ABB联同其他领先的自动化企业和国际标准组织，开发出用于流程工业危险区域的现场级以太网连接——以太网先进物理层。通过将其应用拓展到基于OPC UA的融合网络，帮助行业跨越IT/OT之间的界限，实现从现场到云端的无缝融合。

    随着通信和网络技术的快速发展，流程自动化技术正在经历持续的技术迭代和应用变革。数据与传输成为工业物联网前进的重要推动力。

数据传输技术的发展历史

    早期，测量过程值的主要方式是将现场仪表连接到分布式控制系统 (DCS)，这依赖于简单布线将模拟测量转换为4-20 mA模拟信号。之后，HART技术在模拟信号的基础上引入数字通信，从而保持了传统布线的简易性优势。尽管已经数字化，但带宽和通信速度却仍然极低。

    九十年代引入的全数字串行现场总线技术，在21世纪开始的几年成为了技术上的首选。由于带宽提高，这项技术需要网关，而且在工程、操作和维护方面过于复杂，无法真正满足流程工业供应商的要求。

    要实现完全数字化的未来，流程工业需要一种具有以太网级带宽和通信速度的技术，易于设计、操作和维护，同时还可扩展到现场设备，并可在危险区域运行。

将以太网扩展到流程工业

    以太网以其高带宽和高速度成为众多行业广泛认可的有线数字技术标准，具备一整套安装部署、故障排除和诊断的标准化工具。尽管如此，以太网在流程工业中的应用却相对有限。有两个很突出的原因：传统通信技术因其简单性和成本效益占据主导；许多流程工业环境中存在危险工况。

    2015 年，ABB等12家领先的自动化企业和4家国际标准开发组织的支持下，启动了先进物理层（APL）项目，他们在2018年确定，任何可持续的解决方案都应完全兼容，应达到 IEEE 802.3cg以太网标准，并满足特定标准，包括双线电缆、长电缆线路、同一电缆满足供电和通信、支持所有防爆技术，包括本质安全、简易安装等。

    以太网先进物理层（Ethernet-APL）是将以太网扩展到现场的近十年历程的成果。Ethernet-APL的网络结构简单，无需协议转换，具有高度的兼容性和易用性。其速度达10 Mbps，既具备4-20mA信号连接的简单性，又具有适合仪器通信和多协议支持的以太网级带宽。通过在危险区域实现与广泛分布的双线回路供电现场仪表的连接，Ethernet APL可在不削弱安全性的情况下提高通信性能。

    这一具有里程碑意义的技术因其高速、安全、兼容和互操作性等特点，开创性地迎合了工业4.0时代的新需求，学术界与产业界众多专家看好其广阔的应用前景。

    彭瑜 上海工业自动化仪表研究院技术顾问、PLCopen中国组织名誉主席 

    在以太网有线物理层和无线物理层中，先进物理层APL无疑是未来流程工业最适合的底层通信技术。它成功地解决了用一对双绞线长距离地传输以太网信号，同时向现场仪表和执行器供电，还能保证在各类危险区工作的本质安全。其足够的带宽以及全双工/双向的通信，确保了自动化仪表和装置实时接受控制命令的同时，还能将工艺参数、维护数据和工程数据传送到控制系统、上层维护和优化系统。一言以蔽之，APL使不同来源、不同类型数据的收集、评估和关联成为可能，这正是流程工业数字化转型的底层数据的有力保证。

    有了可靠的现场实时数据，流程运行优化的数字孪生、预测维护的数字孪生才可能得以实施；有了可靠的通信技术，才使得采用集中的系统远程监控分布于不同地理位置的工艺设施方便可行；一旦收集了足够大的时间序列数据池，设备故障和其他事件之间的相关性就可以由人类专家或人工智能分析识别出来，据此可以实现预测性维护和其他效率。此外，在资产的整个生命周期中将过程、工程和维护的数据聚合，能够发现有助于进一步优化生产的深度见解。

    戴文斌 上海交通大学电子信息与电气工程学院教授

    Ethernet-APL为现有流程控制系统提供了一种经济且有效的升级路径，在大幅度提升仪表传输速率的基础上，也提供了安全运行的保护措施，将工业互联网通过以太网的方式延伸到了流程控制现场，为实现从现场仪表到云端的一网到底提供了标准化的通讯协议，具有巨大的市场潜力与推广价值，必将在不远的未来成为市场主流。

    Ethernet-APL能够兼容多种领先的工业通讯协议，包括PROFINET、Modbus TCP以及越来越受到关注的OPC UA。ABB将OPC UA 技术与Ethernet-APL相结合，从而使这种普遍适用的现代通信协议可用于现场设备。其所带来的语义和信息模型使得不再需要描述文字，有助于弥合运行技术 (OT)和信息技术 (IT) 之间的鸿沟。

    刘丹 北京机械工业仪器仪表综合经济技术研究所副总工程师 

    Ethernet-APL遵循IEEE802.3cg标准，采用单对线缆承载以太网标准，可在1000米的长度上提供10Mbps的带宽，符合IEC TS 60079-47标准，满足工业现场的本质安全要求，并具备完备的一致性测试规范。PROFINET、HART-IP、EtherNet/IP、OPC UA等工业以太网协议可直接使用APL，这对于实现全工厂范围内的“一网到底”，特别是对于流程工业具有划时代意义。

    宋华振 ABB贝加莱工业自动化（中国）有限公司技术传播经理、SAC/TC124/SC4现场总线分委会委员

    通信关乎连接、协作以及工程效率。Ethernet-APL作为先进物理层标准，并被选为OPC UA FX现场级通信规约，使得现场仪表、传感器、分析仪器等能够借助广泛应用的以太网技术，实现从现场到云端的连接。对于用户而言，能够实现更为全局、高效的分析与优化，提升工厂运营效率。对于仪表设备厂商，它降低了开发成本，而对于工程集成商而言，Ethernet-APL会降低工程实施成本和灵活的升级与扩展机会。

    张誉 OPC基金会中国首席代表

    Ethernet-APL是OPC UA FX现场级标准的主要构成。它为流程工业提供低成本而又更为健壮的物理连接。结合OPC UA规范，工厂数据得以通过已有的各种以太网软硬件资源，实现数据从现场到云端的高效传输。

    作为流程工业工厂现场的第五代先进数据通讯技术，以太网先进物理层技术开启了一个新的时代，实现了从现场到整个企业和云端快速、安全、可靠的通信，将数字化连接提升到一个新的高度，将有力推动工业迈向数字化智能化的未来。

    参考文献：

    《ABB将带OPC UA的Ethernet-APL引入现场》

    作者：Stefan Bollmeyer, Francisco Mendoza，ABB过程自动化事业部、测量与分析业务单元

    ISBN978-7-111-72664-7《边缘计算使能工业互联网》

    作者：戴文斌、宋华振、彭瑜 2023.1 机械工业出版社，中图CIP（2023）第029228号