Ethernet-APL技術(shù)標(biāo)志。Ethernet-APL技術(shù)標(biāo)志的最左邊是一個(gè)空心的“E”，代表了Ethernet
一、概述
從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備到控制室控制系統(tǒng)之間信息傳輸，除了氣動(dòng)信號(hào)外，最初的電動(dòng)信號(hào)是不同信號(hào)類(lèi)型(如熱電偶、熱電阻、mA、mV)、不同種類(lèi)的導(dǎo)線(如補(bǔ)償導(dǎo)線、普通導(dǎo)線)、電纜的布線；稍后是統(tǒng)一信號(hào)制(如4-20mA)的布線；再往后是現(xiàn)場(chǎng)總線布線方式和很少布線的無(wú)線方式。
1950年，作為各類(lèi)儀表之間統(tǒng)一聯(lián)系信號(hào)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)4-20mA問(wèn)世，這只是一個(gè)模擬信號(hào)，但到今天仍然在流行。一些電流、電壓、功率、頻率參數(shù)等需要通過(guò)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬量電信號(hào)，一些非電氣參數(shù)物理量，例如壓力、差壓、流量等參數(shù)可通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬量電信號(hào)，這樣才能傳輸?shù)綌?shù)十米或數(shù)百米外的控制室的顯示設(shè)備和控制系統(tǒng)上。
HART(Highway Addressable Remote Transducer)可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議，是美國(guó)羅斯蒙特(Rosemount，現(xiàn)為艾默生過(guò)程管理公司的子公司)公司于1986年推出的一種用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。HART協(xié)議的特點(diǎn)是采用了總線式的數(shù)字通信，但它只是現(xiàn)場(chǎng)總線的雛形，并不是真正的現(xiàn)場(chǎng)總線。它將調(diào)制后的正弦信號(hào)疊加在4-20mA的模擬信號(hào)上，是一項(xiàng)4-20mA模擬信號(hào)與數(shù)字通信相兼容的標(biāo)準(zhǔn)，是從模擬控制系統(tǒng)向現(xiàn)場(chǎng)總線過(guò)渡的一塊踏腳石。HART作為一種命令/響應(yīng)協(xié)議被創(chuàng)建，在這種協(xié)議中，主機(jī)發(fā)出命令，設(shè)備響應(yīng)。當(dāng)一個(gè)安裝中有許多設(shè)備，并且主機(jī)正在與許多這些設(shè)備通信時(shí)，主機(jī)需要知道它想要發(fā)出命令的設(shè)備的名稱(chēng)或地址，這種尋址方案在HART協(xié)議規(guī)范中被定義。
2007年HART為適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)，當(dāng)從WirelessHART無(wú)線網(wǎng)關(guān)返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，由HART定義的尋址方案就不再需要了，而是使用IP地址，并為每個(gè)設(shè)備分配一個(gè)IP地址。這就是HART-IP，作為一種高速以太網(wǎng)協(xié)議，用于傳輸從無(wú)線WirelessHART網(wǎng)關(guān)收集的HART數(shù)據(jù)。奇妙的是，原來(lái)的HART協(xié)議仍然存在于HART-IP中，4-20mA模擬信號(hào)被過(guò)程變量和控制指令的安全、高速數(shù)字傳輸所取代。如今，四千萬(wàn)臺(tái)擁有HART協(xié)議的4-20mA儀表構(gòu)成了全球安裝儀表的絕大多數(shù)。即使在今天，它仍然主導(dǎo)著全球流程工業(yè)的各類(lèi)儀表。帶HART功能的現(xiàn)場(chǎng)儀表需通過(guò)支持HART協(xié)議的多通道智能模塊接入各類(lèi)控制系統(tǒng)。
HART可以說(shuō)是近40多年來(lái)業(yè)界最受信任的通信協(xié)議，HART通信基金會(huì)HCF(HART Communication Foundation)是一個(gè)國(guó)際性的、非盈利的會(huì)員制組織，它支持和促進(jìn)HART通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的廣泛使用。但遺憾的是，大多數(shù)HART設(shè)備擁有的眾多數(shù)據(jù)未能傳送到控制系統(tǒng)或者未能充分利用。
現(xiàn)場(chǎng)總線Fieldbus技術(shù)于20世紀(jì)80年代末、90年代初開(kāi)發(fā)，是用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通信網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開(kāi)放式、新型全分布式控制系統(tǒng)。FF現(xiàn)場(chǎng)總線儀表需通過(guò)H1網(wǎng)卡接入控制系統(tǒng)，Profibus-PA現(xiàn)場(chǎng)總線儀表需通過(guò)DP/PA耦合器與DP總線連接后接入控制系統(tǒng)。
