Ethernet-APL（高級物理層）通過以太網協議實現與現場設備的無縫連接，從而大大簡化了大型自動化網絡的構建，并為過程工業的終客戶帶來了極大的益處。

（用于過程工業的Ethernet-APL現場設備可快速安全地進行部署，而無需豐富的Ethernet-APL專業知識）

從簡單的傳感器到復雜的分析儀器，我們發現在過程工業中已安裝了數以百萬計的設備，且每年還有數以百萬計的設備在增加。即使在今天，大多數設備仍然使用4-20mA技術，并通過HART協議來進行數字點對點通信。像PROFIBUS PA和FOUNDATION Fieldbus H1等數字現場總線大約是在30年前被引入的，它們不僅給控制系統提供了現場設備的過程值，還提供了其他測量變量、各種參數和現場設備狀態等。

顯然，這些數字現場總線的部署僅限于數量相對較少且通常是高度專業化的應用，因為它們的復雜性和多功能性。這些數字現場總線通常需要大量的專業知識，還需特殊的網關組件，以將其集成到更高級別系統的以太網基礎設施中。除了會帶來額外的硬件成本外，配置這些網關也需相當多的配置工作。

為克服這些障礙，去年推出了一項新標準——Ethernet-APL，用于與現場設備保持一致（同步）的以太網通信。該標準考慮到了過程工業的具體要求，例如用簡單的兩線制長距離橋接，不僅可提供數據通信，還可為連接的現場設備進行供電。Ethernet-APL與HART等現場總線相比，數據傳輸速率顯著提高到了10?Mbps，同時通過規范Ethernet-APL的性能標準也可實現本質安全。雖然Ethernet-APL是在低級別以太網基礎上定義新的傳輸標準，但它也適用于任何基于以太網的高級別協議。Ethernet-APL初次實現了從生產網絡甚至公司網絡到現場設備的透明通信，且無需網關。此外，它還可自由選擇自動化協議，以及與以太網相關的其他所有便利性，例如Web服務器、OPC UA和云/邊緣連接。

Ethernet-APL技術已成熟到允許在生產環境中部署相應的設備。然而，終用戶和設備制造商在開始使用這項技術時都會遇到一個挑戰，即如何在短時間內獲得盡可能全面的運行組件。對此，如果用戶使用契合現場設備的基礎設施組件和通信模塊，那么這個挑戰的難度將會大大降低——如下文所述。

| Ethernet-APL的不同網絡拓撲

Ethernet-APL工程指示文件描述了Ethernet-APL網絡的三種不同的拓撲結構，且Ethernet-APL支線的部署在這三種拓撲結構中都是相同的。Ethernet-APL設備可通過長達200m的IV類電纜連接到交換機，并以10?Mbps的傳輸速率進行通信。

? 在第一種拓撲方案中：

APL現場網關直接連接到標準工業以太網網絡（圖1）?，F場交換機是安裝在控制柜內還是直接安裝在現場取決于安裝環境。在此處，“控制網絡”可使用普通的以太網銅纜或光纖來實現。這部分網絡的典型數據傳輸速率為100?Mbps。

? 另外兩種拓撲方案：

它們運用了“APL中繼概念”。APL現場交換機通過Ethernet-APL干線連接到“控制網絡”。這兩種方案與第一種的不同之處在于，通過APL干線的供電位置（圖2）。

（圖1）

（圖2）

假設現場設備使用第一種拓撲方案，通過APL現場網關直接集成到“控制網絡”。針對這種應用場景，Softing提供了一款現場交換機，其作為一款新的APL網關產品可通過銅纜和光纖連接到“控制網絡”，此外，用戶可將優化過的交換機型號直接安裝在現場和控制柜中。第一個Ethernet-APL現場交換機，作為原型，是一個直接安裝在現場的型號，其允許將Ethernet-APL現場設備連接到Ex zone 1和0（圖3）。

（圖3）

| 網絡的穩定性

為確保PROFINET網絡的穩定運行，需嚴格控制Ethernet-APL設備所承載的網絡負載。否則，在峰值負載期間，個別設備將存在偶發故障的風險。

在網絡從100 Mbps過渡到10 Mbps的情況下，100 Mbps“控制網絡”中更高的網絡負載對于10 Mbps支線上的Ethernet-APL設備影響很大，因為它們的數據吞吐量只有“控制網絡”的10%。對此，IEEE（電氣和電子工程師協會）制定了限制交換機端口的進出數據流量的標準。Softing Ethernet-APL交換機支持這些網絡負載速率限制，從而可確保網絡的穩定運行。

| PROFIBUS PA設備

隨著企業開始推廣Ethernet-APL，他們會遇到這樣一個問題：工廠里沒有足夠的設備可用作Ethernet-APL模塊。在PROFINET Ethernet-APL網絡的特定情況下，這個問題可通過用現有的PROFIBUS PA設備來替換這些不存在的PROFINET Ethernet-APL設備而得到緩解。

到目前為止，將PROFIBUS PA設備集成到PROFINET網絡通常使用的是PROFINET-PROFIBUS PA代理網關，如Softing的pnGate PA，且為了避免用戶在過渡期間安裝額外的網關，將PROFINET-PROFIBUS PA代理集成到Ethernet-APL現場交換機中是很有意義的——這使得PROFIBUS PA設備可直接連接到交換機上。

具有集成PROFINET-PROFIBUS PA代理的模塊可用于所有Softing Ethernet-APL現場交換機。從技術層面上來講，交換機創建了一個額外的PROFIBUS PA網段，然后PROFIBUS PA設備連接到該網段。而在交換機的PROFINET設備中顯示的模塊可在PROFINET控制器中使用，以訪問來自PROFIBUS PA設備的數據。

在Ethernet-APL PROFINET設備和PROFIBUS PA設備都使用了PNO PA配置文件的情況下，現場設備提供的數據是相似的，用戶還可輕松將通信協議從PROFIBUS PA轉換到PROFINET......

請點擊此處，查看剩余30%精彩內容！

| 往期回顧