ETHERNET-APL得天下-13个问答

1.  SPE（双绞线以太网）和ETHERNET-APL（以太网高级物理层）是一样的吗？

当然不是，但它们有一定的关联性。IEEE标准化了不同速度和电缆长度的各种双绞线以太网通信，以满足各种应用需求，例如车辆内部通信、离散制造、楼宇自动化和过程自动化。除了通信外，整个物理层从电缆到连接器，从电源供应到安装规则都必须符合使用要求。

Ethernet-APL来自于SPE中的一个标准，即10BASE-T1L，并添加了物理层的定义，以满足过程自动化的要求。Ethernet-APL受到广泛关注的原因在于其标准化从连接器到电缆到本质安全电源和防爆保护再到一致性测试都是详尽而完整的。此外，完备的设计指南提供了最佳的实用性，Ethernet-APL已经具备所有过程工业用户和供应商都可实施的条件。

2. 为什么ETHERNET-APL需要一致性测试？

Ethernet-APL定义了各种端口类型，例如主干/支线、源/负载等。每种端口类型都有自己的规范和参数必须遵守。一致性测试基于Ethernet-APL端口配置规范，对不同类型的仪器和组件端口的表现进行测试，确保所有供应商的有效端口类型组合的互操作性，从而实现即插即用的互操作性。需要注意的是，由于Ethernet-APL仅规定了物理层，因此完整的验证还包括通信协议的一致性测试。

Ethernet-APL涉及四个标准制定组织，包括FieldCommGroup、ODVA、OPC Foundation和PROFINET/PROFIBUS International。这些标准制定组织在其协议认证过程中提供Ethernet-APL一致性测试。标准制定组织的成员可以免费获得Ethernet-APL规范。

3. 为什么要对主干和支线进行分别规范？

支线定义了本安（Ex i）互连的较低信号强度，而主干则设计用于增安（Ex e）的安装，并应该跨越更长的距离。降低的本质安全信号功率要求可为更多的仪表进行本质安全供电，同时仍然可以在现场交换机和仪表之间实现长达200米的电缆长度。这两个信号规范提供了一个简单的系统设计，确保互操作性。而现场交换机则安装于现场的防爆箱内，通常位于便于接线的位置，这种方式和大家熟知的情况完全一样。

4. 为什么要对主干和支线进行单独规范？

现场交换机是Ethernet-APL的核心部件，任何以太网的安装和设备的连接都离不开交换机，而Ethernet-APL的交换机还有一些附加功能。因为Ethernet-APL提供的是本安防爆保护型式，因此还需要某种形式的安全栅或者隔离栅，这正是Ethernet-APL现场交换机的第二重角色。现场交换机要么连接到4线制以太网（即星形结构），或者连接到带供电的增安型干线（即干线-支线结构）。两种连接方式中现场交换机都承担了安全栅或隔离栅的功能，将非本安信号转化为到本安支线上。除此之外，现场交换机也作为Ethernet-APL网络中的诊断中心和DCS及资产管理软件直接连接。鉴于现场交换机无论从物理上还是逻辑上都处于连接现场仪表和上级网络的中心，所有的网络信息都通过它上传下达，使得它成为理想的网络诊断工具，根据不同的配置可被WebServer,FDI Packages或者OPC UA读取。

5. ETHERNET-APL支持哪些冗余概念？

现场交换机提供与仪表的点对点连接，最大距离为200米。具有4线以太网连接的现场交换机支持基础网络的冗余性，可使用介质冗余协议（MRP）或设备级环网（DLR）。在PROFINET通信中，MRP环也可以用于S2冗余。由于数据只是通过基础网络传输，因此这些交换机很容易配置为冗余逻辑连接，例如，一个仪器可以与多个控制器保持多条通信路径，以实现控制器的冗余。您还可以在应用程序中实现冗余。例如，可以安装同类冗余（两个相同类型的发射器）或多样性冗余（两个不同类型的发射器，以避免设备中的系统性故障）。目前，Ethernet-APL还不支持双线或环形供电主干线的冗余。

6. ETHERNET-APL可以安装在哪些爆炸性环境中？

Ethernet-APL的定义使其能够在任何危险区域中应用和安装。现场仪表和现场交换机的可安装性取决于制造商对产品的设计，与Ethernet-APL技术无关。针对Ethernet-APL支线的新本质安全概念称为2-WISE（2线制本安以太网，IEC TS 60079-47），端口配置文件允许具有与“ia”级别保护相对应的本质安全电路，适用于Zone 0、Zone 20或DIV 1的安装环境。

