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本文介绍了部署Ethernet-APL（先进物理层以太网，属于单对以太网）网络的好处和规划时的注意事项，以及它如何与防爆和本质安全一起工作。
在12家自动化供应商和4家技术组织共同制定了Ethernet-APL规范后，首批设备现已推出，预计更多设备也将很快推出。2022年底，终端用户成立了NAMUR APL工作组，以便在成员和更多用户中推广这项技术，并将其确立为未来过程工厂的固定组成部分。
Ethernet-APL的创建使得连续的以太网访问得以实现，直至危险区域0区内的现场设备。它基于符合IEEE标准的10BASE-T1L 2线以太网，并针对过程自动化中的使用进行了扩展，包括用于防爆保护的本质安全。连续的以太网基础设施为规划、调试和故障排除带来更多好处。变更、修改和新概念（如NAMUR开放式架构或开放式过程自动化标准）的实施要比现在的非同质安装更快、更灵活。
实施Ethernet-APL的优势和挑战
Ethernet-APL结合了两线连接的简便性与高速以太网的强大功能，正在重新定义工业通信，开启连接和控制的新可能性。采用Ethernet-APL技术具有如下好处：
■无缝集成：Ethernet-APL允许现场设备（如传感器和执行器）直接集成到以太网网络中，无需复杂的网关。这种直接通信简化了网络结构，减少了延迟，提高了数据的可访问性。
■实时数据交换：高速通信确保操作员可以实时访问现场设备的数据，从而做出更快、更有根据的决策。这一能力对于预测性维护、过程优化和安全监控至关重要。
■增强的安全性：Ethernet-APL支持本质安全，确保设备在危险环境中可以安全运行，不会引发爆炸。支持现场维护，减少停机时间www.cechina.cn，确保操作连续性。
■未来兼容的技术：Ethernet-APL符合工业4.0的原则，支持物联网、数字孪生和高级分析的实施。它的可扩展性确保与新兴技术的兼容性，是长期投资的理想选择。
■简化安装：通过使用现有的两线基础设施，Ethernet-APL减少了大量重新布线的需求，大大降低了安装成本。灵活的网络拓扑结构，包括干线和分支配置，提供了不同设施布局的适应性。Ethernet-APL网段的规划和安装并不比传统的现场总线安装复杂。在制定技术规范的同时，工作组还制定了一份工程实施指南CONTROL ENGINEERING China版权所有，涵盖了规划、布线以及防爆等各方面。
尽管Ethernet-APL具有许多优势，但过渡到这一新标准也需要克服一些挑战：
■升级成本：尽管Ethernet-APL可以利用现有基础设施，但在兼容设备和培训方面的初期投资可能相当可观。
■员工适应：操作员和技术人员需要经过培训控制工程网版权所有，才能有效地使用和维护Ethernet-APL系统。
■网络安全问题：随着Ethernet-APL提高了连接性，强大的网络安全措施变得至关重要，以保护敏感数据并防止未授权访问。
▲Ethernet-APL的创建使得连续的以太网访问得以实现，直至危险区域0区内的现场设备。图片来源：R. Stahl
简化本质安全
与传统装置相比，对Ethernet-APL进行必要的本质安全验证要容易得多。以太网本质上是点对点或端口对端口连接，Ethernet-APL也是如此。一个电源通过专用电缆www.cechina.cn，连接到一个电源负载。在该框架规定的条件下，可以根据IEC 60079-25“本质安全电气系统”，对所有可互连设备进行一般Ex i验证。
Ethernet-APL工作组已经提供了这一验证的蓝图。基于此，IECEx团队开发了IEC TS 60079-47“2线本质安全以太网概念（2-WISE）的设备保护”。设备制造商可以使用此IEC TS标准，根据ATEX和IECEx对其APL开发进行认证。对于用户和规划者来说，以下内容适用：如果使用的所有设备都已根据2-WISE进行认证（该认证在EC型检验证书和设备本身上都有标签），则兼容电源等级的互连是本质安全的。然而，仍有必要检查这些设备是否也适用于所需的爆炸性环境，以及要互连的端口是否具有合适的保护类型（ia、ib或ic）。无需冗长的计算或电缆尺寸。
拓扑选择
Ethernet-APL基本上为网络提供了两种安装选项。它可以安装在通常用于以太网的星形拓扑中。这意味着现场交换机直接连接到4线以太网，如100BASE-TX。线性和环形拓扑都有可能。在这些拓扑结构中，使用常见CAT电缆的以太网段，最长可达100米。如果使用光纤，也可以桥接实现更长距离的连接。
对于星形拓扑，每个现场交换机必须有一个独立电源。如果现场交换机安装在1区，则4线以太网网络通过具有“eb”增强安全型保护认证的终端连接。通常来说，RJ45连接只允许在2区或安全区域使用。实际测试表明，每个星形拓扑网络允许多达250个现场设备连接到控制系统而不会出现任何问题。
或者，可以使用干线和支线技术CONTROL ENGINEERING China版权所有，这在现场总线应用中很常见。从100BASE-TX或100BASE-FX的网络转换，是通过电源开关进行的，该电源开关同样必须配备辅助电源。电源开关将4线网络转换为2线网络，并通过干线为整个较低层级的Ethernet-APL网络供电。这意味着互连的现场开关由干线供电，进而为现场设备提供本质安全电源。1区的连接也具有更高的安全性。每一段干线的长度可达1000米。然而，由于干线上的电压降，每个网络只能为大约50到60个现场设备供电。
Ethernet-APL的另一个好处是可以继续使用铺设在现场总线装置中的A类电缆（IEC 61158-2）。这些现场总线A型电缆，在屏蔽、电缆长度、横截面以及“2-WISE”防爆方面符合Ethernet-APL的确切要求。这使它们成为第一选择。作为替代方案，也可以使用质量较低的电缆。Ethernet-APL工程指南对此提供了进一步的说明。对于连接类型，您可以使用经过尝试和测试的方法：螺钉端子或弹簧夹端子。
通过Ethernet-APL可以开发一种新的解决方案，使规划、安装和防爆等诸多事项变得更简单。尤其是Ethernet-APL现场交换机，凭借其广泛的集成诊断功能，有助于公司内部的网络监控。这还不是全部——过程系统的数字化正在开辟全新的可能性。虽然不可否认这些系统更复杂，但使用Ethernet-APL它们不需要变得更复杂。
Ethernet-APL已在多个工业领域成功实施，展示了其对效率和可靠性的提升。例如，在制造业中，Ethernet-APL用于改善机器之间的通信，从而缩短生产时间并减少停机时间。在石油和天然气行业，Ethernet-APL被用于增强危险环境中的通信，确保工人和设备的安全。这些实际应用展示了Ethernet-APL在工业自动化中的多功能性和有效性。
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