欢迎安全通过以太网到现场

过程工业中文件设备的过程控制和安全连接长期依赖于模拟4-20mA技术。即使在使用现场总线进行过程控制的新工厂中，安全基础设施仍然依赖4-20 mA技术，尽管NAMUR多年来一直倡导使用集成数字通信。

今天，从现场设备到控制器的安全基础设施与过程控制所需的基础设施是分开建立的。这是由IEC和IEC 61511等安全相关标准的建议，以及在规划和应用安全系统时所需的复杂性降低所证明的。两个系统的物理分离增加了硬件和软件的多样性和独立性，从而提高了可用性。但是，维护两种独立的技术会增加整体的工作量。

使用以太网- apl的八个好处

随着以太网- apl的引入，这种现状似乎将发生改变，以太网- apl为过程自动化提供了新的网络概念。与以前的现场总线系统相比，带宽显著增加，适用于危险区域，区域2/1/0提供了在整个工厂建立统一数字通信的可能性。

1.应用程序达到SIL 3。

随着性能的提高，以太网- apl实现了安全的数据交换。PROFIsafe是一种广泛应用于工厂自动化的解决方案。安全应用的现有需求由这样一种安全技术来处理，例如:

符合IEC61784-3现行要求;反应时间足够的过程，即使有额外的非循环数据交换;为执行器和传感器的控制和查询提供足够一致的数据量。

虽然安全协议可以与非安全协议结合使用，但建议将这些协议设置在物理上独立的网络中，以提高安全性。

在使用以太网- apl时，关于统一安全通信的协议为相关各方(组件制造商和工厂运营商)提供了最经济的解决方案。

2.提高测量精度。

将HART信号调制到4-20 mA信号的广泛应用提供了对额外参数的(非安全)交流，并允许更好的维护概念。HART信号叠加会影响测量信号，从而导致测量精度降低。

使用Ethernet-APL，测量的过程值可以直接传输到自动化系统而不会损失质量，因为它们已经以数字形式在现场设备中可用。这提供了额外的测量精度，可用于优化过程控制和提高安全性。传输误差可以可靠地检测到，不会使测量结果作假。

3.提高灵活性。

在植物的生命周期中进行新的HAZOP研究是一种常见的程序。根据HAZOP的发现，可能有必要将操作测点转换为安全测点。目前这意味着从数字接口到模拟接口的转换。所述的转换不仅意味着必要的现场设备的物理交换和布线水平的修订。这种转换也意味着已经通过现场总线技术在基本过程控制系统中实现的优化又失去了一部分。由于控制测量和安全测量基于相同的通信技术，因此可以使用Ethernet-APL消除这一缺点。

未来采用数字传输的仪器仪表的统一设计将使自动化回归到最初的NAMUR方法，就像引入NE43信号作为传输标准一样。

适用于操作自动化和安全应用的新标准设备是集成自动化概念的基础，可以为增加的需求提供答案。生产车间中设备和技术的种类可以减少。诊断和维护信息可以通过PCS安全设备在工厂中实现最大的节省。

4.优化的诊断。

安全和非安全应用的统一基础设施为现场设备、网络技术和自动化系统实现相同的诊断概念提供了可能性。目前在安全应用中使用的纯4-20 mA信号，诊断信息只能通过故障信号传输。这导致安全功能受影响通道的激活。使用以太网- apl，可以在不损失测量值的情况下对警报进行差异化评估和反应。此外，还可以使用Ethernet-APL实现旨在减少测试工作量的维护消息评估，允许在系统运行时对设备进行定期和全面的检查。

现场设备的自我监控和诊断，建议以网元107为基础。该现场设备生成的诊断数据应独立于现场设备制造商进行统一评估。NE 131也必须遵循，在这种情况下可能需要扩展。

5.更高效的可维护性。

过程工业多年来一直在努力增加自动化的使用。然而，这种增加导致网络和现场设备的功能和操作要求的总体复杂性的增加。与此同时，该行业还面临着维修部门熟练工人日益短缺的问题。对于预测性维护，将数字附加信息传输到实际测量信号是有帮助的。已经提到了对ne107要求的支持。此外，可以延长工厂的生产运行时间，因为在运行期间可以不间断地进行许多测试。高效的可维护性应该包括简单的设备管理。根据应用程序配置文件，可以在发生故障时更换设备，而无需额外的工程。除了简化设备管理之外，统一的基础设施还有助于减少维护和服务所需的工作。

