摘要：数字化，是当前全球制造业发展的重要趋势和必然选择。对于石油、化工等流程工业来说，由于传统现场网络的限制，数字化并没有“一网到底”。而随着近年来Ethernet-APL（以太网先进物理层）技术的兴起，流程工业迎来了“数字化深度革命”的机会。

数字化，是当前全球制造业发展的重要趋势和必然选择。对于石油、化工等流程工业来说，由于传统现场网络的限制，数字化并没有“一网到底”。而随着近年来Ethernet-APL（以太网先进物理层）技术的兴起，流程工业迎来了“数字化深度革命”的机会。

特别是在ABB等全球领先自动化厂商的推动下，Ethernet-APL已经在石化行业得到先期应用。在今年的进博会上，ABB正式发布了基于Ethernet-APL的全新架构的过程自动化系统，为Ethernet-APL下一步大规模应用奠定了基础。

在发布会上，CONTROL ENGINEERING China 也采访了相关专家，对Ethernet-APL技术给流程工业所能带来的价值前景和变革进行深入交流。

01 Ethernet-APL，缔造流程工业“数字化基石”

在数字化转型浪潮席卷全球的今天，数据已经成为了驱动工业创新和优化的核心要素。对于一直强调“安稳常满优”的流程工业，从底层现场数据中挖掘价值同样是每个企业的“必选题”。

ABB能源工业中国业务负责人范骁鹏谈到，在工业4.0的时代，数据的最大化利用将直接影响到流程工业的转型效率。但在现实当中，流程工业对数据的有效利用，往往受限于传统网络拓扑结构限制带来的数据“不可视”、“不可用”乃至“不可管”等一系列困境。

传统协议的传输速度慢，导致数据获取延迟，造成了数据的“不可视”。企业的管理人员和操作人员在进行决策时，又无法使用实时、有效的数据作为依据，导致了决策的滞后，这就是“不可用”。更糟的是，传统的数据传输方式导致在对大量的现场的设备仪表数据采集时，无法做到统一的管理，这会导致数据采集困难，数据存储管理无序，数据共享协同受阻，这就是“不可管”。

▲Ethernet-APL全新架构过程自动化系统发布会现场

石油化工专家、高级工程师李秀洁在发布会上也表示，现在国内大部分企业热衷的数字化和智能化转型，仅仅停留在表面上，多处于过程自动化、先进控制、报警管理等这些初级阶段，现场数据的提取和高效传输还有很大的提升空间，控制、检测、计量、安全等多个系统之间数据不能共享，所以从现场设备层就实现数字化对整个企业的数智化转型至关重要。

而Ethernet-APL的应运而生，正好为流程工业实现深度转型提供了“数字化的基石”。作为一种单对以太网技术，Ethernet-APL将以太网的优势扩展至现场层，它一方面受益于以太网作为信息技术基石的良好基础，同时又创新地克服了传统以太网在工业环境中存在的传输距离短、无法适应危险环境等诸多局限性，可以说是一种继承现有技术优势基础上的深度创新。

02 不仅仅是现场网络变革，更是改变了整个DCS架构

在当前流程行业，由于成本、安全性等原因，现场仪表大多采用HART和现场总线协议来传输数据，以太网并没有实现“一网到底”。这样一方面大大限制了现场网络的传输速率，HART的速率是1200 bps，现场总线的速率也只有31.25 kbps，难以满足现在工业现场激增的流程数据和诊断参数等大量数据的传输。另一方面，由于没有“一网到底”，现场仪表都需要通过I/O来转换和传输数据，这也会影响到数据的传输效率。

Ethernet-APL是一种快速传输大量数据的新途径，它基于成熟的以太网通信，但它采用的是两线制以太网，相比传统以太网的8线或4线，不仅更加轻量化，而且还集成了本质安全技术，可用于0区、1区、2区等危险区域。相比现场总线，它的速度达到了10 Mbps，而且传输距离可达1000米。

ABB能源工业自动化首席专家曹鹏认为，Ethernet-APL不仅让现场仪表可以用以太网来传输数据了，而且Ethernet-APL这种数字化的传输方式直接改变了整个过程控制系统的架构。

“传统 4到20mA 两线制仪表，需要控制系统提供IO 模件，才能将测量的过程数据传送置 DCS系统，实现控制逻辑或HMI 监控。而现在通过 Ethernet APL 技术，现场智能仪表，采用全数字高速率传输信号，更精准将过程测量数据传送到DCS系统。”曹鹏指出，Ethernet APL + PROFINET PA 通信协议，在传统两线制线缆下实现至少 4倍于传统模拟技术仪表IO数据服务，使我们的DCS 控制获得更全面的现场仪表测量支撑，即在同等芯数IO线缆前提下，APL技术能够替代大量传统IO，节省为此带来的IO模件和机柜乃至占用的安装空间带来的项目资产投入成本，更重要的是控制器通过工业以太网直接访问仪表数据，使系统更加网络化，更简洁。

