Profinet over Ethernet-APL如何为流程工业带来价值

Profinet技术为用户提供数字化工具和基础设施，在调试、启动和工厂维护期间管理仪器。本文为用户提供了流程工业加固以太网物理层的见解。Profinet的功能，如代理桥接技术、PA配置文件、动态重新配置和冗余概念，都可以实现当今流程工厂尚未实现的自动化水平的仪器编排。

使用以太网诊断提高工厂性能的用例

工艺工厂努力提高效率和提高工厂性能。工厂运营的主要挑战之一是设备更换，因为经常需要相关领域的专家来完成这一工作。此外，维护人员很难处理来自现场设备的诊断信息，因为这些信息依赖于供应商，很难破译，而且通常不能提供有用的补救信息。这导致工厂运作效率低下。

在那慕尔NE 176中的开放体系结构定义了几个用例，这些用例为流程工厂的生命周期带来了附加价值。例如“唯一标识”、“设备尺寸”、“读取多变量进程值”和“运行状况监视和诊断”。

为了实现这些用例，与现场级的高性能连接至关重要，以确保从智能仪器到更高级别应用程序和数字服务的数据可用性。

当今领域层面的技术及其局限性

目前大多数工厂使用4到20mA电流回路作为传感器、执行器和过程控制系统之间的通信技术。在许多工厂操作员看来，这种技术对于纯过程控制来说已经足够了，因此在过去的几十年里已经得到了证明和确立。所有重要的工艺仪表都支持4至20mA模拟技术，并提供简单的安装和维护性。4到20mA技术的限制是在扩展数据访问的上下文中出现的，无论是为了获得更多的进程值，还是为了读取诊断信息，还是为了配置设备。然而，为了实现这些用例，需要对智能现场仪器进行更广泛的数据访问。换句话说，有许多额外的未开发信息可用，可以提高效率和性能。

使用HART协议(在当前信号上提供数字通信信号)，可以检索大部分附加信息。然而，HART协议主要用于配置目的。对于全面的数据访问，HART协议不适合，因为数据传输速度很慢。

通过Profibus PA等现场总线技术，可以实现真正的数字通信技术。虽然在技术上是合理的，但过程工业的采用率尚未达到4-20mA模拟技术的水平。一个原因可能是现场总线网络与简单的模拟技术相比相对复杂。另一个原因可能是，即使现场总线技术比HART快得多，这种速度仍然不足以传输大量数据。

总之，这些传统技术在数字化和实现高效流程工厂的新用例方面存在许多局限性。

由于以太网技术在自动化金字塔的上层已经广泛用于数据通信，因此出现了为什么以太网不能用于现场级的问题。在许多其他行业中，以太网技术在现场级的成功已经被证明多年。通过比较工业以太网的特点和流程工厂的要求，这个问题的答案很简单:今天的以太网标准不能满足流程工业的挑战性要求:

• 加工厂需要一种可以部署在爆炸危险区域的技术，包括内在安全。
• 工艺工厂的目标是采用类似于4至20mA和Profibus PA的双线制技术，通过同一根电缆提供电力和数据。
• 加工厂必须在几百米以上的电缆上架桥。

一个物理层，满足工艺工厂的要求-以太网- apl

以太网的高级物理层(APL)使网络基础设施能够一直扩展到现场仪器仪表，包括爆炸危险区域的仪器仪表。以太网- apl结合了众所周知的2线技术的优点和以太网技术的高性能。

为了创建以太网- apl，过程自动化领域的一组供应商在过去四年中与主要的标准组织合作，开发了一个满足过程工业需求的以太网解决方案。对于任何基于以太网的工业协议，任何其他标准组织都可以采用这个网络。APL项目的工作包远远超出了标准化和一致性测试;它们包括对一流知识的洞察:

• 其基础是最新的IEEE 802.3规范10BASE-T1L，该规范规定了通过双绞线进行长距离传输的10mbps以太网解决方案。
• 型材标准化电力传输水平，允许长电缆到达。为应用程序选择正确的概要文件很容易，并确保在不同环境中的互操作性。
• IEC TS 60079-47的新章节将本质安全保护标准化为整体设计。“2-WISE”是2线本质安全以太网的缩写，定义了无需任何计算的简单保护验证。电气参数来源于现场总线本质安全概念(FISCO)，为现场总线用户所熟知。
• 通过强制的APL一致性测试，操作人员可以确保开关或仪器中的所有APL接口都根据规范进行认证，从而彼此可互操作。
• 以太网-APL工程指南在规划、安装和调试APL网络期间为最终用户提供了一流的知识和设计支持。它是熟悉这项新技术的完美指南。

Profinet如何实现过程控制通信

有了Ethernet- apl，可以使用新的以太网物理层，以满足加工厂的要求。

Profinet是一种完善的工业以太网协议，在全球范围内已安装了数千万台设备。协议和相关标准由PI指定，PI是一个拥有1700多家成员公司的组织。大多数常见的分布式控制系统(dcs)已经能够使用该协议进行操作。

Profinet在IEC 61158和IEC 61784中标准化，并支持其他标准以太网协议，如用于识别网络中的IP地址的地址解析协议(ARP)，用于分配设备名称的设备配置协议(DCP)，用于邻居检测的链路层发现协议(LLDP)，或用于观察网络组件的简单网络管理协议(SNMP)。除了这些标准机制，Profinet还有许多其他特性，可以在工业环境中使用以太网。采用不同的冗余概念，确保了工艺装置的高可用性。无论是控制器故障还是电缆断裂，Profinet都可提供适当的解决方案，以确保过程不中断。即使对于还不支持Profinet的特定测量标签，可用的专用代理也允许将遗留的现场总线仪器集成到Profinet网络中。即使是像4-20mA这样的传统技术也可以通过支持profinet的远程输入/输出(I/O)集成到这样的网络中。

最重要的是，Profinet允许在工厂运行期间重新配置设备。这为未来的灵活性(如电子/虚拟编组)提供了必要的开放性。

设备集成和诊断的标准化解决方案

使用PA Profile 4，可以实现自动设备更换的工作流程，甚至跨供应商。因此，新设备需要安装在旧设备的位置上。对新设备进行识别和配置，恢复基本功能。然后可以执行进一步的配置，以便在方便时使用常用工具提高性能。

根据NE107，通过协调的诊断消息，PA Profile 4简化了维护人员的故障排除。它提高了工厂操作的效率，减少了培训的工作量。

NE176中描述的所有用例都将由PA Profile 4以标准化的、独立于供应商的方式支持，并提供现场设备所需的所有数据。

使过程工业工厂的价值优化

未来的流程工业工厂需要强大的技术来实现围绕数字化或提高日常工作效率的用例。Profinet和PA Profile 4是易于集成和操作的完美解决方案。有了以太网- apl，物理技术现在也可以用于爆炸危险区域。通过这些技术的组合，可以在数字服务、更高的性能和任何类型的价值优化方面实现无限的可能性。

迈克尔Bowne他是PI北美的执行董事，该组织负责Profinet、Profibus和其他网络技术。Profibus & Profinet国际(PI)过程自动化工作组是CFE媒体和技术内容合作伙伴。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．

关键词:Profinet，以太网，工业网络

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