現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)面向設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)起到了巨大的推動(dòng)作用，但其成本高、速度低、支持應(yīng)用有限等缺陷，再加上無(wú)法統(tǒng)一的數(shù)十個(gè)總線標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)、不同總線標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品互聯(lián)復(fù)雜，其發(fā)展受到一定的限制。
作為無(wú)需布線的通信方式，無(wú)線通信技術(shù)具有節(jié)省電纜、簡(jiǎn)化安裝、提高信息的可用性的優(yōu)點(diǎn)，但刷新率受限等因素限制了在控制回路等場(chǎng)合的應(yīng)用，所以它只是對(duì)HART、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的補(bǔ)充。
以下是這幾種信息傳輸方式的比較(見(jiàn)表1)。
表1 信息傳輸方式的比較
以太網(wǎng)是世界上應(yīng)用最普遍的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)典以太網(wǎng)是以太網(wǎng)的原始形式，運(yùn)行速度很低，而交換式以太網(wǎng)正是廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)，可分別以快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)和萬(wàn)兆以太網(wǎng)的形式呈現(xiàn)。交換式以太網(wǎng)的核心是一個(gè)交換機(jī)，它包含一塊連接多個(gè)端口的高速背板，便于處理不斷增長(zhǎng)的負(fù)載，每個(gè)端口都有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RJ-45連接器用來(lái)連接雙絞電纜。交換機(jī)只把幀輸出到該幀想去的端口。通過(guò)簡(jiǎn)單的插入或者拔出電纜就能完成添加或者刪除一臺(tái)設(shè)備，而且端口及電纜的故障通常只影響到一臺(tái)設(shè)備，因此大多數(shù)故障都很容易發(fā)現(xiàn)。
Ethernet-APL(Ethernet with an Advanced Physical Layer)，以太網(wǎng)高級(jí)物理層)技術(shù)提供了基于單對(duì)以太網(wǎng)的增強(qiáng)物理層，它基于IEEE和IEC標(biāo)準(zhǔn)，提供到現(xiàn)場(chǎng)的雙線以太網(wǎng)連接，主要用于將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(傳感器和執(zhí)行器)連接到控制網(wǎng)絡(luò)。
Ethernet-APL直接影響了跨行業(yè)的IT/OT網(wǎng)絡(luò)融合，借助基于以太網(wǎng)的物理層，下游應(yīng)用可以在集成了Ethernet-APL的設(shè)備上自由實(shí)施多種協(xié)議，從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到云端的普適性給工業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)了讓人意想不到的革新。
以太網(wǎng)連線電纜默認(rèn)設(shè)置都是八根線，但不是所有的情況都會(huì)用到這八根線，如傳輸速率十兆的實(shí)際上只會(huì)用到其中的四根線，而千兆網(wǎng)，則需要使用全部的八根線。而現(xiàn)在說(shuō)到的Ethernet-APL，只用兩芯電纜就可以了，所以FieldCommGroup中國(guó)區(qū)技術(shù)總監(jiān)王駿將其稱(chēng)為“兩線以太網(wǎng)”。網(wǎng)上有幾篇簡(jiǎn)介Ethernet-APL的文章，稱(chēng)Ethernet-APL“要革4-20mA、HART和現(xiàn)場(chǎng)總線的命？”雖說(shuō)有點(diǎn)駭人聽(tīng)聞，但未來(lái)對(duì)HART和現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成威脅還是肯定的，能否革HART和現(xiàn)場(chǎng)總線的命并取而代之還需再看看。
二、 Ethernet-APL技術(shù)
2.1 Ethernet-APL的進(jìn)程
早在2015年，曾有人演示過(guò)使用Ethernet-APL技術(shù)過(guò)程工廠架構(gòu)的微型版本。2018年，主要流程工業(yè)供應(yīng)商簽署了一項(xiàng)開(kāi)發(fā)Ethernet-APL技術(shù)的協(xié)議，稱(chēng)為“APL項(xiàng)目”。這項(xiàng)工作得到了領(lǐng)先的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)組織(SDO)FieldComm Group、ODVA、OPC Foundation和PROFIBUS&PROFINET International等機(jī)構(gòu)的支持(見(jiàn)圖1)。主要合作的自動(dòng)化廠商有：ABB、艾默生、Endress+Hauser、Krohne、菲尼克斯電氣、羅克韋爾、倍加福、SAMSON、西門(mén)子、Stahl、Vega和橫河。
