Ethernet

Jun 12, 2023

1 августа 2022 г. | Герд Нидермайер (BASF) и Бенедикт Шпильманн (Endress + Hauser)

Сегодня перерабатывающие предприятия имеют огромные объемы данных, доступных на полевом уровне с помощью интеллектуальных устройств. Однако эти данные вряд ли доступны на других уровнях организации из-за разных технологий связи между устройствами на полевом уровне и архитектурой Ethernet на уровне предприятия. Отсутствие доступа к данным препятствует реализации проектов цифровизации и не позволяет перерабатывающим предприятиям получить максимальные преимущества от подходов, основанных на данных, таких как использование цифровых двойников или моделей прогнозируемого обслуживания.

Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) решает эти проблемы, обеспечивая связь между полевыми данными и корпоративными системами на скорости и полосе пропускания, необходимых для приложений более высокого уровня. В этой статье объясняется, как используется Ethernet APL, а также подробно описываются его функции и преимущества.

Ethernet-APL передает питание и данные по двухпроводному кабелю и может достигать скорости передачи данных 10 Мбит/с при большой длине кабеля. Ethernet-APL соответствует требованиям искробезопасности, а решения по функциональной безопасности находятся в стадии разработки. В зависимости от топологии сети в сегменте Ethernet-APL может существовать до 50 или даже более 200 устройств APL.

Технология была представлена ​​на конференции Achema Pulse (Франкфурт, Германия; www.achema.de) в 2021 году [1] и прошла испытания в лаборатории BASF (Людвигсхафен, Германия; www.basf.de). В ходе этой оценки было доказано множество преимуществ. Ожидается, что эта технология будет быстро расширяться, поскольку многие полевые устройства с интерфейсами APL уже доступны или скоро появятся.

Промышленные приборы прошли путь от оригинальной пневматической технологии к аналоговым устройствам и далее к цифровым технологиям, таким как HART, Profibus PA или Foundation Fieldbus. Каждая новая технология имеет преимущества по сравнению с предыдущим поколением, но каждая по-прежнему имеет свои ограничения.

Протокол HART чрезвычайно медленный. Устранение неисправностей и параметрирование необходимо выполнять локально на устройстве. Проводка стоит дорого, а система требует сложных преобразований протоколов для удаленного доступа. Технические специалисты HART должны масштабировать измерения вручную во время первоначальной настройки устройства, а также при его замене. Эта технология в основном используется для параметризации и устранения неполадок и очень редко для управления процессом.

Технологии Fieldbus также имеют низкую скорость передачи данных, хотя она выше, чем протокол HART. Однако системы полевых шин сложны с точки зрения преобразования протоколов для удаленного доступа, проектирования сегментов и устранения неполадок. В отрасли существует определенное сопротивление широкому внедрению технологии полевой шины из-за сложности ее использования.

Существующая промышленная архитектура имеет уровень электроники или полевой шины для полевых устройств, сеть Ethernet предприятия для уровней контроля и управления и корпоративную сеть Ethernet для управления и планирования. Однако для обеспечения беспрепятственного доступа к данным на всех уровнях требуется единая сетевая технология. Обеспечение доступности огромных объемов данных в режиме реального времени для оптимизации и аналитических моделей при одновременном удовлетворении требований суровых условий на перерабатывающих предприятиях стало одним из основных факторов, приведших к разработке Ethernet-APL. (Рисунок 1).

РИСУНОК 1. «Пробел» Ethernet существует на уровне полевых устройств

РИСУНОК 1. «Пробел» Ethernet существует на уровне полевых устройств

РИСУНОК 1. «Пробел» Ethernet существует на уровне полевых устройств

Стандартный Ethernet, похоже, предлагает многие функции, необходимые для следующего поколения промышленных полевых приборов. Однако есть некоторые недостатки, которые делают невозможным непосредственное внедрение в промышленных условиях. Например, 100BASE-TX Ethernet имеет скорость передачи данных 100 Мбит/с в полнодуплексном режиме, но длина кабеля ограничена 100 м.

В стандартном Ethernet используются кабели CAT5/6 с четырьмя внутренними проводами. Это несовместимо с промышленными установками, которые требуют двухпроводного решения для полевых приборов. Крайне важно, чтобы промышленное решение Ethernet интегрировалось с существующей двухпроводной инфраструктурой, чтобы избежать необходимости перемонтажа целых предприятий, что было бы неоправданно с финансовой точки зрения.