【導讀】以太網APL（高級物理層）詳細說明以太網通信在過程工業的傳感器和執行器中應用的相關信息，並將根據IEC標準發布。它以2019年11月7日批準的新10BASE-T1L (IEEE802.3cg-2019)以太網物理層標準為基礎，指定在危險場所實施和使用的防爆方法。領先的過程自動化公司在PROFIBUS and PROFINET International (PI)、ODVA, Inc.和FieldComm Group®標準框架下共同努力
，使以太網APL能夠跨工業以太網協議使用
，並加速其部署。

以太網APL（高級物理層）詳細說明以太網通信在過程工業的傳感器和執行器中應用的相關信息，並將根據IEC標準發布。它以2019年11月7日批準的新10BASE-T1L (IEEE802.3cg-2019)以太網物理層標準為基礎

，指定在危險場所實施和使用的防爆方法。領先的過程自動化公司在PROFIBUS and PROFINET International (PI)

、ODVA, Inc.和FieldComm Group®標準框架下共同努力
，使以太網APL能夠跨工業以太網協議使用，並加速其部署。

以太網APL為何非常重要
？以太網APL將jiang通tong過guo實shi現xian高gao帶dai寬kuan，以yi及ji與yu現xian場chang設she備bei建jian立li無wu縫feng的de以yi太tai網wang連lian接jie來lai改gai變bian過guo程cheng自zi動dong化hua領ling域yu。它ta解jie決jue了le至zhi今jin為wei止zhi一yi直zhi限xian製zhi現xian場chang使shi用yong以yi太tai網wang的de挑tiao戰zhan。這zhe些xie挑tiao戰zhan包bao括kuo功gong率lv、帶寬、布線
、距離以及在危險場所的使用。通過針對棕地升級和新綠地安裝解決這些相關挑戰，以太網APL將有助於獲得以前無法獲取的新見解
，例如將過程變量
、輔助參數、資產運行狀況反饋信息組合在一起

，並將它們無縫傳送給控製層。這些新的見解將通過從現場到雲的融合以太網網絡（請參見圖1）
，讓數據分析
、運營見解和生產力提高成為可能。

圖1.在過程自動化中使用以太網APL，實現無縫以太網連接。

在過程自動化應用中
，要實現用以太網APL取代4 mA至20 mA器件或現場總線通信（Foundation Fieldbus或PROFIBUS Pa）demubiao

，xuyaoxiangchuanganqihezhixingqitongshitigongdianliheshuju。zaiguochengzidonghuayingyonglingyu，xianchangjiqijianhekongzhixitongzhijiandejuliduiyuxianyougongyeyitaiwangwulicengjishuyizhishigejudatiaozhan，gaijishutongchangyaoqiudianlanchangduxianzhizai100 m以內。而過程自動化應用需要長達1 km的距離
，並且需要適合0區（本質安全）應用的低功耗現場器件，性能穩定可靠，因此過程自動化需要一種能夠實現以太網物理層技術的新方法。這種新方法就是以太網APL。

以太網APL以全雙工、直流平衡
、點對點通信方案的10BASE-T1L物理層功能為基礎，在7.5 MBd符號速率和4B3T編碼下采用PAM 3調製。它支持兩種幅度模式：長達1000 m電纜時，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
，這項新的物理層技術也可在防爆係統(Ex)環境中使用，並滿足嚴格的最大能源限製要求。10BASE-T1L支持利用雙絞線技術實現長距離傳輸，並通過單條屏蔽雙絞線同時傳輸電力和數據。

在為現場設備供電方麵，以太網APL可以在0區應用中提供最高500 mW，而如今的4 mA至20 mA係統隻能提供約36 mW。在非本質安全應用中，根據所用電纜的不同，功率可高達60 W。由於網絡邊緣提供更高的功率，因此可使用具有增強特性和功能的新現場器件
，而4 mA至20 mAqijiancunzaigonglvxianzhi，xianchangzongxianyebuzaishiyong。liru，xianzailiyongewaidegonglv，keshixiangenggaodeceliangxingneng
，zengqiangbianyuandeshujuchulinengli。zhejiangfajueyouguanguochengbianliangdebaoguijianjie，guochengbianliangxianzaikeyitongguozaixianchangjiqijian（現場資產）上運行的Web服務器訪問，最終推動過程流和資產管理的改進和優化。

yaoliyongbaohanzhexiebaoguixinjianjiedefengfushujuji，xuyaogenggaodaikuandetongxinlianlu，jiangzhexiexinxianchangqijiandeshujujikuayueguochenganzhuangshebeichuanshuzhigongchangjijichusheshihuoyunduanjinxingchuli。yitaiwangAPL無需耗電量大的複雜網關，可跨越信息技術(IT)和操作技術(OT)域yu實shi現xian融rong合he以yi太tai網wang網wang絡luo。通tong過guo此ci融rong合he網wang絡luo，可ke簡jian化hua安an裝zhuang和he器qi件jian更geng換huan，加jia快kuai網wang絡luo調tiao試shi和he配pei置zhi。最zui終zhong將jiang加jia快kuai軟ruan件jian更geng新xin，簡jian化hua根gen本ben原yuan因yin分fen析xi和he現xian場chang級ji器qi件jian維wei護hu。

