HART-IP简化了以太网- apl的转换

超过4-20mA的HART在整个过程工业中仍然普遍存在,使用该协议获得的经验将加速过渡到基于以太网- apl的HART- ip。

通过肖恩·文森特 2022年9月8日
提供:FieldComm Group

学习目标

  • HART通信协议是智能过程控制现场设备之间的数字信息交换。
  • 以太网- apl结合了过程制造业中现有的数字通信技术。
  • 以太网- apl采用商业技术,使其成为工业用途的理想选择,并使用HART技术中许多相同的数据结构。

以太网的见解

  • HART- ip致力于保护终端用户在与HART相关的技术和培训方面的投资。
  • 以太网- apl基于双线以太网(10BASE-T1L),传输数据和电源以处理网络发射器和执行器。
  • 以太网- apl结合了过程制造业中现有的数字通信技术。

HART通信协议是智能过程控制现场设备与控制或监控主机系统之间的数字信息交换,工作在传统的4-20mA模拟电流环路上。

然而,随着较新的数字媒体选项可用于现场仪表服务,特别是以太网高级物理层(Ethernet-APL) -许多设计师和工程师都热衷于规划最佳的前进道路。以太网- apl基于以太网标准10BASE-T1L双线以太网,加上在危险地区部署的扩展。采用者希望确保以太网- apl介质提供与4-20mA相同或更好的功能,特别是考虑到目标现场设备必须工作在具有挑战性和有时危险的位置。

开发人员还必须确定数据处理如何保持与大量现有安装的兼容性,以及哪些功能将很快可用。HART-IP于2007年推出,用于支持输入/输出(I/O)系统、mux、WirelessHART网关和其他仪器和设备之间的工业以太网通信(图1)。

图1:HART、WirelessHART和现在的HART- ip是用于过程自动化通信和控制的领先工业无线协议的演进。提供:FieldComm Group

图1:HART、WirelessHART和现在的HART- ip是用于过程自动化通信和控制的领先工业无线协议的演进。提供:FieldComm Group

以太网- apl可以提供过程自动化信号选项和HART-IP致力于保护最终用户的投资与HART相关的技术和培训。

从4-20mA迁移到以太网APL

HART将数字通信叠加在传统的点对点4-20mA信号之上。4-20mA信号是传输介质,HART是“通信协议”。通过这种配置,用户可以保留已知的功能并保留现有的投资,同时添加新的通信手段。HART是过程工业中应用最广泛的数字通信技术,提供包括多个过程变量、仪器状态、校准和诊断信息在内的数据访问。

一般来说,有线以太网是在20世纪80年代引入商业的,很快就在消费者和商业网络应用中占据主导地位。然而,尽管有线以太网不断发展并获得了指数级的功能,但它仍然在距离、功率和其他因素方面存在许多限制,使其不太适合用于工业现场设备连接。

以太网继续从企业网络到工厂网络,再到控制/现场网络,越来越接近工厂底层。事实上,它现在被用作工业自动化应用的介质,特别是在pc、控制器和远程I/O之间。基于以太网的工业通信协议有很多。

为了适应工业应用的现代数字计算和网络技术,开发了以太网- apl介质,并将HART-IP引入现场仪器层。

Ethernet-APL好处

以太网- apl结合了现有最好的数字通信技术,并考虑到特定的工业需求,如延长电缆长度,适用于危险区域和强大的抗干扰性。以太网- apl熟悉的用于过程自动化和仪器仪表的双线安装方法在网络交换机之间的距离可达1000米,每个现场设备之间的距离可达200米。

以太网- apl基于双线以太网(10BASE-T1L),并将数据和电力传输到处理网络发射器和执行器。以太网- apl基于以太网标准IEEE 802.3 g,数据速率为10mbit /s。以太网- apl端口配置规范(FCG_TS10186,悬而未决的IEC TS 63444)进一步定义了过程工业中使用的电源和其他参数,包括危险区域(1类Div 1, 0区和1区;以及不那么危险的地区)。为了支持产品的安装,以太网- apl工程指南(FCG_AG10337)为工程师提供了以太网- apl网络的规划、安装和验收测试的关键信息。以太网- apl的成功部署需要遵循相关规划步骤的精心设计的解决方案。

以太网- apl位于协议栈的第1层,物理层如ISO/IEC 7498-1以太网的ISO/OSI协议栈所示。以太网- apl是支持以太网的众多物理层之一。与以前的自动化技术不同,以太网- apl物理层独立于OSI模型的其他层。

以太网- apl还可以与任何基于以太网的协议(如HART-IP)一起使用。以太网- apl遵循NAMUR建议NE 74和NE 168的要求,定义了用于整个过程自动化行业的网络架构。

与4-20mA信令一样,设备电源是通过媒体提供的。这对于通常功耗要求较低的工业仪器仪表来说是一个显著的好处,因为不需要安装单独的电源电路意味着大量的资本和安装成本的节省。此外,与4-20mA类似,可以在危险地区部署以太网- apl。

以太网- apl通信以10Mbit/s的全双工工作,周期时间为10到2000毫秒。这比商业以太网慢,但对于工业通信来说已经足够快了,而且性能水平很容易支持实时控制。以太网- apl使用标准的工业以太网交换机进行上层通信,并使用特定的以太网- apl交换机进行控制/现场网络。该技术使用一个物理层来支持许多协议的同时互操作(图2)。