6.统一的基础设施。

工厂操作人员希望有可能在过程控制和安全应用方面，使用几乎相同的现场设备，建立统一的基础设施。两种独立的现场通信技术应该成为过去。出于这个原因，工厂运营商可以期望从一开始就提供通过以太网- apl进行安全通信的适用解决方案。

7.高可用性。

尽管以太网最初并不是为工业环境开发的，但它在测试中已经证明了其健壮性，并已在日常使用中使用多年。以太网- apl从一开始就为工业环境而开发。这意味着至少可以期待同样多的健壮性。

实现以太网体系结构时的灵活性极大地提高了系统的可用性。这意味着在单个设备的故障对整个系统没有影响的情况下，可以选择以前常见的星型拓扑。或者，可以构造环形拓扑结构，通常需要不太复杂的布线，同时在一个组件失效时为工厂操作提供高水平的保护，以免产生负面影响。

8.以太网- apl是未来的证明。

以太网技术引入自动化和以太网- apl将相同的通信扩展到流程工厂内的现场，使用户能够在任何地方利用以太网的所有经济优势。例如，只需维护一种类型的基础设施，就可以减少昂贵的点对点传输的数量。这也是高性能和高带宽的保证。

以太网- apl是一种独立于制造商、开放和可扩展的技术，它基于IEEE和IEC标准，并得到主要用户组织的支持。这确保了以太网- apl的持续进一步发展和未来的考验。由于这个原因，可以预期可用的以太网- apl设备的数量也将不断增加。因此，将这些优点用于安全应用也是合乎逻辑的。

简单的设备更换和监控:在设备交换的情况下，可以完全数字化参数化—例如，不再需要设置模拟测量值的测量范围。它还可以自动检测网络上的现场设备，如果使用的设备不是用于此测量循环，或者如果设备处于模拟模式，则产生警报。

灵活的规划和减少调试工作量:现有现场总线系统具有单独的过程控制(现场总线)和安全应用(4-20 mA)的现场通信技术和基础设施，经验表明，由于双重规划、维护和库存，会产生相当大的额外支出。应该注意的是，这些技术不再满足现代自动化解决方案的要求，同时导致增加的支出。

以太网apl技术为安全和非安全系统创造了统一的技术基础。这大大简化和加速了与规划和调试相关的活动，因为现场组件本身和从非安全基础设施中获得的经验都可以用于安全系统。

以太网- apl应用的挑战

现场设备应提供写保护，以防止意外或故意操纵参数。理想情况下，设备应该具有可选的硬件和软件写保护。非循环诊断查询必须区分纯诊断(不影响安全函数)和测试例程(对安全函数有影响，例如测量值的短暂冻结，信号的轻微变化)。纯诊断功能也应该与激活的写保护一起可用，而测试例程则需要停止激活写保护。

由于植物具有较长的使用寿命，与现场设备相比，现场设备很可能在植物的生命周期内被更换。这可以是与新一代类似设备的交换。这些设备必须使用与以前版本兼容的参数化操作。用户可能希望或需要使用不同的测量方法或制造商。理想情况下，在集散控制系统(DCS)和安全回路中也可以使用类似的器件。这使得从DCS到SIS的转换变得简单。

以太网- apl现场设备在操作和安全应用中的广泛使用，要求所有常用的测量原理都可用于该技术。这些因素包括压力、温度、水位和流量。为了证明在以太网- apl基础设施上的投资是合理的，工厂中至少80-90%的现场设备必须通过以太网- apl连接。

此外，这些组件必须根据IEC 61508进行开发和认证，以用于安全应用。

为了在市场上获得较高的接受度，解决方案必须易于操作。过去的经验表明，降低复杂性会带来成功和对新技术的接受。

当引进新技术时，为员工提供培训机会和额外的信息材料(如安装指南)是必不可少的。适当的调试和诊断工具有助于新技术的处理，从而有助于提高接受度。

以太网- apl对制造商的潜力

以太网- apl提供了统一安全与非安全基础设施的潜力。这在保持安全和过程控制网络完全物理分离的同时成为可能，从而最大限度地提高可用性和安全性。这在整个工厂中都是一致的在整个工厂的生命周期中数据都是完全透明的。通过这种方式，可以创建过程自动化的未来解决方案，以最大的成本效益实现最小的复杂性。

实现这一目标的先决条件是，用户选择以太网- apl作为在工厂中集成现场设备的首选基础设施，并且还提供必要的安全应用程序组合。

当所描述的解决方案概念被采用为过程自动化中的行业标准时，就会出现这种情况。NAMUR的建议将对此提供强有力的支持，该建议必须在之后制定。

-这最初出现在欧洲控制工程的网站。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．

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。