“APL項(xiàng)目”成功合作三年后，為現(xiàn)場(chǎng)儀表創(chuàng)建提供了以太網(wǎng)新的物理層解決方案。2019年底的NAMUR大會(huì)和2020年2月的ARC論壇上，菲尼克斯電氣公司通過(guò)演示設(shè)備展示了Ethernet-APL交換機(jī)的首批可用原型。依托Ethernet-APL交換機(jī)和PLCnextTechnology、NAMUR設(shè)備與“APL項(xiàng)目”合作伙伴ABB、Endress+Hauser、Krohne及SAMSON使用PROFINET協(xié)議將數(shù)據(jù)連接至HMI和云端。“APL項(xiàng)目”團(tuán)隊(duì)還與半導(dǎo)體制造商合作，為Ethernet-APL提供10BASE-T1L所需的芯片。此外，12個(gè)“APL項(xiàng)目”行業(yè)合作伙伴正在完成即將上市的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
2021年6月根據(jù)Ethernet-APL項(xiàng)目負(fù)責(zé)人發(fā)布的新聞聲明，正式推出Ethernet-APL技術(shù)并發(fā)布規(guī)格、工程指南和一致性測(cè)試計(jì)劃，最終用戶(hù)現(xiàn)在可以期待來(lái)自領(lǐng)先供應(yīng)商的組件，第一批產(chǎn)品現(xiàn)在可以從選定的供應(yīng)商處獲得。
2021年7月15~16日在德國(guó)法蘭克福舉辦了ACHEMA Pulse阿赫瑪展會(huì)，這是全球化工、制藥工業(yè)、生物技術(shù)領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的盛會(huì)，在展會(huì)的在線互動(dòng)平臺(tái)上舉行了涉及Ethernet-APL技術(shù)多廠商的演示，以數(shù)字化方式展示了不同產(chǎn)品廠商和網(wǎng)絡(luò)的參與，強(qiáng)調(diào)了Ethernet-APL將為終端用戶(hù)提供的多種選擇和互操作性。德國(guó)Softing Industrial Automation公司推出commModule APL全新硬件模塊，可實(shí)現(xiàn)與Ethernet-APL的連接，并提供能輕松配置的可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需功能的應(yīng)用軟件，可以支持設(shè)備制造商將現(xiàn)有的HART和Modbus現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備轉(zhuǎn)換成Ethernet-APL現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。倍加福(Pepperl+Fuchs)公司也推出了多種規(guī)格(8、16、24接入口)的Ethernet-APL現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)，可接入24臺(tái)Ethernet-APL現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)。
2.2 Ethernet-APL技術(shù)簡(jiǎn)介
Ethernet-APL是基于10BASE-T1L(IEEE802.3cg-2019)以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，可以支持各種高階以太網(wǎng)通信協(xié)議。Ethernet-APL通過(guò)對(duì)物理層進(jìn)行調(diào)整，可以滿(mǎn)足過(guò)程相關(guān)工廠可靠運(yùn)行所需的要求，并規(guī)定了以太網(wǎng)通信在過(guò)程工業(yè)傳感器和執(zhí)行器上的應(yīng)用細(xì)節(jié)，如規(guī)定了在危險(xiǎn)場(chǎng)所使用的實(shí)施方法，使得在危險(xiǎn)的過(guò)程自動(dòng)化設(shè)施中部署高速、支持以太網(wǎng)儀器的進(jìn)展方面又邁了一大步。
圖4顯示了Ethernet-APL用于過(guò)程自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu)，位于云端的企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)和提供信息的控制系統(tǒng)(通常為PLC或DCS)仍為企業(yè)現(xiàn)有的系統(tǒng)。只是在向控制系統(tǒng)提供與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系信息時(shí)增加了作為Ethernet-APL設(shè)備的APL電源交換機(jī)和APL現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)，APL電源交換機(jī)向上通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與控制系統(tǒng)相連，向下通過(guò)APL主干線(Trunk)與多臺(tái)APL現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)相連并提供電源，而主干線每段的長(zhǎng)度為1000m，通過(guò)電纜連接器還可以多次擴(kuò)展。