图2:以太网- apl是标准以太网媒体类型的工业级演进。它非常适合连接过程仪器与多个主机系统,并支持多种协议的同时操作。提供:FieldComm Group

图2:以太网- apl是标准以太网媒体类型的工业级演进。它非常适合连接过程仪器与多个主机系统,并支持多种协议的同时操作。提供:FieldComm Group

以太网- apl和HART-IP

为了解决以太网- apl用于工业过程自动化应用的问题,FieldComm Group扩展了具有安全性和其他功能的HART-IP,使HART-IP能够部署在工厂网络的现场仪器层,用于包括控制在内的应用程序。HART-IP使用简单,独立于底层媒体,并在任何网络速度下与冗余媒体(包括网格和环形拓扑)一起工作。

HART-IP允许任何经过适当凭据的主机系统(无论是控制器、资产管理应用程序还是其他)访问并集成测量信息、设备配置和设备诊断。在IP网络上与仪器连接的任何经过适当认证的主机系统都可以安全地独立访问仪器,并且多个主机可以同时与仪器交互。

支持HART-IP的现场设备已经可用,下一代仪器将用于监测、资产管理和直接控制应用。FieldComm Group已准备好测试系统和相关工具,以支持并启用以太网- apl上的HART-IP产品注册。HART- ip测试建立在FieldComm Group在HART和基金会现场总线测试方面的经验之上。注册有助于供应商确保他们推向市场的设备的兼容性。

HART- ip支持通常理解的HART数据模型,使其向后兼容,但它还进一步扩展了体系结构以支持以太网。现有的HART工具可以使用HART- ip产品,并受益于以以太网速度传输的HART数据。HART一直能够双向通信,HART- ip被设计用于支持现场设备的直接控制。

一个特别的好处是HART-IP如何简化和扁平化控制网络,因此更高级别的控制器、应用程序和资源可以直接访问现场设备信息。前几代工业自动化硬件、软件和网络需要复杂且有问题的数据传递,才能通过中间控制器获得现场设备信息并达到企业级。HART-IP有效且清晰地解决了这一常见需求(图3)。

图3:在以太网- apl上运行的HART-IP协议使工业控制网络扁平化,并使许多更高级别的系统能够访问现场设备信息进行监控和直接控制,而无需任何复杂的数据传递方案。提供:FieldComm Group

图3:在以太网- apl上运行的HART-IP协议使工业控制网络扁平化,并使许多更高级别的系统能够访问现场设备信息进行监控和直接控制,而无需任何复杂的数据传递方案。提供:FieldComm Group

还有其他工业以太网协议用于控制网络级别的现场仪器服务。然而,大量流程用户已经熟悉与HART相关的数据模型和工作实践。当转向新技术时,利用和扩展现有的工具和已经到位的工作实践的风险更小,而不是拆除并替换系统,这需要用户学习新的概念和协议。

HART在过程工业中拥有悠久的传统,并拥有许多未开发的潜力。HART-IP能够更大程度地扩展数据可用性和访问。虽然公司可以开发许多新工具来利用更高的带宽,但这些用户不需要等待,因为现有的HART工具可以与HART- ip产品一起使用。

确保符合以太网- apl

前面提到的以太网- apl端口配置规范定义了功率和其他参数,将以太网- apl应用扩展到过程工业,包括危险区域。以太网- apl网络包括各种基础设施设备(电源开关、现场开关、媒体转换器)和现场设备(包括仪器、执行器、分析仪、电机控制、网关等)。

一致性确保各种产品始终如一地坚持有关电源,保护和其他特性的特定端口配置要求。以太网- apl技术的共同所有者(包括ODVA、OPC基金会、PI组织和FieldComm集团)同意提供一种形式的物理层测试,以确保符合物理层规范和要求。

每个组织还提供对其支持的自动化协议的测试。FieldComm Group现在为网络基础设施和HART-IP现场设备(仪器、执行器等)提供注册服务,因此供应商和最终用户可以确保兼容性和性能。

为什么HART-IP用于以太网- apl ?

工业过程自动化终端用户已经在现有HART和WirelessHART工具、技术和培训方面进行了大量投资。HART和WirelessHART在有线和无线安装中处于领先地位。最终用户以及为他们服务的原始设备制造商(oem)和系统集成商,都在努力以实用和经济的方式采用更新和更高性能的技术,同时保留现有投资。以太网- apl和HART-IP可以实现这一点,因为现有商业和工业技术的现代化可以满足工业自动化的需求。

以太网- apl适应商业技术,使其成为工业用途的理想选择。对于熟悉HART或WirelessHART的用户来说,过渡到HART- ip很简单,因为它使用许多相同的数据结构,而且它的软件工具也类似。最终用户可以利用他们对HART和WirelessHART网络和通信技术的理解,将它们应用到更强大的基于以太网- apl的有线HART- ip安装上。

肖恩·文森特是技术项目主任吗FieldComm集团.由网页内容经理克里斯·瓦夫拉编辑,控制工程, CFE媒体与技术,cvavra@cfemedia.com

在线

参见//www.globalelove.com/networking-and-security/ethernet/

考虑一下这个

你怎么样?在您的设施中使用以太网- apl,它提供了什么好处?


作者简介:肖恩·文森特(Sean Vincent)是FieldComm集团技术项目主管。他的职业生涯致力于过程工业协议和工具的开发、测试和支持。他目前在FieldComm集团内领导新技术和工具的开发,并与其他组织合作。Sean拥有德克萨斯大学奥斯汀分校的电气工程学位。