以太網APL解決方案的優勢

通過基於以太網APL進行融合
，不再需要耗電量大、chengbengaoangqiefuzadewangguan。congerkeyicongjiweifensandexianchangzongxianjichusheshishixianguodu，zhexiefensandejichusheshichuangjianleyixieshujudao

，duifangwenxianchangjiqijianneibushujuzaochenglexianzhi。tongguoyichuzhexiewangguan
，xianzhujiangdilezhexiechuantongshebeideanzhuangchengbenhefuzaxing

，bingxiaochuleqisuochuangjiandeshujudao。

迄今為止
，過程自動化應用一直使用表1所示的傳統通信標準，而新的10BASET1L以太網標準克服了傳統標準的多個局限性。10BASE-T1L有望重複使用現有已安裝電纜，通過基於10BASE-T1L物理層的以太網APL，為過程自動化安裝的棕地升級創造了機會。

表1.采用HART®的4 mA至20 mA、現場總線、10BASE-T1L 通信技術比較

要與支持以太網APL的器件進行通信，需要具有集成介質訪問控製(MAC)的主機處理器或具有10BASE-T1L端口的交換機（參見圖2）。

圖2.具有10BASE-T1L PHY的以太網APL現場級器件數據連接。

以太網APL布線和網絡拓撲

10BASE-T1L標準未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）。該通道模型非常適合目前用於PROFIBUS PA和Foundation Fieldbus的A型現場總線電纜；因此某些已安裝的4 mA至20 mA電纜可以與以太網APL一起重複使用。與更複雜的布線相比
，單條雙絞線布線的優點是成本更低，尺寸更小，安裝更方便。

圖3顯示以太網APL的建議網絡拓撲，稱為幹線和支線網絡拓撲。幹線電纜可長達1 km，其PHY峰值幅度為2.4 V
，位於1區
、2分區。支線電纜可長達200 m，其PHY峰值幅度為1.0 V，位於0區、1分區。電源交換機位於控製級，提供以太網交換機功能，並向電纜供電（通過數據線）。現(xian)場(chang)交(jiao)換(huan)機(ji)位(wei)於(yu)危(wei)險(xian)區(qu)域(yu)的(de)現(xian)場(chang)層(ceng)級(ji)，由(you)電(dian)纜(lan)供(gong)電(dian)。現(xian)場(chang)交(jiao)換(huan)機(ji)提(ti)供(gong)以(yi)太(tai)網(wang)交(jiao)換(huan)機(ji)功(gong)能(neng)，將(jiang)支(zhi)線(xian)電(dian)纜(lan)上(shang)的(de)現(xian)場(chang)級(ji)器(qi)件(jian)連(lian)接(jie)到(dao)幹(gan)線(xian)電(dian)纜(lan)，並(bing)向(xiang)現(xian)場(chang)級(ji)器(qi)件(jian)供(gong)電(dian)。

在一條幹線電纜上連接多個場交換機，可讓更多的現場級器件連接到網絡。

圖3.使用以太網APL和10BASE-T1L的未來邊緣到雲無縫連接技術。

新以太網APL器件
，創造新的機會

以太網APL將有助於實現向現場到雲無縫連接過程自動化安裝的過渡，包括食品和飲料、製藥、石油和天然氣安裝設施的危險場所。由於提供了更多可用功率，因而能夠支持具有增強特性和功能的新型以太網APL現xian場chang器qi件jian。這zhe些xie新xin器qi件jian將jiang利li用yong強qiang大da的de數shu據ju分fen析xi功gong能neng來lai解jie鎖suo豐feng富fu的de數shu據ju集ji
，用yong於yu實shi施shi雲yun計ji算suan，並bing利li用yong可ke行xing的de見jian解jie來lai推tui動dong實shi施shi過guo程cheng自zi動dong化hua。現xian在zai為wei過guo程cheng行xing業ye推tui出chu新xin業ye務wu模mo型xing也ye將jiang成cheng為wei可ke能neng

，以yi提ti供gong更geng複fu雜za的de過guo程cheng製zhi造zao流liu程cheng，並bing通tong過guo目mu前qian獲huo得de的de更geng多duo新xin見jian解jie創chuang造zao更geng大da價jia值zhi。

有關ADI公司Chronous™以太網解決方案組合及其如何加速轉變為現實世界工業以太網網絡的更多信息。

(來源:ADI公司)

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