Ethernet-APL（高級物理層）規定了以太網通信在過程工業傳感器和執行器中的應用細節，并將在IEC下發布。它基于10年1月802日批準的新的3BASE-T2019L（IEEE7.2019cg-<>）以太網物理層標準，并規定了在危險場所使用的實施和防爆方法。過程自動化領域的領先公司正在PROFIBUS和PROFINET International（PI），ODVA，Inc.和FieldComm Group的框架下合作，使Ethernet-APL跨工業以太網協議工作并加速其部署。?

為什么以太網 APL 很重要？Ethernet-APL 將通過實現與現場設備的高帶寬、無縫以太網連接來改變過程自動化世界。它解決了迄今為止限制以太網在現場使用的挑戰。這些挑戰包括電源、帶寬、布線、距離和在危險場所的使用。通過解決棕地升級和新綠地安裝的這些挑戰，Ethernet-APL 將提供以前無法獲得的新見解，例如組合過程變量、輔助參數和資產運行狀況反饋，并將其無縫傳達給控制層。這些新見解將通過從現場到云的融合以太網網絡，為數據分析、運營見解和生產力提高帶來新的可能性（見圖 1）。

圖1.在過程自動化中與以太網-APL 實現無縫以太網連接。

為了在過程自動化應用中用以太網APL取代4 mA至20 mA或現場總線通信（基礎現場總線或PROFIBUS PA），需要向傳感器和執行器提供電源和數據。過程自動化應用中現場級設備和控制系統之間的距離一直是現有工業以太網物理層技術被限制在100米的重大挑戰。由于過程自動化應用需要長達 1 km 的距離，再加上需要適用于 Zone 0（本質安全）應用的超低功耗和堅固耐用的現場設備，因此需要一種新方法來實現用于過程自動化的以太網物理層技術。Ethernet-APL 就是這種新方法。

Ethernet-APL 基于 10BASE-T1L 物理層功能，采用全雙工、直流平衡、點對點通信方案，具有 PAM 3 調制，符號速率為 7.5 MBd，4B3T 編碼。它支持兩種幅度模式：2.4 V 峰值（長達 1000 m 的電纜）和 1.0 V 峰值（縮短距離）。1.0 V峰值幅度模式意味著這種新的物理層技術也可用于防爆系統（Ex）的環境，并滿足嚴格的最大能量限制。10BASE-T1L可通過屏蔽的單雙絞線電纜，采用兩線制技術實現電源和數據長距離傳輸。

在向現場設備供電方面，Ethernet-APL 可在 Zone 500 應用中提供高達 0 mW 的功率，而目前 36 mA 至 4 mA 系統可提供的功率約為 20 mW。在非本質安全應用中，根據所使用的電纜，最高可達 60 W 的功率。隨著網絡邊緣的可用功率顯著增加，可以啟用具有增強特性和功能的新現場設備，因為4 mA至20 mA的功率限制和現場總線不再適用。例如，通過這種額外的功能，現在可以實現更高性能的測量和增強的數據邊緣處理。這將解鎖有關過程變量的寶貴見解，這些見解現在可以通過在現場級設備（現場資產）上運行的Web服務器訪問，并最終推動流程流和資產管理的改進和優化。

為了利用包含這些有價值的新見解的豐富數據集，需要更高帶寬的通信鏈路，以將這些新現場設備的數據集在整個過程安裝過程中傳送到工廠級基礎設施或云進行處理。Ethernet-APL 消除了對復雜、耗電網關的需求，并支持跨信息技術 （IT） 和運營技術 （OT） 領域的融合以太網網絡。這種融合網絡簡化了安裝，簡化了設備更換，并加快了網絡調試和配置。這樣可以加快軟件更新速度，并簡化根本原因分析和現場級設備的維護。

