以太网p n（以太网ipg）

以太网APL（高级物理层）详细介绍了以太网通信在过程工业传感器和执行器中的应用，并将根据IEC标准发布。它基于2019年11月7日批准的新的10BASE-T1L（IEEE802.3cg-2019）以太网物理层标准，规定了在危险场所实施和使用的防爆方法。领先的过程自动化公司在PROFIBUS 和PROFINET International (PI)、ODVA, Inc. 和FieldComm Group 标准框架下共同努力，使以太网APL 能够跨工业以太网协议使用并加速其部署。

为什么以太网APL 很重要？以太网APL 将通过实现与现场设备的高带宽和无缝以太网连接来改变过程自动化。它解决了迄今为止限制以太网在现场使用的挑战。这些挑战包括电源、带宽、布线、距离以及在危险场所的使用。通过解决棕地升级和新绿地安装的这些相关挑战，以太网APL 将有助于获得以前无法获得的新见解，例如组合过程变量、辅助参数、资产健康反馈信息，并将它们无缝组合。接缝被发送到控制层。这些新见解将通过从现场到云的融合以太网网络实现数据分析、运营见解和生产力提高。

在过程自动化应用中，用以太网APL 取代4 mA 至20 mA 设备或现场总线通信（Foundation Fieldbus 或PROFIBUS Pa）的目标需要同时向传感器和执行器传输电源和数据。在过程自动化应用中，现场级设备和控制系统之间的距离一直是现有工业以太网物理层技术的巨大挑战，通常要求电缆长度限制在100 m以内。过程自动化应用要求距离长达1公里，并且需要适合0区（本质安全）应用的低功耗现场设备，且性能稳定可靠。因此，过程自动化需要一种能够实现以太网物理层技术的新方法。这种新方法就是以太网APL。

以太网APL 基于全双工、直流平衡、点对点通信方案的10BASE-T1L 物理层功能，使用7.5 MBd 符号率的PAM 3 调制和4B3T 编码。它支持两种幅度模式：2.4 V 峰值适用于长达1000 m 的电缆长度，1.0 V 峰值适用于较短距离。 1.0 V 峰值幅度模式意味着这种新的物理层技术也可用于防爆(Ex) 环境，并满足严格的最大能量限制。 10BASE-T1L支持使用双绞线技术的长距离传输，并通过单根屏蔽双绞线同时传输电力和数据。

在为现场设备供电时，以太网APL 可以在0 区应用中提供高达500 mW 的功率，而当今的4 mA 至20 mA 系统只能提供约36 mW 的功率。在非本质安全应用中，功率可高达60 W，具体取决于所使用的电缆。随着网络边缘提供更高的功率，具有增强特性和功能的新现场设备变得可用，而4 mA 至20 mA 设备具有功率限制，现场总线不再适用。例如，额外的功率现在可以实现更高的测量性能和增强的边缘数据处理。这将释放有关过程变量的宝贵见解，现在可以通过在现场级设备（现场资产）上运行的网络服务器访问这些变量，最终推动工艺流程和资产管理的改进和优化。

利用包含这些有价值的新见解的丰富数据集将需要更高带宽的通信链路，以将数据集从这些新的现场设备跨过程安装设备传输到工厂规模的基础设施或云进行处理。以太网APL 消除了对高耗电、复杂网关的需求，并支持跨信息技术(IT) 和运营技术(OT) 领域的融合以太网。通过这种融合网络，可以简化安装和组件更换，并加速网络调试和配置。其结果将是更快的软件更新、更简单的根本原因分析和现场级设备维护。

以太网APL 解决方案的优势

通过基于以太网APL 的融合，不再需要耗电、昂贵且复杂的网关。这使得能够摆脱极其分散的现场总线基础设施，这些基础设施创建了数据孤岛，限制了对现场级设备内部数据的访问。通过删除这些网关，这些旧设备的安装成本和复杂性显着降低，并且消除了它们创建的数据孤岛。

