Ethernet-APL产品在国外进行的评估测试（一）（赠书）

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Ethernet-APL产品在国外进行的评估测试在资料上看到的有两处：德国路德维希港的巴斯夫（BASF）化工厂、美国俄亥俄州西切斯特的宝洁工厂。这里先介绍巴斯夫化工厂进行的评估测试。

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巴斯夫Ethernet-APL评估测试实验室

我们先来看看德国路德维希港巴斯夫化工厂进行的Ethernet-APL产品评估测试。

先看一下这两张巴斯夫的Ethernet-APL实验室的照片（见图1、图2），好多台Endress+Hauser公司生产的仪表整整齐齐地挂在靠墙的安装框架上，这些仪表采用Ethernet-APL通信标准。一排排电缆从每个仪器延伸到实验室的一个角落，在那里它们变成了一捆粗电缆。这张照片的独特之处在于，没有一台流量、压力或温度仪表是根据其实际用途连接到管道上的。因为巴斯夫的工程师们在这间实验室里从事的是不同寻常的工作，他们专注的不是每一台现场设备本身有关检测的技术性能，而是要对这些现场设备的通信性能进行测试和评估，所以安装仪表的管道是多余的。图1可能拍摄较早，在图2中可以看到明显增加了一些测试设备，这可能是又有些厂家提供了Ethernet-APL现场设备加入测试。

图1 巴斯夫Ethernet-APL评估测试实验室

图2 稍晚的巴斯夫Ethernet-APL评估测试实验室

当PROFIBUS-PA和基金会现场总线FF的数字通信首次进入工厂二十多年后的2016年，Ethernet-APL首次被提出作为数字现场连接的现实替代方案。从2016年NAMUR大会开始，路德维希港巴斯夫的自动化专家就注意到Ethernet-APL新通信基础设施的应用可能性，他们开始研究Ethernet-APL的细节，并对来自不同制造商的现场仪表进行了测试。通过前期工作，2019年3月，巴斯夫使用多家供应商的原型设备建立了更大的、单独的Ethernet-APL评估测试实验室，有电气、仪表和自动化专家参与，实验室安装了不同制造商的Ethernet-APL技术产品和不同的拓扑结构。实验室的目的是评估分布式控制系统与现场设备（变送器和阀门）之间的Ethernet-APL技术。

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测试评估情况

Ethernet-APL现场设备是专为过程工业的要求而制定的，例如在防爆区内的安全操作和使用2线电缆进行长距离通信，以高达10Mbps的速度传输电力和通信信号等等。APL仪表将仪器数据直接从现场发送到云网络，如Endress+Hauser公司的Netilion IIoT系统。与模拟4~20mA、现场总线等技术相比，在生产过程环境中利用Ethernet-APL以太网技术可以快速上传和下载多种格式的现场设备信息，速度是现场总线技术的300倍。

在实验室里，现场设备连接到Ethernet-APL环路上，并将数据直接传输到云。这意味着现场数据几乎可以从世界任何地方立即看到。系统既可以高速无故障地从现场仪表下载数据，也可以将数据快速上传到现场仪表。网络和现场仪表的故障易于检测、诊断方便，因此纠错速度更快。巴斯夫评估测试实验室工作人员对Ethernet-APL提供的预测性维护能力非常感兴趣，数据高速传输意味着更高级别的应用程序可以处理更多信息，快速分析设备运行状况，并在导致故障之前确定问题。

巴斯夫还在测试实验室安装了适合在爆炸性环境中使用的现场设备，这是通过在Fisco概念的基础上，采用2-WISE（2线本质安全以太网）设计实现防爆安全的。

实验室测试表明，使用Ethernet-APL的双线技术简化了现场技术人员的安装和维护活动。连接模拟现场设备和Ethernet-APL现场设备之间没有区别。设备的极性无关紧要，因此导线可以连接到任一端子，而不影响读数。电机控制器和变频器也可以连接到同一个（或单独的）以太网环路，这意味着所有仪表设备和电气设备都使用相同的网络技术。

