特別是在ABB等全球領(lǐng)先自動化廠商的推動下，Ethernet-APL已經(jīng)在石化行業(yè)得到先期應用。在今年的進博會上，ABB正式發(fā)布了基于Ethernet-APL的全新架構(gòu)的過程自動化系統(tǒng)，為Ethernet-APL下一步大規(guī)模應用奠定了基礎(chǔ)。
 

　　在發(fā)布會上，CONTROL ENGINEERING China 也采訪了相關(guān)專家，對Ethernet-APL技術(shù)給流程工業(yè)所能帶來的價值前景和變革進行深入交流。
 

　　01  Ethernet-APL，締造流程工業(yè)“數(shù)字化基石”
 

　　在數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮席卷全球的今天，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為了驅(qū)動工業(yè)創(chuàng)新和優(yōu)化的核心要素。對于一直強調(diào)“安穩(wěn)常滿優(yōu)”的流程工業(yè)，從底層現(xiàn)場數(shù)據(jù)中挖掘價值同樣是每個企業(yè)的“必選題”。
 

　　ABB能源工業(yè)中國業(yè)務負責人范驍鵬談到，在工業(yè)4.0的時代，數(shù)據(jù)的最大化利用將直接影響到流程工業(yè)的轉(zhuǎn)型效率。但在現(xiàn)實當中，流程工業(yè)對數(shù)據(jù)的有效利用，往往受限于傳統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)限制帶來的數(shù)據(jù)“不可視”、“不可用”乃至“不可管”等一系列困境。
 

　　傳統(tǒng)協(xié)議的傳輸速度慢，導致數(shù)據(jù)獲取延遲，造成了數(shù)據(jù)的“不可視”。企業(yè)的管理人員和操作人員在進行決策時，又無法使用實時、有效的數(shù)據(jù)作為依據(jù)，導致了決策的滯后，這就是“不可用”。更糟的是，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式導致在對大量的現(xiàn)場的設備儀表數(shù)據(jù)采集時，無法做到統(tǒng)一的管理，這會導致數(shù)據(jù)采集困難，數(shù)據(jù)存儲管理無序，數(shù)據(jù)共享協(xié)同受阻，這就是“不可管”。
 

　　石油化工專家、高級工程師李秀潔在發(fā)布會上也表示，現(xiàn)在國內(nèi)大部分企業(yè)熱衷的數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型，僅僅停留在表面上，多處于過程自動化、先進控制、報警管理等這些初級階段，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的提取和高效傳輸還有很大的提升空間，控制、檢測、計量、安全等多個系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)不能共享，所以從現(xiàn)場設備層就實現(xiàn)數(shù)字化對整個企業(yè)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。
 

　　而Ethernet-APL的應運而生，正好為流程工業(yè)實現(xiàn)深度轉(zhuǎn)型提供了“數(shù)字化的基石”。作為一種單對以太網(wǎng)技術(shù)，Ethernet-APL將以太網(wǎng)的優(yōu)勢擴展至現(xiàn)場層，它一方面受益于以太網(wǎng)作為信息技術(shù)基石的良好基礎(chǔ)，同時又創(chuàng)新地克服了傳統(tǒng)以太網(wǎng)在工業(yè)環(huán)境中存在的傳輸距離短、無法適應危險環(huán)境等諸多局限性，可以說是一種繼承現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢基礎(chǔ)上的深度創(chuàng)新。
 

　　02  不僅僅是現(xiàn)場網(wǎng)絡變革，更是改變了整個DCS架構(gòu)
 

　　在當前流程行業(yè)，由于成本、安全性等原因，現(xiàn)場儀表大多采用HART和現(xiàn)場總線協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)，以太網(wǎng)并沒有實現(xiàn)“一網(wǎng)到底”。這樣一方面大大限制了現(xiàn)場網(wǎng)絡的傳輸速率，HART的速率是1200 bps，現(xiàn)場總線的速率也只有31.25 kbps，難以滿足現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場激增的流程數(shù)據(jù)和診斷參數(shù)等大量數(shù)據(jù)的傳輸。另一方面，由于沒有“一網(wǎng)到底”，現(xiàn)場儀表都需要通過I/O來轉(zhuǎn)換和傳輸數(shù)據(jù)，這也會影響到數(shù)據(jù)的傳輸效率。
 