到目前为止，过程自动化应用一直使用表1 中所示的传统通信标准，但新的10BASET1L 以太网标准克服了传统标准的许多限制。 10BASE-T1L 承诺重复使用现有已安装的电缆，为通过基于10BASE-T1L 物理层的以太网APL 对过程自动化装置进行棕地升级创造机会。

比较采用HART 10BASE-T1L 的4 mA 至20 mA 现场总线数据带宽1.2 kbps 31.25 kbps 10 Mbps 更高级别的以太网连接复杂网关复杂网关无缝连接不需要网关仪器功率40 mW 有限功率IS：500 mW 非IS，最高60 W（取决于电缆） 所需知识/专业知识所需知识/专业知识减少所需知识/专业知识减少所有大学毕业生都熟悉以太网技术

要与支持以太网APL 的设备进行通信，需要具有集成媒体访问控制(MAC) 的主机处理器或具有10BASE-T1L 端口的交换机（参见图2）。

图2. 以太网APL 现场级设备与10BASE-T1L PHY 的数据连接。

以太网APL 布线和网络拓扑

10BASE-T1L标准没有定义特定的传输介质（电缆），而是定义了通道模型（回波损耗和插入损耗要求）。该通道模型非常适合目前用于PROFIBUS PA 和Foundation Fieldbus 的A 型现场总线电缆；因此，一些已安装的4 mA 至20 mA 电缆可以与以太网APL 重复使用。与更复杂的布线相比，单对双绞线布线的优点是成本更低、尺寸更小并且更容易安装。

以太网APL 推荐的网络拓扑称为主干和支线网络拓扑。主干电缆最长可达1 km，PHY 峰值幅度为2.4 V，位于区域1、区域2。支线电缆最长可达200 m，PHY 峰值幅度为1.0 V，位于0区、1区。电源开关位于控制层，提供以太网交换机功能，并为电缆提供电源（通过数据线）。现场开关位于危险区域的现场层，并由电缆供电。现场交换机提供以太网交换机功能，将支线电缆上的现场级设备连接到主干电缆，并为现场级设备提供电源。

在主干电缆上连接多个现场交换机可以将更多现场级设备连接到网络。

新型以太网APL 设备创造新机遇

以太网APL 将有助于实现从现场到云的无缝过程自动化安装的过渡，包括食品和饮料、制药以及石油和天然气安装设施中的危险场所。更多可用电源可支持具有增强特性和功能的新型以太网APL 现场设备。这些新设备将利用强大的数据分析功能来解锁丰富的数据集以在云中实施，并利用可操作的见解来推动实施流程的自动化。现在还可以为流程工业推出新的业务模型，以提供更复杂的流程制造流程，并通过当前获得的更多新见解创造更大的价值。

目前可用的解决方案

Analog Devices 的ADI Chronous 产品系列进一步扩展，推出了新产品，为过程自动化提供长距离、可靠的10BASE-T1L 以太网连接，以支持以太网APL。这些新型工业以太网解决方案有两种灵活的选项：MAC PHY (ADIN1110) 和PHY (ADIN1100)。 ADIN1110将实现超低功耗系统设计，简化现场仪表、传感器或驱动器的改造，以实现以太网转型，同时保留对软件和处理器技术的现有投资。 ADI 专有的MAC-PHY 技术为无需集成MAC 的超低功耗处理器提供SPI 接口，有助于降低整体系统功耗。 ADIN1100提供标准以太网接口，可用于更复杂的设计，例如现场交换机开发。 Analog Devices 的ADIN1100 和ADIN1110 10BASE-T1L 解决方案可通过单根长度超过1700 米的双绞线电缆传输数据，功耗分别仅为39 mW 和43 mW。单对以太网供电(SPoE) 或工程电源解决方案与10BASE-T1L PHY 或MAC-PHY 相结合，可通过单根双绞线电缆提供电源和数据。

审稿编辑：郭婷