以太网

以太网技术进步如何帮助处理制造商

以太网高级物理层(E-APL),基于10BASET1L的单对以太网(SPE)的增强物理层,可以帮助工艺制造商从4-20 MA技术上移动。

由Ronny Becker和Andreas Hennecke 2021年6月21日
图片礼貌:Brett Sayles

要了解为什么流程行业传统上挣扎着以太网解决方案,详细介绍了行业的复杂性。在过程工厂中,以太网到目前为止主要用于自动化金字塔的较高水平,很少在现场水平。以太网在数字化和行业4.0的背景下提供了许多优势,尤其是具有大的带宽和高速,可以访问大量数据。实际上,在没有访问此数据的情况下,不可能实现现代和创新的诊断概念。然而,传统的以太网解决方案不符合工艺行业的要求,例如在屏蔽的2线线上的固有安全性和线长度最高1km。

这就是为什么12个行业合作伙伴和四个用户组织 - FieldComm集团,ODVA,OPC基金会和Profibus International - 一起工作,共同开发了一个2线以太网解决方案,满足了这些过程行业的需求。在2015年建立了“以太网高级物理层”(现称为以太网APL)的概念。从那时起,已经建立了IEEE和IEC标准,该技术已完全开发。

在潜在的爆炸性环境中使用具有内在安全的技术,对过程行业提出了挑战。介绍现场总线安全概念(FISCO)以解决这一问题,并证明非常成功。为确保以太网-APL支持危险区域的内在安全性,IEC PT60079-47工作组为2线本质 - 安全以太网开发了技术规范,称为2线本质安全以太网或“2-Wise”。通过在DEKRA测试和认证GmbH的成功测试中确认了这种方法。

从正式的角度来看,现在没有什么能够以太网技术进入流程行业。但是,正如介绍新技术的情况下,在最终在实践中最终用于用户和制造商之前,就始终如此。

一步步

这不仅仅是必须考虑的技术 - 这鉴于电磁兼容性(EMC)的要求,爆炸保护,灰尘或高温 - 而且也是国际标准化,系统的极长,用于设备的工程准则和测试场景的开发。必须从一开始考虑任何新技术,并适应新的要求:必须在制造商的兼容性上进行审查和检查连接器,必须设计小型温度传感器的外壳,但必须是有限的电源。考虑,必须开发必要的测试程序。

2019年,Bilfinger Engineering&Meancesse推出了用Pepperl + Fuchs的Ethernet-APL初步测试。目标是审查该技术和相关的技术飞跃。在测试设置中,Pepperl + Fuchs的可用以太网-APL基础设施原型通过PROFINET连接到当前过程控制系统。此设置从自动化系统的整个生命周期中运行了各种用例,包括装配,设备调试,以及在以太网-APL层的故障发生的情况下通信的鲁棒性。为此目的,设置必须经历几种压力测试。此外,在新物理层上检查了新的基础设施组件如现场和电源开关或现有电缆类型的一般处理。总的来说,测试设置是成功的。

改变

在经营数十年的过程植物中,重要的是,不同一代的设备在一起工作。因此,试点应用程序调查了这些类型的世代问题,例如,当以太网-APL现场设备和PROFIBUS PA现场设备连接到交换机,或者是否不同的PROFINET设备,例如APL交换机,代理或远程I / O.来自不同制造商可以在环中彼此沟通。

此外,调查了从PROFIBUS向PROFINET进行移民项目所需的努力。例如,显示PA设备可以通过PA简介3.02易于交换,因为APL交换机上的端口讲PROFIBUS PA和PROFINET。此外,还证明了一个基础设施中PROFIBUS PA和PROFINET的永久联合操作。

这使得设备更换简单,并且还可以在操作过程中从现场总线升级到以太网-APL。只要列出一些实际的例子 - 如果不再可供购买,或者用户希望通过更现代的界面获取其他信息,则在几分钟内完成交换,例如,如果echo的寿命图像,则在几分钟内完成水平传感器的曲线将更快地提供。通常,可以更快地完成调试,因为可以通过基于以太网的通信自动执行寻址。此外,以太网为新应用程序提供了机会,例如Web服务器功能的连接或通过OPC UA的Namur开放式架构(NOA)概念的框架内的应用程序。即使是由于PROFIBUS PA和PROFINET协议的相似性,因此甚至可管理的控制技术也是可管理的,因此易于实现。

测试人员的判决是积极的。他们得出结论,以太网与PROFINET的APL有可能最终更换4-20 mA技术。

更快更简单

优势无可争议。由于以太网-APL,可以更安全,轻松地运输数据,允许使用更智能的工具。这意味着可以很大程度上简化工作过程,从安装和调试开始。高水平的数据集成可确保更高的自动化程度,从而更快实现。例如,新的现场设备在循环检查期间寄存在“个人”中。

此外,数据始终在正确的位置可用,例如在该字段中的手持设备上。目前的数据交换增加了这一数据的一致性 - 这可能是平庸的问题,而是一个在实践中一次又一次地挣脱的人。由于以太网 - APL,可以在项目规划,控制或资产管理系统和仪器之间进行连续数据交换。由于尚未转移的更改,例如在更换设备时,尚未转移,现在是过去的变化。

此外,快速简便的数据访问提供了更深入的进程中的洞察力,从而为过程优化提供了机会,例如通过智能数据分析。此外,新的维护概念是可能的,因为除其他外,现场设备可以独立地报告维护需求。

无可否认,由于坚固性和简单性,4-20 mA技术为行业提供了良好的服务,但它不再适用于未来的数字任务。应该始终牢记以太网本身不是市场上的新技术。相反,它已被尝试和测试 - 作为四线技术 - 在许多工业控制室多年来。基于以太网的协议,如PROFINET或Ethernet / IP被广泛使用,例如控制控制器,变频器或分析仪。Ethernet-APL仅仅是物理层,现在可以在流程行业的领域中使用,并且可以在那里展开其益处。

换句话说,以太网 - APL不仅使得处理更安全,而且还避免了数据不一致,从而提高了最终产品的质量和交付可靠性。因此,许多制造商已经评估了其产品中以太网-APL的实施,以便用户可以从更广泛的设备选择中受益。加入进入流程行业的数字化。


Ronny Becker和Andreas Hennecke
作者生物:Ronny Becker是Bilfinger Medute和Andreas Hennecke的测试工程师是Pepperl + Fuchs的产品营销经理现场总线技术。