【導(dǎo)讀】以太網(wǎng)APL(高級(jí)物理層)詳細(xì)說(shuō)明以太網(wǎng)通信在過(guò)程工業(yè)的傳感器和執(zhí)行器中應(yīng)用的相關(guān)信息,并將根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。它以2019年11月7日批準(zhǔn)的新10BASE-T1L (IEEE802.3cg-2019)以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),指定在危險(xiǎn)場(chǎng)所實(shí)施和使用的防爆方法。領(lǐng)先的過(guò)程自動(dòng)化公司在PROFIBUS and PROFINET International (PI)、ODVA, Inc.和FieldComm Group?標(biāo)準(zhǔn)框架下共同努力,使以太網(wǎng)APL能夠跨工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議使用,并加速其部署。
以太網(wǎng)APL(高級(jí)物理層)詳細(xì)說(shuō)明以太網(wǎng)通信在過(guò)程工業(yè)的傳感器和執(zhí)行器中應(yīng)用的相關(guān)信息,并將根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。它以2019年11月7日批準(zhǔn)的新10BASE-T1L (IEEE802.3cg-2019)以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),指定在危險(xiǎn)場(chǎng)所實(shí)施和使用的防爆方法。領(lǐng)先的過(guò)程自動(dòng)化公司在PROFIBUS and PROFINET International (PI)、ODVA, Inc.和FieldComm Group?標(biāo)準(zhǔn)框架下共同努力,使以太網(wǎng)APL能夠跨工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議使用,并加速其部署。
以太網(wǎng)APL為何非常重要?以太網(wǎng)APL將通過(guò)實(shí)現(xiàn)高帶寬,以及與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備建立無(wú)縫的以太網(wǎng)連接來(lái)改變過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。它解決了至今為止一直限制現(xiàn)場(chǎng)使用以太網(wǎng)的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括功率、帶寬、布線(xiàn)、距離以及在危險(xiǎn)場(chǎng)所的使用。通過(guò)針對(duì)棕地升級(jí)和新綠地安裝解決這些相關(guān)挑戰(zhàn),以太網(wǎng)APL將有助于獲得以前無(wú)法獲取的新見(jiàn)解,例如將過(guò)程變量、輔助參數(shù)、資產(chǎn)運(yùn)行狀況反饋信息組合在一起,并將它們無(wú)縫傳送給控制層。這些新的見(jiàn)解將通過(guò)從現(xiàn)場(chǎng)到云的融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(請(qǐng)參見(jiàn)圖1),讓數(shù)據(jù)分析、運(yùn)營(yíng)見(jiàn)解和生產(chǎn)力提高成為可能。
圖1.在過(guò)程自動(dòng)化中使用以太網(wǎng)APL,實(shí)現(xiàn)無(wú)縫以太網(wǎng)連接。
在過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用中,要實(shí)現(xiàn)用以太網(wǎng)APL取代4 mA至20 mA器件或現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信(Foundation Fieldbus或PROFIBUS Pa)的目標(biāo),需要向傳感器和執(zhí)行器同時(shí)提供電力和數(shù)據(jù)。在過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域,現(xiàn)場(chǎng)級(jí)器件和控制系統(tǒng)之間的距離對(duì)于現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)物理層技術(shù)一直是個(gè)巨大挑戰(zhàn),該技術(shù)通常要求電纜長(zhǎng)度限制在100 m以?xún)?nèi)。而過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用需要長(zhǎng)達(dá)1 km的距離,并且需要適合0區(qū)(本質(zhì)安全)應(yīng)用的低功耗現(xiàn)場(chǎng)器件,性能穩(wěn)定可靠,因此過(guò)程自動(dòng)化需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)以太網(wǎng)物理層技術(shù)的新方法。這種新方法就是以太網(wǎng)APL。
以太網(wǎng)APL以全雙工、直流平衡、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方案的10BASE-T1L物理層功能為基礎(chǔ),在7.5 MBd符號(hào)速率和4B3T編碼下采用PAM 3調(diào)制。它支持兩種幅度模式:長(zhǎng)達(dá)1000 m電纜時(shí),峰值為2.4 V;較短距離下峰值為1.0 V。1.0 V峰值幅度模式意味著,這項(xiàng)新的物理層技術(shù)也可在防爆系統(tǒng)(Ex)環(huán)境中使用,并滿(mǎn)足嚴(yán)格的最大能源限制要求。10BASE-T1L支持利用雙絞線(xiàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸,并通過(guò)單條屏蔽雙絞線(xiàn)同時(shí)傳輸電力和數(shù)據(jù)。
在為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電方面,以太網(wǎng)APL可以在0區(qū)應(yīng)用中提供最高500 mW,而如今的4 mA至20 mA系統(tǒng)只能提供約36 mW。在非本質(zhì)安全應(yīng)用中,根據(jù)所用電纜的不同,功率可高達(dá)60 W。由于網(wǎng)絡(luò)邊緣提供更高的功率,因此可使用具有增強(qiáng)特性和功能的新現(xiàn)場(chǎng)器件,而4 mA至20 mA器件存在功率限制,現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)也不再適用。例如,現(xiàn)在利用額外的功率,可實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)量性能,增強(qiáng)邊緣的數(shù)據(jù)處理能力。這將發(fā)掘有關(guān)過(guò)程變量的寶貴見(jiàn)解,過(guò)程變量現(xiàn)在可以通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)器件(現(xiàn)場(chǎng)資產(chǎn))上運(yùn)行的Web服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn),最終推動(dòng)過(guò)程流和資產(chǎn)管理的改進(jìn)和優(yōu)化。
要利用包含這些寶貴新見(jiàn)解的豐富數(shù)據(jù)集,需要更高帶寬的通信鏈路,將這些新現(xiàn)場(chǎng)器件的數(shù)據(jù)集跨越過(guò)程安裝設(shè)備傳輸至工廠(chǎng)級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施或云端進(jìn)行處理。以太網(wǎng)APL無(wú)需耗電量大的復(fù)雜網(wǎng)關(guān),可跨越信息技術(shù)(IT)和操作技術(shù)(OT)域?qū)崿F(xiàn)融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)此融合網(wǎng)絡(luò),可簡(jiǎn)化安裝和器件更換,加快網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和配置。最終將加快軟件更新,簡(jiǎn)化根本原因分析和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)器件維護(hù)。