APL現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)有多個(gè)端口，每個(gè)端口可通過(guò)APL支線(Spur)連接APL現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，支線長(zhǎng)度為200m，APL支線通過(guò)本質(zhì)安全性驗(yàn)證，可用于Exia或Exic有防爆要求的區(qū)域，如Zone0/Div.1、Zone1/Div.2。主干線、支線均為沿同一兩線電纜同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和電源。APL現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是帶Ethernet-APL接口的APL現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(如溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、定位器等)，可通過(guò)支線連接到APL現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)的端口上，實(shí)現(xiàn)Ethernet-APL通信(見(jiàn)圖5)。帶Ethernet-APL接口的APL現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是指可支持EtherNet/IP、HART-IP、OPC-UA、PROFINET或任何其他更高級(jí)別協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
Ethernet-APL實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)到云端的無(wú)縫連接
三、Ethernet-APL技術(shù)的特點(diǎn)
由表1可見(jiàn)，較為先進(jìn)的信息傳輸方式，如HART、現(xiàn)場(chǎng)總線、無(wú)線均需要配備昂貴、復(fù)雜和耗電的網(wǎng)關(guān)類(lèi)設(shè)備(如網(wǎng)卡、耦合器、網(wǎng)關(guān)等)，而通過(guò)Ethernet-APL融合，不再需要這類(lèi)設(shè)備，直接通過(guò)交換機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)了分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)訪問(wèn)，網(wǎng)關(guān)類(lèi)設(shè)備的刪除，可以顯著降低安裝成本和復(fù)雜程度。
以太網(wǎng)在實(shí)際使用中經(jīng)常遇到不少挑戰(zhàn)：功率的挑戰(zhàn)、帶寬的挑戰(zhàn)、布線的挑戰(zhàn)、通信距離的挑戰(zhàn)乃至于危險(xiǎn)工況的挑戰(zhàn)。Ethernet-APL技術(shù)給予了一種新的可能，即從現(xiàn)場(chǎng)到云端的無(wú)縫融合。
3.1 功率
4-20mA的系統(tǒng)提供的功率約為36mW，現(xiàn)場(chǎng)總線的功率也極其有限，無(wú)線依靠鋰電池供電，功率更是受限。而Ethernet-APL可以在非防爆應(yīng)用中提供高達(dá)500mW的功率，在防爆應(yīng)用中提供60W的功率，這大大提升了以往的功率限制，意味著更多設(shè)備、更多功能能夠被啟用。尤其是隨著工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可用功率的限制一直是掣肘多應(yīng)用發(fā)展的攔路虎。Ethernet-APL技術(shù)的入場(chǎng)將大大提升測(cè)量的性能與數(shù)據(jù)邊緣處理的能力。
3.2 帶寬
首先對(duì)4-20mA(帶HART)、現(xiàn)場(chǎng)總線以及Ethernet-APL技術(shù)的10BASE-T1L通信做一個(gè)簡(jiǎn)單的比較，從數(shù)據(jù)帶寬上來(lái)看，4mA~20mA的帶寬在1.2kbps，現(xiàn)場(chǎng)總線的帶寬在31.25kbps，10BASE-T1L為10Mbps，帶寬上Ethernet-APL技術(shù)占據(jù)的優(yōu)勢(shì)非常明顯。
3.3 布線
Ethernet-APL技術(shù)的10BASE-T1L標(biāo)準(zhǔn)定義了信道模型，該通道模型非常適合現(xiàn)場(chǎng)總線電纜，因此，某些已安裝的電流為4-20mA設(shè)備的電纜有可能在轉(zhuǎn)換成Ethernet-APL技術(shù)時(shí)重復(fù)使用。與更復(fù)雜的電纜相比，單根雙絞線電纜成本低，尺寸小并且更易于安裝。從現(xiàn)在了解到的情況看，多數(shù)情況下由于雙絞線電纜的兩端均可配接頭，安裝接線非常簡(jiǎn)便。
3.4 通信距離
迄今為止，過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用中的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備和控制系統(tǒng)之間的物理距離一般限制為100m，而在相當(dāng)多的過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用中有很多是100m~1000m的距離，Ethernet-APL技術(shù)可將通信距離拉長(zhǎng)到1000m甚至更遠(yuǎn)，并以極低的功耗和極高的可靠性與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接(見(jiàn)圖6)。