　　Ethernet-APL是一種快速傳輸大量數(shù)據(jù)的新途徑，它基于成熟的以太網(wǎng)通信，但它采用的是兩線制以太網(wǎng)，相比傳統(tǒng)以太網(wǎng)的8線或4線，不僅更加輕量化，而且還集成了本質(zhì)安全技術(shù)，可用于0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)等危險區(qū)域。相比現(xiàn)場總線，它的速度達到了10 Mbps，而且傳輸距離可達1000米。
 

　　ABB能源工業(yè)自動化首席專家曹鵬認為，Ethernet-APL不僅讓現(xiàn)場儀表可以用以太網(wǎng)來傳輸數(shù)據(jù)了，而且Ethernet-APL這種數(shù)字化的傳輸方式直接改變了整個過程控制系統(tǒng)的架構(gòu)。
 

　　“傳統(tǒng) 4到20mA 兩線制儀表，需要控制系統(tǒng)提供IO 模件，才能將測量的過程數(shù)據(jù)傳送置 DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)控制邏輯或HMI 監(jiān)控。而現(xiàn)在通過 Ethernet APL 技術(shù)，現(xiàn)場智能儀表，采用全數(shù)字高速率傳輸信號，更精準將過程測量數(shù)據(jù)傳送到DCS系統(tǒng)。”曹鵬指出，Ethernet APL + PROFINET PA 通信協(xié)議，在傳統(tǒng)兩線制線纜下實現(xiàn)至少 4倍于傳統(tǒng)模擬技術(shù)儀表IO數(shù)據(jù)服務，使我們的DCS 控制獲得更全面的現(xiàn)場儀表測量支撐，即在同等芯數(shù)IO線纜前提下，APL技術(shù)能夠替代大量傳統(tǒng)IO，節(jié)省為此帶來的IO模件和機柜乃至占用的安裝空間帶來的項目資產(chǎn)投入成本，更重要的是控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)直接訪問儀表數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)更加網(wǎng)絡化，更簡潔。
 

　　ABB 整合 Ethernet-APL, PROFINET, FDI, OPC UA 這四項業(yè)內(nèi)核心技術(shù)，推出了符合NAMUR開放架構(gòu)(NAMUR Open Architecture)模型的全新過程自動化系統(tǒng)。這一系統(tǒng)不僅支持從現(xiàn)場智能設備直到工廠級管理軟件或企業(yè)級云端管理、優(yōu)化應用的安全互連，還可以對全新的和用戶現(xiàn)有的ABB儀表進行向下兼容，實現(xiàn)“新舊共存”，從而有效保護了用戶的存量設備投資。
 

▲ABB基于Ethernet-APL的全新架構(gòu)過程自動化系統(tǒng)DEMO
 

　　03  釋放數(shù)字化價值，賦能流程工業(yè)數(shù)智未來
 

　　Ethernet-APL使得以太網(wǎng)在流程工業(yè)實現(xiàn)了“一網(wǎng)到底“，打通了數(shù)字化最后也是最難的現(xiàn)場層的數(shù)據(jù)采集和傳輸，讓PROFINET和Modbus TCP等通信協(xié)議來收集數(shù)據(jù)和控制現(xiàn)場設備成為了現(xiàn)實，而這也徹底釋放了數(shù)字化帶來的創(chuàng)新價值，為流程工業(yè)的數(shù)智化指明了方向。
 

　　在曹鵬看來，Ethernet-APL 更加釋放儀表的智能性，同時在PROFINET和PA Profile4.02 支持下，智能儀表在互操作性、易用性、安裝調(diào)試和管理維護等各方面都帶來了極大的便利和成本節(jié)約。
 

　　首先，在APL 物理層標準支持下，儀表更換了CPU 芯片、擴展了內(nèi)存、重新設計了軟件，在迭代原先標準AI、AO等功能塊基礎(chǔ)之上，增強了大量儀表自身傳感器參數(shù)設置、健康狀態(tài)診斷、事件記錄與追朔、和網(wǎng)絡化的遠程維護功能。
 