以太網(wǎng)APL解決方案的優(yōu)勢(shì)
通過(guò)基于以太網(wǎng)APL進(jìn)行融合,不再需要耗電量大、成本高昂且復(fù)雜的網(wǎng)關(guān)。從而可以從極為分散的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)過(guò)渡,這些分散的基礎(chǔ)設(shè)施創(chuàng)建了一些數(shù)據(jù)島,對(duì)訪(fǎng)問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)器件內(nèi)部數(shù)據(jù)造成了限制。通過(guò)移除這些網(wǎng)關(guān),顯著降低了這些傳統(tǒng)設(shè)備的安裝成本和復(fù)雜性,并消除了其所創(chuàng)建的數(shù)據(jù)島。
迄今為止,過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用一直使用表1所示的傳統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn),而新的10BASET1L以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)克服了傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的多個(gè)局限性。10BASE-T1L有望重復(fù)使用現(xiàn)有已安裝電纜,通過(guò)基于10BASE-T1L物理層的以太網(wǎng)APL,為過(guò)程自動(dòng)化安裝的棕地升級(jí)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。
表1.采用HART?的4 mA至20 mA、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、10BASE-T1L 通信技術(shù)比較
要與支持以太網(wǎng)APL的器件進(jìn)行通信,需要具有集成介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)的主機(jī)處理器或具有10BASE-T1L端口的交換機(jī)(參見(jiàn)圖2)。
圖2.具有10BASE-T1L PHY的以太網(wǎng)APL現(xiàn)場(chǎng)級(jí)器件數(shù)據(jù)連接。
以太網(wǎng)APL布線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
10BASE-T1L標(biāo)準(zhǔn)未定義特定的傳輸介質(zhì)(電纜),而是定義了通道模型(回波損耗和插入損耗要求)。該通道模型非常適合目前用于PROFIBUS PA和Foundation Fieldbus的A型現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電纜;因此某些已安裝的4 mA至20 mA電纜可以與以太網(wǎng)APL一起重復(fù)使用。與更復(fù)雜的布線(xiàn)相比,單條雙絞線(xiàn)布線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是成本更低,尺寸更小,安裝更方便。
圖3顯示以太網(wǎng)APL的建議網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌Q(chēng)為干線(xiàn)和支線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。干線(xiàn)電纜可長(zhǎng)達(dá)1 km,其PHY峰值幅度為2.4 V,位于1區(qū)、2分區(qū)。支線(xiàn)電纜可長(zhǎng)達(dá)200 m,其PHY峰值幅度為1.0 V,位于0區(qū)、1分區(qū)。電源交換機(jī)位于控制級(jí),提供以太網(wǎng)交換機(jī)功能,并向電纜供電(通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn))?,F(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)位于危險(xiǎn)區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)層級(jí),由電纜供電?,F(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)提供以太網(wǎng)交換機(jī)功能,將支線(xiàn)電纜上的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)器件連接到干線(xiàn)電纜,并向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)器件供電。
在一條干線(xiàn)電纜上連接多個(gè)場(chǎng)交換機(jī),可讓更多的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)器件連接到網(wǎng)絡(luò)。
圖3.使用以太網(wǎng)APL和10BASE-T1L的未來(lái)邊緣到云無(wú)縫連接技術(shù)。
新以太網(wǎng)APL器件,創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)
以太網(wǎng)APL將有助于實(shí)現(xiàn)向現(xiàn)場(chǎng)到云無(wú)縫連接過(guò)程自動(dòng)化安裝的過(guò)渡,包括食品和飲料、制藥、石油和天然氣安裝設(shè)施的危險(xiǎn)場(chǎng)所。由于提供了更多可用功率,因而能夠支持具有增強(qiáng)特性和功能的新型以太網(wǎng)APL現(xiàn)場(chǎng)器件。這些新器件將利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能來(lái)解鎖豐富的數(shù)據(jù)集,用于實(shí)施云計(jì)算,并利用可行的見(jiàn)解來(lái)推動(dòng)實(shí)施過(guò)程自動(dòng)化?,F(xiàn)在為過(guò)程行業(yè)推出新業(yè)務(wù)模型也將成為可能,以提供更復(fù)雜的過(guò)程制造流程,并通過(guò)目前獲得的更多新見(jiàn)解創(chuàng)造更大價(jià)值。
有關(guān)ADI公司Chronous?以太網(wǎng)解決方案組合及其如何加速轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)世界工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的更多信息。
(來(lái)源:ADI公司)
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀:
倒計(jì)時(shí)6天|專(zhuān)業(yè)買(mǎi)家就緒,超強(qiáng)采購(gòu)力引爆“芯”機(jī)遇!
共促汽車(chē)和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)融合未來(lái),第18屆中國(guó)(長(zhǎng)三角)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈高峰論壇即將在上海舉行
助力成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈,2023中國(guó)(重慶)電子信息助力產(chǎn)業(yè)融合高峰論壇即將啟幕
微容科技:MLCC市場(chǎng)回暖,高容與車(chē)規(guī)產(chǎn)品產(chǎn)銷(xiāo)量快速爬坡
電池管理和連接器對(duì)電動(dòng)汽車(chē)竟如此重要