圖6 Ethernet-APL應(yīng)用的通信距離和防爆區(qū)域
3.5 防爆區(qū)域
Ethernet-APL支持兩種電壓峰值模式，一種是1000m線纜的2.4V峰值，一種是200m距離的1.0V峰值。1.0V峰值的模式意味著Ethernet-APL技術(shù)滿(mǎn)足了嚴(yán)格的最大能量限制，所以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠在防爆區(qū)域中安裝使用。
四、專(zhuān)家評(píng)述
對(duì)Ethernet-APL技術(shù)，由于目前尚在宣傳及試點(diǎn)階段，來(lái)自用戶(hù)的實(shí)際應(yīng)用評(píng)價(jià)尚未見(jiàn)到，所以我們只能先聽(tīng)聽(tīng)一部分熟悉這項(xiàng)技術(shù)的專(zhuān)家如何評(píng)述。
APL指導(dǎo)委員會(huì)主席約爾格·哈尼什(J?rg H?hniche)博士這樣評(píng)論：“我們很高興發(fā)布精心制定的技術(shù)規(guī)范和工程指南，使Ethernet-APL技術(shù)能夠開(kāi)始改變過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。Ethernet-APL項(xiàng)目?jī)?nèi)多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)和供應(yīng)商組織之間的高水平合作導(dǎo)致了一個(gè)用于過(guò)程自動(dòng)化面向未來(lái)的以太網(wǎng)高級(jí)物理層。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)布是一個(gè)關(guān)鍵的進(jìn)步標(biāo)志，現(xiàn)在開(kāi)發(fā)之旅將繼續(xù)，重要的行業(yè)合作伙伴正在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。”
國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)通信集團(tuán)(FieldComm Group，F(xiàn)CG)現(xiàn)場(chǎng)通信協(xié)議總監(jiān)沃利·普拉特(Wally P)表示：“多年來(lái)，我們一直在討論IT和OT的融合。雖然有時(shí)會(huì)遇到運(yùn)營(yíng)方面的阻力，但網(wǎng)絡(luò)安全管理、補(bǔ)丁、防火墻配置等工作是IT集團(tuán)的強(qiáng)項(xiàng)。讓IT人員做他們最擅長(zhǎng)的事情。”沃利·普拉特繼續(xù)說(shuō)，有了HART-IP，安全地調(diào)試新的Ethernet-APL設(shè)備就可以像安全地調(diào)試WirelessHART儀器一樣容易。“把它從盒子里拿出來(lái)，放在工作臺(tái)上，連接一個(gè)手持設(shè)備，輸入網(wǎng)絡(luò)ID和連接鍵。然后把它放在裝置里，它就工作了。我們?cè)囍鰞?nèi)部難做的東西，讓外部變得簡(jiǎn)單。”
國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)通信集團(tuán)中國(guó)區(qū)技術(shù)總監(jiān)王駿說(shuō)：“Ethernet-APL是兩線以太網(wǎng)技術(shù)，是未來(lái)過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的底層通信基礎(chǔ)。Ethernet-APL技術(shù)已經(jīng)在自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛的關(guān)注和認(rèn)可，它符合未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，因此獲得國(guó)內(nèi)外很多高校、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的關(guān)注。”
艾默生流量變送器營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理兼工作組代表安迪·克拉維茨(Andy Kravitz)指出：“當(dāng)今在以太網(wǎng)上運(yùn)行的任何協(xié)議都可以通過(guò)Ethernet-APL使用，這包括HART-IP和Profinet以及EtherNet/IP和其他通常被排除在危險(xiǎn)區(qū)域職責(zé)之外的工業(yè)以太網(wǎng)變體。諸如此類(lèi)的基于以太網(wǎng)的協(xié)議提供了使用I/O的規(guī)定，這些I/O可以與使用傳統(tǒng)數(shù)字協(xié)議(例如模擬量+HART、Profibus-PA和基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線)的設(shè)備進(jìn)行通信”。安迪·克拉維茨繼續(xù)說(shuō)道：“最初，我們希望客戶(hù)繼續(xù)根據(jù)舒適度、成本和性能做出決策。但隨著時(shí)間的推移，隨著儀器和系統(tǒng)供應(yīng)商為Ethernet-APL提供更多支持，我們希望客戶(hù)會(huì)選擇Ethernet-APL設(shè)備，因?yàn)檫@有可能提高性能、安全性和靈活性。”
