的通信速率下，电缆长度可达到1000米，同时支持全双工。开放标准用于过程自动化和仪表，可实现在危险区域的部署、长距离连接，以及可选的电缆直接供电。其本质是将以太网渗透到仪表层，全面提升仪表的数字化水平，使得仪表的云端或者网络化维护成为可能，为开放式控制系统建立坚实的基础。未来，它势必在过程自动化到物联网和数字化的进程中扮演极其重要的角色。

支持EtherNet/IP、HART-IP、OPC-UA、PROFINET，以及其他高层协议。以PROFINET为例，两者技术相结合后，可以为自动化创造新的应用价值，如：

· 控制系统主干网络到仪表层，统一采用PROFINET协议；

· 仪表层网络采用双芯线缆，供电和通信可以在同一线缆中完成；

· 支持所有的防爆应用，包括本质安全；

· 可以重复使用现有的A类现场总线电缆，降低项目建设成本；

· 安装便捷，抗电磁干扰能力强

图2 Ethernet-APL拓扑结构

PROFINET 是一种成熟的工业以太网协议，在全球范围内安装了数千万台设备。该协议和相关标准由PI 组织制定，PI 是一个拥有1700 多家成员会员的国际组织。大多数常见的分布式控制系统（DCS），已经能够使用该协议运行。

通过不同的冗余概念，确保了过程装置的高可用性。对于控制器故障和电缆中断，PROFINET提供了适当的解决方案，以确保过程不会中断。即使对于尚未具备PROFINET功能的特定测量标签，可用的专用代理也允许将传统现场总线仪器集成到PROFINET网络中。甚至像4-20mA 这样的传统技术，也可以通过支持PROFINET 的远程输入/ 输出（I/O），集成到该网络中。最重要的是，PROFINET允许在工厂运行期间重新配置设备。这为电子/ 虚拟编组等未来灵活性，提供了所需的开放性。

使用PROFINET PA Profile 4，工作流程可以实现设备的自动更换，甚至是跨供应商。因此，新设备可以安装在原设备的位置上。新设备被识别和配置后，就可以恢复基本功能。然后，可以在方便时使用常用工具，进行进一步的配置以提高性能。

随着与PROFINET 和 现场设备集成(FDI) 技术结合部署的以太网先进行物理层可以解决石油化工行业应用中数据收集、中继和访问的许多障碍，包括在危险区域的安全部署，打造了满足过程工业的理想解决方案。具体来说：

· 全以太网连接和数字化通信：从管理层、操作层、控制层到现场仪表层，都基于Ethernet-APL技术；控制器到现场设备或者现场IO柜，采用了PROFINET协议；现场的仪表则通过Ethernet-APL交换机进入控制层网络，并且由该交换机进行供电。

· 控制器与IO模块的解耦：常规控制系统的IO，必须预先定义好连接哪一个控制器，而且现场接线测试，必须有控制器才可以进行；现场增加或者修改IO，繁琐耗时。融合Ethernet-APL技术的ABB控制系统，采用了全新的数字化布线理念，能够从设计、安装、调试等各个方面提供便利，节省工程实施时间与成本。

-同一机柜里面的IO模块可以在任何时候指定到不同的控制器，简化建设和运营期间的设计变更或者功能扩展；

-IO模块可以采用常规IO模块、HART IO模块或者直接通过APL交换机连接支持Ethernet-APL或者PA的仪表，兼顾传统常规仪表和现场总线仪表，以平衡和保护用户投资；

-同时IO柜采用标准化智能远程机柜设计，组装完成后，无需进行FAT，无需连接控制器，可以直接发到现场进行接线和线路与模块测试；

· 与管理层的融合：通过OPC UA，ABB控制系统可以将生产流程和设备的各种数据送到上层管理系统，包括制造执行系统MES、设备管理系统等，辅助生产与运营决策。事实上，这种融合Ethernet-APL技术、PROFINET技术的ABB Ability™ System 800xA®控制系统，实现了致力于使生产数据易于安全地用于工厂和资产监控以及优化运行的愿景，为工厂的运营方式带来了新的可能。

相对于传统项目建设方式，Ethernet-APL技术能够显著提升项目的投资回报率。通过以太网在高级物理层上的融合，控制室电子间仅部署交换机和控制器，电子间至现场铺设光缆和电源线即可，同时还支持仪表供电，大幅节省信号线缆、桥架、铺设施工材料，包括一些已安装的 PA Type A电缆可以与Ethernet-APL重复利用。其次，缩短工程安装周期，有效降低工程总成本。同时还可以实现控制系统与现场设备的高带宽、快捷的无缝连接。最后，Ethernet-APL的速度可以达到10 MBit/s，为功能更丰富的智能设备管理提供了可能，其效果远胜于目前广泛使用的HART以及现场总线等技术。此外，不同于过去由于火花引发爆炸的隐患而受到限制，先进物理层将以太网直接连接到现场设备，从而限制电流和电压来确保本质安全的解决方案，使在危险环境中组建高速以太网的需求成为可能。