ABB 整合 Ethernet-APL, PROFINET, FDI, OPC UA 这四项业内核心技术，推出了符合NAMUR开放架构（NAMUR Open Architecture）模型的全新过程自动化系统。这一系统不仅支持从现场智能设备直到工厂级管理软件或企业级云端管理、优化应用的安全互连，还可以对全新的和用户现有的ABB仪表进行向下兼容，实现“新旧共存”，从而有效保护了用户的存量设备投资。

▲ABB基于Ethernet-APL的全新架构过程自动化系统DEMO

03 释放数字化价值，赋能流程工业数智未来

Ethernet-APL使得以太网在流程工业实现了“一网到底“，打通了数字化最后也是最难的现场层的数据采集和传输，让PROFINET和Modbus TCP等通信协议来收集数据和控制现场设备成为了现实，而这也彻底释放了数字化带来的创新价值，为流程工业的数智化指明了方向。

在曹鹏看来，Ethernet-APL 更加释放仪表的智能性，同时在PROFINET和PA Profile4.02 支持下，智能仪表在互操作性、易用性、安装调试和管理维护等各方面都带来了极大的便利和成本节约。

首先，在APL 物理层标准支持下，仪表更换了CPU 芯片、扩展了内存、重新设计了软件，在迭代原先标准AI、AO等功能块基础之上，增强了大量仪表自身传感器参数设置、健康状态诊断、事件记录与追朔、和网络化的远程维护功能。

其次，简化工程和节约投资成本。由于APL Field Switch 支持危险区 2区直接安装，传统的IO机柜被更灵活的标准现场控制箱替代，工程硬件集成与FAT 时代已经成为历史，现场控制箱不是工程产物，而是标准产品，可以实现按需快速交付。由于遵从PA Profile V4.02 ，可以非常容易实现设备互操作和现场替换、在线增加，从而从容面对现场变更挑战。

第三，改写了设备管理和维护的传统方法。以前设备维护总是要去现场巡检，而现在借助Ethernet-APL提供的高速网络支持，同时基于FDI 技术的设备管理软件，例如ABB FIM， 可以监测整个工厂范畴，现场仪表集群的健康状况和性能数据，操作人员坐在中控室内就可以巡检全厂上千台仪表状态，并对数据进行详细分析。

曹鹏表示，嵌入Ethernet -APL 技术，ABB全新架构的过程自动化系统，已经进化成了以网络化为中心的全新系统，Ethernet-APL必将推动运维和工程模式的深度数字化转型，从而在实现高效工程、按时交付同时，带来更加精细化的生产运维和更优化的运营成本。

04 ABB Ability™ System 800xA，实现Ethernet-APL技术优势

对于Ethernet-APL技术，全球领先的自动化厂商和组织都在积极投入研发、推广和应用。在今年NAMUR中国年会上，APL是最热门的话题之一，而且据介绍，目前在NAMUR成员企业中已经有20多个已经投入运行或正在实施的APL项目。

ABB是Ethernet-APL技术的早期采用者和推动者，这次在进博会上正式发布的ABB APL 技术白皮书和 ABB Ability™ System 800xA过程控制系统，为我们的化工领域客户展示了一个先进、开放、灵活、易于实现的APL 技术生态圈平台解决方案。

▲ABB基于Ethernet-APL的过程自动化系统的架构

基于Ethernet-APL的ABB Ability System 800xA过程控制系统已经在三年前就开始应用实践了，比如巴斯夫广东一体化项目。作为首个大规模商业化展示项目，Ethernet-APL被化学品生产商巴斯夫部署在其位于中国广东东海岛的全新一体化生产基地的PROFINET/FDI环境中。作为主流自动化技术厂商，ABB在9平方公里的厂区上利用Ethernet-APL技术，通过Ability System 800xA过程控制系统连接9个集群和21套设备并统一运营，从而形成一个价值100亿美元的超级设施。该联产装置年产100万吨乙烯，服务于汽车、消费品、电子和新能源汽车等众多行业。

未来已来，今天，Ethernet-APL为流程工业奠定的数字化转型基石及其提供的工业数据基础，将成为未来行业竞争当中日益重要的生产力要素，不仅为关键性的决策分析提供依据，更为数字化和智能化的实现提供坚实基础。随着技术标准化、技术创新、市场拓展和生态系统建设的不断推进，Ethernet-APL必将引领流程工业走向更加智能、高效和可持续的未来。

来源：控制工程中文版