橫河公司在APL工作組的代表遠(yuǎn)藤太郎(Taro Endoh)預(yù)測(cè)說(shuō)：“基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線和Profibus-PA可能在Ethernet-APL技術(shù)面前最先敗下陣來(lái)，Ethernet-APL技術(shù)將首先取代傳統(tǒng)的數(shù)字協(xié)議，然后在不遠(yuǎn)的將來(lái)取代4-20mA和HART。”
但倍加福公司的凱斯勒(Kessler)表示，Ethernet-APL與當(dāng)前的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議不一定是勢(shì)不兩立、全有全無(wú)的命題。“Ethernet-APL交換機(jī)已被證明可提供具有雙重功能的Ethernet-APL支線接口，如Profinet-APL和Profibus-PA。從理論上講，這也是可行的，基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線儀器可以將數(shù)據(jù)映射到任何基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)協(xié)議上。這種雙重功能對(duì)于將現(xiàn)有裝置轉(zhuǎn)換到基于Ethernet-APL的基礎(chǔ)設(shè)施非常重要。在未來(lái)幾年內(nèi)，現(xiàn)有的基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線或Profibus-PA儀器可能會(huì)用Ethernet-APL接口來(lái)填補(bǔ)儀器功能缺失的空白。
ABB測(cè)量與分析部門(mén)平臺(tái)業(yè)務(wù)經(jīng)理蒂洛·梅林(Tilo Merlin)補(bǔ)充道：“由于目前大多數(shù)DCS系統(tǒng)已經(jīng)支持Profinet和EtherNet/IP，因此采用Ethernet-APL與這些協(xié)議配合使用將非常簡(jiǎn)單。”由于直接使用消除了網(wǎng)關(guān)或其他協(xié)議轉(zhuǎn)換的使用，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案相比，它將大大降低復(fù)雜性和擁有成本，并提高可用性和穩(wěn)健性。蒂洛·梅林認(rèn)為：“除了應(yīng)用那些既定的基于以太網(wǎng)的協(xié)議，Ethernet-APL能夠使用OPCUA等新協(xié)議，提供新的安全和語(yǔ)義水平，從而打破了IT和OT之間的邊界。Ethernet-APL支持完整的以太網(wǎng)堆棧，這意味著IEEE(電氣與電子)世界的所有附加功能均可用于提高可用性。”蒂洛·梅林還表示：“以太網(wǎng)的通用多協(xié)議功能影響深遠(yuǎn)，它使OT和IT世界之間的安全連接變得更加容易。由于OPCUA從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到云的普遍適用性，Ethernet-APL將成為物理資產(chǎn)連接到其數(shù)字化雙胞胎的基石。”
霍尼韋爾過(guò)程解決方案首席技術(shù)官杰森·厄索(Jason Urso)認(rèn)為，行業(yè)不應(yīng)該浪費(fèi)大量時(shí)間擔(dān)心設(shè)備之間如何通信。杰森?厄索說(shuō)：“我們將建立一個(gè)廣泛采用和普及的基礎(chǔ)設(shè)施，讓很多人了解并知道如何維護(hù)它。我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，新的設(shè)備和不同的行業(yè)更適合于其他協(xié)議，而不是HART-IP，但也不排除我們使用Ethernet-APL。所以，我們可以從中學(xué)習(xí)，采納和適應(yīng)，讓我們盡快將這項(xiàng)技術(shù)提供給我們的客戶(hù)。”
五、 結(jié)束語(yǔ)
雖然Ethernet-APL技術(shù)2021年才正式發(fā)布，包括產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格、推廣力度、用戶(hù)接受程度都存在許多不確定的因素。但它畢竟是一項(xiàng)對(duì)HART和現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成威脅的一項(xiàng)頗具潛力的新技術(shù)，且符合跨越IT/OT鴻溝、實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)信息高效傳輸和應(yīng)用的歷史潮流。期望國(guó)內(nèi)自動(dòng)化行業(yè)的制造廠商能深入研究這一技術(shù)，從而推出國(guó)產(chǎn)化Ethernet-APL技術(shù)的產(chǎn)品。
作者簡(jiǎn)介
方原柏，1942年生，男，湖北黃岡人，昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院電氣自動(dòng)化分院教授級(jí)高級(jí)工程師，曾擔(dān)任本刊編委。現(xiàn)任昆明儀器儀表學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，中國(guó)衡器協(xié)會(huì)技術(shù)專(zhuān)家委員會(huì)顧問(wèn)，衡器、冶金自動(dòng)化、儀器儀表與自動(dòng)化等雜志編委，主要從事儀器儀表、控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究。
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