本文刊登于PROCESS《流程工业》2024年第03期

《Ethernet-APL 推动流程工业现场网络的升级》

文 / Friederike Schmidt

本文作者系Lapp缆普电缆公司项目经理

如今，生产设备之间已实现了高度互联，只有这样才能充分利用工业4.0的诸多优势，例如提高工艺效率、提升质量或围绕预测性维护展开新的商业模式。以太网通常是首选技术，因为它能提供以标准化协议提供高传输速率，覆盖自动化金字塔的各个层面：从操作层面的 ERP 系统、生产车间到控制层的控制柜，直到现场总线控制系统，即将现场的所有传感器、变送器及执行元件用一根单独的总线（即现场总线）连接起来，传统的现场总线系统仍然占主导地位，至少在流程工业中是这样。

以 Profibus PA 为例，它的传输速度极慢，最高只能达到 31.25 kbit/s，并且需要网关来将现场总线协议转换为以太网协议，以便可以在自动化金字塔的更高层次处理信息。工业生产者为什么如此坚持不懈地坚持使用传统技术，可能是怀疑以太网不能满足现场层的所有要求，比如紧凑的设计、超过 100 m 的电缆长度以及是否有爆炸防护功能。

有了以太网高级物理层，这些异议不再存在。Ethernet-APL 通过增加以太网物理层来扩展重要功能：允许双向通信，距离可达 1 000 m，速度可达 10 Mbit/s，并为连接的设备供电。Ethernet-APL 支持任何基于以太网的协议。因此，包括 OPC Foundation 和Profibus/Profinet International 在内的几个用户组织正在共同积极推动 EthernetAPL 的发展。

以太网如何进入爆炸危险区？

在流程行业中尤其是那些拥有爆炸危险设备的企业，对 Ethernet-APL特别感兴趣。对他们来说，“传统”的以太网过去是禁忌，因为它无法提供足够的防火和防爆保护。新的通信协议补充了这一点，并规定了很高的防爆要求。这意味着电缆中存储的能量将受到限制，并且不得产生火花。此外，电容和电感等电缆的电气参数受到了严格限制，同时具有良好的屏蔽性能，可以阻挡干扰信号的影响。

在特别易爆易燃危险区域，整个装置都应该具备防爆安全保护。即使在电缆被切断或在运行中更换有缺陷的设备时，也不应该产生火花而导致火灾发生。针对 Ethernet-APL 支线的新本质安全概念称为 2-WISE（2 线制本安以太网），这个缩写全称是 TwoWire Intrinsically Safe Ethernet 即 IEC TS 60079-47 国际技术规范。2-WISE为本质安全的 Ethernet-APL 制定了严格的规范，包括组件的技术特性以及网络的设计、安装和文档编制。

Ethernet-APL 是基于 10BASE-T1L单对以太网（SPE）的一种增强型物理层，只使用两根线缆即可完成对数据和电力的传输，而且速度很快。因此所需空间更少，这使得在狭窄的机器中的安装更加容易。

与化学工业同行

Lapp 缆普电缆公司（以下简称“缆普电缆”）是单对以太网领域的先驱之一，并通过与一些标准委员会在Ethernet-APL 方面进行了合作。作为可以提供综合解决方案、品牌化线缆产品以及连接技术的全球领先供应商，缆普电缆专注于电缆和连接技术领域，在 2023 年 SPS 展会上展示了两款用于Ethernet-APL 的电缆产品：EtherlineT1L Y FC 1×2×18/1 AWG 和 Etherline T1L Y 1×2×18/7 AWG。两款产品均符合 ISO/IEC 11801 和 EN 50173 标准，以及 IEC61156-13CD 的传输特性要求，并获得了 UL 认证，因此适用于在北美地区使用，这对于出口型企业来说是一个巨大的优势。这两款电缆产品适用于长达1 000 m 的距离，具有阻燃、抗紫外线老化和耐油等优点。

另外这两款产品均可通过数据线供电（Power over Dataline，PoDL），功率可达 92 W。两者均采用缆普电缆开发的 Fast-Connect 设计，因此易于剥离和安装。唯一的区别在于 Etherline T1L Y FC 1×2×18/1 AWG 采用了固定安装的实心导线，而 Etherline T1L Y 1×2×18/7 AWG 具有 7 股导线结构，适合于偶尔移动的应用。为确保线缆的实用性，它们根据德国一家领先的化学企业的要求，进行了开发和共同测试。

自动化为流程工业带来更多可能性

从外观上看， 这两款电缆与传统的以太网或 Profinet 电缆有所不同，因为它们都采用蓝色护套，这是因为 Ethernet-APL 协议规定了电缆使用蓝色护套。内部也与传统的 SPE 电缆有所不同，导线直径、双绞线的绞合、绝缘层的厚度等参数都需要进行调整，以满足对内在爆炸防护的要求。缆普电缆的工业通信产品经理 Christian Illenseer 说：“把所有这些参数调整到一个和谐的状态下，以满足 Ethernet-APL的要求，这是一门艺术。”

当涉及尽可能多的不同应用场景时，缆普电缆这两款产品优劣自然分明，不过也具有通用性，例如得益于获得过很多认证，这两款电缆可以广泛应用于开放式电缆平台中。流程工业中的生产商和设备商现在都应该重视Ethernet-APL，Christian Illenseer 建议道：“Ethernet-APL 是现场级的升级，为流程工业生产带来了更高性能和更多的数字化机会，同时确保了最大的安全性。”

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