　　其次，簡化工程和節(jié)約投資成本。由于APL Field Switch 支持危險區(qū) 2區(qū)直接安裝，傳統(tǒng)的IO機柜被更靈活的標準現(xiàn)場控制箱替代，工程硬件集成與FAT 時代已經(jīng)成為歷史，現(xiàn)場控制箱不是工程產(chǎn)物，而是標準產(chǎn)品，可以實現(xiàn)按需快速交付。由于遵從PA Profile V4.02 ，可以非常容易實現(xiàn)設備互操作和現(xiàn)場替換、在線增加，從而從容面對現(xiàn)場變更挑戰(zhàn)。
 

　　第三，改寫了設備管理和維護的傳統(tǒng)方法。以前設備維護總是要去現(xiàn)場巡檢，而現(xiàn)在借助Ethernet-APL提供的高速網(wǎng)絡支持，同時基于FDI 技術(shù)的設備管理軟件，例如ABB FIM， 可以監(jiān)測整個工廠范疇，現(xiàn)場儀表集群的健康狀況和性能數(shù)據(jù)，操作人員坐在中控室內(nèi)就可以巡檢全廠上千臺儀表狀態(tài)，并對數(shù)據(jù)進行詳細分析。
 

　　曹鵬表示，嵌入Ethernet -APL 技術(shù)，ABB全新架構(gòu)的過程自動化系統(tǒng)，已經(jīng)進化成了以網(wǎng)絡化為中心的全新系統(tǒng)，Ethernet-APL必將推動運維和工程模式的深度數(shù)字化轉(zhuǎn)型，從而在實現(xiàn)高效工程、按時交付同時，帶來更加精細化的生產(chǎn)運維和更優(yōu)化的運營成本。
 

　　04  ABB Ability™ System 800xA，實現(xiàn)Ethernet-APL技術(shù)優(yōu)勢
 

　　對于Ethernet-APL技術(shù)，全球領(lǐng)先的自動化廠商和組織都在積極投入研發(fā)、推廣和應用。在今年NAMUR中國年會上，APL是最熱門的話題之一，而且據(jù)介紹，目前在NAMUR成員企業(yè)中已經(jīng)有20多個已經(jīng)投入運行或正在實施的APL項目。
 

　　ABB是Ethernet-APL技術(shù)的早期采用者和推動者，這次在進博會上正式發(fā)布的ABB APL 技術(shù)白皮書和 ABB Ability™ System 800xA過程控制系統(tǒng)，為我們的化工領(lǐng)域客戶展示了一個先進、開放、靈活、易于實現(xiàn)的APL 技術(shù)生態(tài)圈平臺解決方案。
 

▲ABB基于Ethernet-APL的過程自動化系統(tǒng)的架構(gòu)
 

　　基于Ethernet-APL的ABB Ability System 800xA過程控制系統(tǒng)已經(jīng)在三年前就開始應用實踐了，比如巴斯夫廣東一體化項目。作為首個大規(guī)模商業(yè)化展示項目，Ethernet-APL被化學品生產(chǎn)商巴斯夫部署在其位于中國廣東東海島的全新一體化生產(chǎn)基地的PROFINET/FDI環(huán)境中。作為主流自動化技術(shù)廠商，ABB在9平方公里的廠區(qū)上利用Ethernet-APL技術(shù)，通過Ability System 800xA過程控制系統(tǒng)連接9個集群和21套設備并統(tǒng)一運營，從而形成一個價值100億美元的超級設施。該聯(lián)產(chǎn)裝置年產(chǎn)100萬噸乙烯，服務于汽車、消費品、電子和新能源汽車等眾多行業(yè)。
 

　　未來已來，今天，Ethernet-APL為流程工業(yè)奠定的數(shù)字化轉(zhuǎn)型基石及其提供的工業(yè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，將成為未來行業(yè)競爭當中日益重要的生產(chǎn)力要素，不僅為關(guān)鍵性的決策分析提供依據(jù)，更為數(shù)字化和智能化的實現(xiàn)提供堅實基礎(chǔ)。隨著技術(shù)標準化、技術(shù)創(chuàng)新、市場拓展和生態(tài)系統(tǒng)建設的不斷推進，Ethernet-APL必將引領(lǐng)流程工業(yè)走向更加智能、高效和可持續(xù)的未來。