在巴斯夫实验室测试了几种类型的APL现场交换机，从而向供应商提出了一些建议。例如，APL现场交换机内的代理（proxies）允许PROFIBUS-PA现场设备连接到交换机，这使得（PROFIBUS-PA现场设备）向Ethernet-APL的过渡更加容易。

Ethernet-APL的未来发展将把这一技术的应用扩展到功能安全应用中。这种方法可以带来巨大的好处，包括单一网络技术、增加工厂设计的灵活性和降低库存要求，因为同一现场设备的信息可以用于安全和非安全功能，这将带来维护效率的提高。

由于欧洲更多应用PROFIBUS&PROFINET技术，所以很多APL组件 支持PROFINET作为通用工业以太网协议，如E+H公司还将其现场仪器原型与PROFINET一起提供。评估测试实验室采用了光纤高速链路连接PROFINET，除了接入APL PROFINET现场设备外，还可以接入PROFIBUS-PA设备。在评估测试实验室的标准安全控制装置已经配备了一个PROFINET通信模块，该模块直接连接到APL现场交换机，这意味着同样的技术可以用于安全和控制系统应用。

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评估测试结论

在进行了评估测试工作后，巴斯夫评估测试实验室确认了Ethernet-APL技术以下优点：

• 安装简单灵活；
• 与DCS的集成简单；
• 与以太网通信稳定快速；
• 流程的可用性高；
• 设备转换即插即用；
• 可从过程控制系统并行的第二通道智能仪表中提取数据。

巴斯夫的工程师确信：使用Ethernet-APL技术可以加快工作流程，提高操作和维护效率，这正是我们想要的。随着Ethernet-APL的广泛引入，PROFIBUS 或FF现场总线技术将被淘汰，我们不再需要它们，而Ethernet-APL技术是未来工厂的最佳技术。

图3是 E+H公司的一幅宣传漫画，介绍Ethernet-APL技术在不断前进，但仍然有很多工作要做。其中左下角讲的就是“Ethernet-APL在巴斯夫”，放大一点好看吧（见图4）！

图3 Ethernet-APL技术在不断前进，但仍然有很多工作要做

图4 Ethernet-APL在巴斯夫

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后话

在巴斯夫评估测试实验室对原型产品进行了广泛的测试后，巴斯夫团队已于2022年在欧洲的一个试点工厂安装Ethernet-APL技术。另据介绍，在广东的中巴斯夫湛江一体化项目包括一个年产100万吨乙烯装置（含蒸汽裂解装置、裂解汽油加氢装置、芳烃抽提装置)、66/90万吨/年环氧乙烷/乙二醇（EO/EG）装置以及数个面向消费市场的产品和解决方案生产装置，计划于2025年建设完工投入生产运行。该项目要求DCS现场仪表必须是PROFIBUS-PA协议的智能仪表，APL现场交换机留有未来升级到APL仪表的预留接口。PA仪表和未来的APL仪表接入APL现场交换机，然后通过冗余环网和PROFINET协议接入机柜室交换机网络。图5所示为作者猜测的巴斯夫PROFIBUS-PA仪表与现场交换机的连接图。应该是一台台PROFIBUS-PA仪表单独接到现场交换机的一个个支线端口，图中标示的是P+F公司的APL现场交换机，它的产品可选带PROFIBUS-PA现场总线代理的，可同时接入PROFIBUS-PA现场设备和APL现场设备。看到这张图我还会想，PROFIBUS-PA现场设备可否以总线网段的方式接入呢？特别是在生产现场已有的PROFIBUS-PA现场设备已经按总线方式运行而现在需要改造成Ethernet-APL，那不是挺方便的吗？

图5 猜测的巴斯夫PROFIBUS-PA仪表与现场交换机的连接图

巴斯夫湛江一体化项目部分不具备PA和APL条件的仪表，可通过支持PROFINET的远程I/O接入环网。这里PROFIBUS-PA仪表保证了当前的仪表智能化水平，而Ethernet-APL仪表保证了未来的仪表智能化水平。在2021年6月APL仪表没有正式发布的情况下巴斯夫公司果断决策使用APL技术，2022年9月6日，巴斯夫湛江一体化基地首套改性工程塑料装置正式投产，这是全球第一个全面采用双线以太网技术的超大型企业。