Ethernet-APL技术详解及应用展望.pdf
《Ethernet-APL技术详解及应用展望.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《Ethernet-APL技术详解及应用展望.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Ethernet-APLDetailed TerSept,2023AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRY2023年9 月石自Vol.59,No.5动油化第59 卷化第5期Ethernet-APL技术详解及应用展望唐孟(中科合成油工程有限公司,北京10 140 7)摘要:大多数工厂使用42 0 mA模拟信号作为传感器、执行器和过程控制系统之间的通信方式,重要的过程仪表都支持420mA+HART的信号传输技术,但该技术在需要获取更多的过程值变量、诊断信息,或者用于配置设备等时暴露出很大的局限性。介绍一种全新的数据传输技术Ethernet-APL,该技术采用两线制
2、、通信距离长、满足防爆需求、仪表信号和供电共线,实现从现场到应用层的无缝数据交换,满足现代工业数字化的应用需求。关键词:Ethernet-APL技术;现场交换机;现场总线;拓扑结构;爆炸性环境区域中图分类号:TP273文献标志码:B文章编号:10 0 7-7 32 4(2 0 2 3)0 5-0 0 7 8-0 5chnology Explanation and Application Prospects forTang Meng(Synfuels China Engineering Co.Ltd.,Beijing,101407,China)Abstracts:420 mA analog si
3、gnals is used in most factorles as the communication methodamong sensors,actuators and process control systems.All kinds of important processinstruments support 420 mA+HART signal transmission technology.But the technologyexposes significant limitations when facing with the need to obtain more proce
4、ss values,diagnostic information,or been used to configure equipment.A new data transmissiontechnology of Ethernet-APL is introduced,it adopts a two-wire system,communicationdistance is long,explosion-proof requirements can be met,instrument signals and powersupply are collinear.It achieves seamless
5、 data exchange from the field to the application layer,and satisfies the application requirements of modern industrial digitization.Key words:Ethernet-APL technology;field exchanger;fieldbus;topological structure;explosive environment area20世纪8 0 年代,HRAT协议自出现后就作为智能仪表通信的一个过渡型协议,一直沿用至今,虽然在2 0 世纪末出现过现场
6、总线等新技术,但是较窄的带宽、不同总线体系之间的互相制约,限制了其推广应用,仅应用了很短的一段时间,并没有取代42 0 mA十HART信号传输模式在工业控制领域的主导地位。迄今为止,全球仍有近4X107台的“42 0 mA+HART”智能仪表构成了现代流程工业的控制基石目前,大多数工厂使用42 0 mA模拟信号作为传感器、执行器和过程控制系统之间的通信方式,这样的状态已经持续了近30 年。在许多工厂管理者看来,该项技术足以实现单纯的过程控制,也在过去几十年中得到了充分验证,确立了该信号传输方式在企业中的地位。所有重要的过程仪表都支持“42 0 mA十HART”的信号传输技术,安装简单,维护方便
7、。该技术的局限性是在扩展数据访问的背景下体现出来的,如需要获取更多的过程值、诊断信息时,或者用于配置设备等,该技术已无法满足数字化的需求,而且数据传输速度非常慢。近几年,随着通信技术的发展,出现了一种全新的数据传输技术Ethernet-APL(以下简称为APL),所服务的对象是流程工业自动化的底层物理层,其特点是采用两线制、通信距离长、可满足防爆需求、仪表信号和供电采用共线等,使之成为用于过程自动化的、基于高速以太网的通信协议,实现从现场到应用层的无缝数据交换。本文从自控工程的角度,详细分析APL的技术特点。稿件收到日期:2 0 2 3-0 4-12,修改稿收到日期:2 0 2 3-0 7-1