以太網 APL 解決方案的優勢

通過融合在以太網-APL，已經消除了對昂貴、復雜和耗電網關的需求。這也實現了從極其分散的現場總線基礎設施的過渡，該基礎設施創建了數據孤島，其中對現場級設備中的數據的訪問受到限制。通過刪除這些網關，這些舊安裝的成本和復雜性顯著降低，并消除了它們創建的數據孤島。

迄今為止，過程自動化應用一直使用傳統的通信標準，如表1所示，新的10BASE-T1L以太網標準克服了這些標準所克服的幾個限制。10BASE-T1L提供了重復使用一些現有已安裝電纜的潛力，為基于10BASE-T1L物理層的以太網APL的過程自動化裝置的棕地升級創造了重要機會。

要與支持 Ethernet-APL 的設備通信，需要具有集成介質訪問控制 （MAC） 的主機處理器或具有 10BASE-T1L 端口的以太網交換機（請參閱圖 2）。

圖2.具有 10BASE-T1L PHY 的以太網 APL 現場級設備數據連接。

以太網 APL 布線和網絡拓撲

10BASE-T1L標準沒有定義特定的傳輸介質（電纜），而是定義了通道模型（回波損耗和插入損耗要求）。通道型號非常適合目前已經用于 PROFIBUS PA 和基礎現場總線的現場總線 A 型電纜;因此，一些已安裝的 4 mA 至 20 mA 電纜可能會與以太網 APL 重復使用。與更復雜的布線相比，單雙絞線布線具有成本更低、尺寸更小且更易于安裝的優點。

圖 3 顯示了針對以太網 APL 的建議網絡拓撲，稱為中繼和雜散網絡拓撲。干線電纜的長度可達 1 km，PHY 峰值幅度為 2.4 V，位于 1 區 2 分區。支線長度可達 200 m，PHY 振幅峰值為 1.0 V，位于 0 區 1 分區。電源開關位于控制層，提供以太網交換機功能并為電纜供電（通過數據線）?，F場開關位于危險區域的現場級別，由電纜供電。現場交換機提供以太網交換機功能，連接雜散上的現場級設備，以連接到中繼并將電源傳遞給現場級設備。

圖3.通過以太網 APL 和 10BASE-T1L 實現未來的無縫邊緣到云連接。

多個現場交換機連接在干線電纜上，以提供大量要連接到網絡的現場級設備。

新的以太網-APL 設備創造新的機會

Ethernet-APL將實現向無縫現場到云連接的過程自動化安裝的過渡，包括食品和飲料、制藥以及石油和天然氣裝置的危險場所。由于可用的功率顯著提高，因此可以支持具有增強特性和功能的新型以太網APL現場設備。這些新設備將通過強大的數據分析解鎖豐富的云計算數據集，并通過可操作的見解推動流程優化。現在，流程工業的新商業模式將成為可能，以提供更復雜的流程制造流程，并從現有的新見解中創造價值。

目前有哪些解決方案

ADI擴展了其ADI Chronous?產品組合包括新產品，為支持以太網APL的過程自動化帶來長距離、強大的10BASE-T1L以太網連接。新的工業以太網解決方案提供兩種靈活的選項：MAC PHY （ADIN1110） 和 PHY （ADIN1100）。ADIN1110支持業界功耗最低的系統設計，簡化了現場儀表、傳感器或執行器中的以太網改造，并保留了軟件和處理器技術的現有投資。ADI獨特的MAC-PHY技術為沒有集成MAC的超低功耗處理器提供SPI接口，從而降低整體系統功耗。ADIN1100提供標準以太網接口，支持用于更復雜的設計，如現場開關開發。ADI公司的ADIN1100和ADIN1110 10BASE-T1L解決方案可通過1.7公里的單雙絞線電纜傳輸數據，功耗分別為39 mW和43 mW。單對以太網供電 （SPoE） 或工程電源解決方案與 10BASE-T1L PHY 或 MAC-PHY 相結合，通過單根雙絞線電纜提供電源和數據。

審核編輯：郭婷