7. ETHERNET-APL是专用于爆炸性环境的方案，而SPE用于其它环境吗？

不。两种技术都能在上述两种环境中使用甚至混用。但Ethernet-APL经过优化，主要是满足流程工业特别是危险区域的各种防爆要求（包括本安）。它也可以在一般的工业应用中使用，但成本较高，并且对连接器和电缆有一些限制。SPE也可以在爆炸性环境中使用，但不能与本质安全的现场设备配合使用。其他类型的保护，如防爆“d”或正压“p”箱体，可以与SPE配合使用，但在安装和维护方面提供的灵活性较少。对不同技术的选择基于实际和经济需求。

8. 在Zone 0或1环境中，是否可以将非防爆保护/非本质安全的现场设备连接到具有本质安全支线的Ethernet-APL现场交换机？

Ethernet-APL现场交换机可以被视为用于本质安全的Ethernet-APL现场仪表的安全栅或隔离栅。现场交换机端口的能量限制在符合本质安全要求的值范围内（参见IEC 60079-11的引燃曲线）。然而，连接到此类端口的设备也需要符合本质安全标准，以确保设备的内部温度和能量存储远低于可接受的本质安全值。这意味着Ethernet-APL现场仪表需要获得其所安装位置所对应的本质安全参数和行为的认证。

9.  2-WISE标准IEC TS 60079-47是否替代了”经典”的本质安全标准IEC 60079-11？

不，它并没有替代它，而是一种扩展。为了简化设计工作和对本质安全回路所需的验证，开发了一项新的技术规范（TS）标准，即IEC TS 60079-47 “2-WISE，2-Wire Intrinsically Safe Ethernet”。它是IEC 60079-11的扩展，基于IEC 60079-25 “Intrinsically safe systems”和FISCO（Fieldbus Intrinsically Safe Concept，IEC60079-11和-25的一部分）。经过2-WISE认证的现场交换机端口可以与2-WISE现场设备连接，无需计算本质安全/实体参数。此外，根据安装位置和所需的防爆保护，现场交换机还可以获得其他类型的防爆认证。

10. 100BASE-TX-IS与Ethernet-APL是相同的还是互相竞争的解决方案？

实际上，两种情况都不是。Ethernet-APL基于具有本质安全供电的2线电缆，可达1000米的电缆长度和10兆位/秒的带宽，而100BASE-TX-IS侧重于其他应用。它基于标准的4线以太网网络，具有100兆位/秒的带宽，最大距离为100米，且没有集成供电设备。100BASE-TX-IS基于IEEE 100BASE-TX规范，并在其基础上添加了本质安全前端，使得可以将100BASE-TX设备（配备外部电源）连接到此类本质安全网络。甚至将100BASE-TX-IS作为快速主干与Ethernet-APL作为现场设备接口的组合也是可取的。

11. 为什么Ethernet-APL现场交换机端口限制为54和1.11瓦，而2-WISE概念允许5.32瓦？

IEC TS 60079-47允许每个现场设备的输入功率Pi最高达5.32瓦的本质安全负载。这个数值与FISCO数值相同，从本质安全设计角度来看，允许使用Ethernet-APL和FISCO仪表，例如PROFIBUS PA仪表，连接到现场交换机。定义的功率等级0.54瓦或1.11瓦是基于最低名义值。限制每个端口可用的能量是为了使产品设计、本质安全认证和设计工作更加简单，使用有限的一组经过良好标准化的现场设备参数，并限制可能的变化数量。同时，也不需要进行任何电缆计算（如电压降等），同时在一个网络中允许尽可能多的现场设备。任何符合所描述功率等级的现场设备将可以与相应的现场交换机端口互操作，而无需进行任何计算。

12. 我可以重用现有的电缆吗？

很有可能！为了确保可靠的通信，电缆必须具备屏蔽性能。参考电缆是与IEC 61158-2定义的类型“A”相关的IV类电缆（MAU类型1和3），该电缆在流程工业，例如现场总线安装中广泛使用。许多用户可以重复使用这种已有的电缆安装。由于Ethernet-APL的频率范围更高，但大多数已安装的电缆没有明确的频率规定，专家们强烈建议测试已安装的电缆。如果考虑重复使用类型“A”以外的屏蔽电缆，这一点尤为重要。预计所需电缆长度将会减少，因为对于Ethernet-APL电缆I类最低可接受质量，主干线将减少到250米，分支线将减少到50米。有关更多合规性信息，请参阅Ethernet-APL设计指南。

13. 如何实施网络安全性和保密性？

必须从系统的角度考虑安全性和保密性。与任何其他物理层一样，Ethernet-APL传输来自领先的工业自动化标准机构的应用层安全服务，这些标准利用IEC 61508和ISA/IEC 62443等标准。为整个工厂设计基础设施的网络架构师可以为工艺装置领域部署相同的技术和工作流程。当然，Ethernet-APL网络中使用的通信协议必须支持适当的安全性和安全措施。这意味着在基于PROFINET或Ethernet/IP的通信网络中，现场仪表及其连接的逻辑程序必须支持PROFIsafe配置文件或CIP安全协议。位于其中的现场交换机对安全性或安全质量没有任何影响。