8、5。作者简介:唐孟(197 2),1996 年毕业于华东理工大学生产过程自动化专业,获得工学学士学位,曾工作于中石化宁波工程有限公司,现工作于中科合成油工程有限公司,从事自控设计工作,任高级工程师。79唐孟.Ethernet-APL技术详解及应用展望第5期1APL的定义随着通信技术的发展,以太网技术逐渐成为世界上应用最普遍的计算机网络之一,一般仅在工厂网络的更高层次上使用,很少应用在现场层次上。这是因为以太网连线电缆默认设置为8 芯,连线长度短(不超过10 0 m)且不具备防爆要求,无法应用到生产过程现场。2018年,针对生产过程的信号传输,产生了一种新的技术-APL,它是基于 OSI(ope
9、n systeminterconnection)模型中最底层物理层的新型物理链接结构,将以太网技术融入生产过程现场,使之能够满足双线结构、防爆要求、信号和供电共线传输及其他附加要求。同年,主要流程工业供应商按该设想签署了一项开发APL技术的协议,称为“APL项目”。“APL项目”组在早期阶段与电气与电子工程师学会(IEEE)合作,由标准化组织指定一个单独的物理层10 BASET 1L,它可以无缝融人标准以太网,以满足流程自动化的要求。2019年11月,IEEEstd802.3cg:2 0 19 2 1获得批准后,“APL项目 组将IEEEstd802.3cg:2 0 19系列的标准化解决方案嵌
10、人到APL技术中,以实现以太网物理层标准的扩展3。行业标准开发组织(SDO)FieldComm Group,ODVA,OPC Foundation,PROFIBUS 和PROFINET International 以及过程自动化的主要行业供应商包括ABB,Em e r s o n,Endress+Hauser,K r o h n e,Pe p p e r l +Fu c h s,Phoenix Contact,R.Stahl,Rockwell,Samson,SEIMENS,Ve g a 和YOKOWAGA都参与了APL的开发,其中Rockwell,Ph o e n ix C o n t a c
11、 t 及Pepperl十Fuchs是工业交换机的生产厂家,R.Stahl为防爆电器的制造商等,由此可见,APL得到了工业控制领域的主要生产商的支持。2APL技术简介APL的OSI结构如图1所示,APL是OSI模型的物理层的一部分,是众多物理层的其中之一。由图1可以看出,APL是满足自动化领域特殊需求的许多物理层之一,可以与其他现有物理层并行使用,不会影响上层的运行,APL采用现场交换机等通信技术来完成现场信号的传输。3APL特性及参数APL设计取消了接线箱,采用了各类现场交换机,用于支持各种现场仪表信号,具有灵活的拓扑结构,并且易于实现允余。APL明确规定了点对点连接,交换机之间的每个连接构成
12、一个“网段”。因此,APL交换机隔离了网段之间的通信,这消除了诸如“串扰”之类的干扰,并在本地保护通信免受不同网段上的设备故障的影响。5.会话、演示、工业以太网实时协议应用层独立4.传输层TCPUDP于物理层并在3.网络层IP更高的层运行2.数据链路层Ethernet(+TSN)APL是许1.物理层HIM多物理层之一图1APL的OSI结构示意APL定义了两种一般类型的网段:“主干”为长达1km的电缆,可提供高功率电平信号;“支线”的功率较低,有可选的本质安全性,长度可达200m。A PL技术参数见表1所列,APL电缆按类别可分为I类、类、类、IV类,对应的最大干线允许电缆长度分别为2 50 m
13、,50 0 m,7 50 m,1k m。因此,APL的物理结构符合过程自控的常规结构,即采用点对点的连接,又满足防爆要求,采用双线结构,可以比较灵活地做到穴余。4APL的网路拓扑结构以及典型应用对于所有可能的网络拓扑结构,均分解为支线和干线两种,所有APL的支线结构都是相同的;对于干线有两种不同的结构,采用的主干通信物理介质也有所不同,同时,给现场仪表供电的位置也有所不同。4.1支线拓扑结构所有APL的支线拓扑结构都相同,如图2 所示。图2 下半部分显示了现场交换机和现场设备的位置,必须认识到现场设备的位置是由工艺流程和配管位置所确定的,因此,现场交换机应靠近现场设备,并且遵循以下条件:1)根
14、据电缆类别,使用IV类电缆时,现场设备和现场交换机之间的最大距离为2 0 0 m。2)接人现场交换机的设备数量应符合交换机上的端口数量,并考虑端口的预留。3)需要遵守现场的防爆等级4.2带工业以太网的干线拓扑结构(干线方案1该方案使用标准工业以太网交换机将APL现场交换机连接到控制网络,控制网络通过光纤连接到APL现场交换机,也可以采用铜芯电缆,但是应遵守长度限制,多模光纤通常允许APL现场交换机之间的距离可达2 km。A PL现场交换机需要由外部辅助电源供电。具有工业以太网的干线拓扑结构如图3所示。80第59 卷石油化工自动化表1APL技术参数项目参数或规格标准IEEE802.3cg:201
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- Ethernet APL 技术 详解 应用 展望
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。