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

　　在發(fā)布會(huì)上，CONTROL ENGINEERING China 也采訪了相關(guān)專家，對(duì)Ethernet-APL技術(shù)給流程工業(yè)所能帶來(lái)的價(jià)值前景和變革進(jìn)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(dòng)工業(yè)創(chuàng)新和優(yōu)化的核心要素。對(duì)于一直強(qiáng)調(diào)“安穩(wěn)常滿優(yōu)”的流程工業(yè)，從底層現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)中挖掘價(jià)值同樣是每個(gè)企業(yè)的“必選題”。
 

　　ABB能源工業(yè)中國(guó)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人范驍鵬談到，在工業(yè)4.0的時(shí)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(shí)當(dāng)中，流程工業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)的有效利用，往往受限于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)限制帶來(lái)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(dǎo)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(jìn)行決策時(shí)，又無(wú)法使用實(shí)時(shí)、有效的數(shù)據(jù)作為依據(jù)，導(dǎo)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(dǎo)致在對(duì)大量的現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備儀表數(shù)據(jù)采集時(shí)，無(wú)法做到統(tǒng)一的管理，這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集困難，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理無(wú)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(jí)工程師李秀潔在發(fā)布會(huì)上也表示，現(xiàn)在國(guó)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(guò)程自動(dòng)化、先進(jìn)控制、報(bào)警管理等這些初級(jí)階段，現(xiàn)場(chǎng)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(cè)、計(jì)量、安全等多個(gè)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)不能共享，所以從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層就實(shí)現(xiàn)數(shù)字化對(duì)整個(gè)企業(yè)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。
 

　　而Ethernet-APL的應(yīng)運(yùn)而生，正好為流程工業(yè)實(shí)現(xiàn)深度轉(zhuǎn)型提供了“數(shù)字化的基石”。作為一種單對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)，Ethernet-APL將以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展至現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(wú)法適應(yīng)危險(xiǎn)環(huán)境等諸多局限性，可以說(shuō)是一種繼承現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上的深度創(chuàng)新。
 

　　02  不僅僅是現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)變革，更是改變了整個(gè)DCS架構(gòu)
 

　　在當(dāng)前流程行業(yè)，由于成本、安全性等原因，現(xiàn)場(chǎng)儀表大多采用HART和現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，以太網(wǎng)并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)“一網(wǎng)到底”。這樣一方面大大限制了現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率，HART的速率是1200 bps，現(xiàn)場(chǎng)總線的速率也只有31.25 kbps，難以滿足現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(méi)有“一網(wǎng)到底”，現(xiàn)場(chǎng)儀表都需要通過(guò)I/O來(lái)轉(zhuǎn)換和傳輸數(shù)據(jù)，這也會(huì)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(xiǎn)區(qū)域。相比現(xiàn)場(chǎng)總線，它的速度達(dá)到了10 Mbps，而且傳輸距離可達(dá)1000米。
 

　　ABB能源工業(yè)自動(dòng)化首席專家曹鵬認(rèn)為，Ethernet-APL不僅讓現(xiàn)場(chǎng)儀表可以用以太網(wǎng)來(lái)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(gè)過(guò)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(cè)量的過(guò)程數(shù)據(jù)傳送置 DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制邏輯或HMI 監(jiān)控。而現(xiàn)在通過(guò) Ethernet APL 技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，采用全數(shù)字高速率傳輸信號(hào)，更精準(zhǔn)將過(guò)程測(cè)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(shí)現(xiàn)至少 4倍于傳統(tǒng)模擬技術(shù)儀表IO數(shù)據(jù)服務(wù)，使我們的DCS 控制獲得更全面的現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)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(lái)的IO模件和機(jī)柜乃至占用的安裝空間帶來(lái)的項(xiàng)目資產(chǎn)投入成本，更重要的是控制器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)直接訪問(wèn)儀表數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)更加網(wǎng)絡(luò)化，更簡(jiǎn)潔。
 

　　ABB 整合 Ethernet-APL, PROFINET, FDI, OPC UA 這四項(xiàng)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(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)。這一系統(tǒng)不僅支持從現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備直到工廠級(jí)管理軟件或企業(yè)級(jí)云端管理、優(yōu)化應(yīng)用的安全互連，還可以對(duì)全新的和用戶現(xiàn)有的ABB儀表進(jìn)行向下兼容，實(shí)現(xiàn)“新舊共存”，從而有效保護(hù)了用戶的存量設(shè)備投資。
 

▲ABB基于Ethernet-APL的全新架構(gòu)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)DEMO
 

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

　　Ethernet-APL使得以太網(wǎng)在流程工業(yè)實(shí)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(chǎng)層的數(shù)據(jù)采集和傳輸，讓PROFINET和Modbus TCP等通信協(xié)議來(lái)收集數(shù)據(jù)和控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備成為了現(xiàn)實(shí)，而這也徹底釋放了數(shù)字化帶來(lái)的創(chuàng)新價(jià)值，為流程工業(yè)的數(shù)智化指明了方向。
 

　　在曹鵬看來(lái)，Ethernet-APL 更加釋放儀表的智能性，同時(shí)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(hù)等各方面都帶來(lái)了極大的便利和成本節(jié)約。
 

　　首先，在APL 物理層標(biāo)準(zhǔn)支持下，儀表更換了CPU 芯片、擴(kuò)展了內(nèi)存、重新設(shè)計(jì)了軟件，在迭代原先標(biāo)準(zhǔn)AI、AO等功能塊基礎(chǔ)之上，增強(qiáng)了大量?jī)x表自身傳感器參數(shù)設(shè)置、健康狀態(tài)診斷、事件記錄與追朔、和網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程維護(hù)功能。
 

　　其次，簡(jiǎn)化工程和節(jié)約投資成本。由于APL Field Switch 支持危險(xiǎn)區(qū) 2區(qū)直接安裝，傳統(tǒng)的IO機(jī)柜被更靈活的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)控制箱替代，工程硬件集成與FAT 時(shí)代已經(jīng)成為歷史，現(xiàn)場(chǎng)控制箱不是工程產(chǎn)物，而是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)按需快速交付。由于遵從PA Profile V4.02 ，可以非常容易實(shí)現(xiàn)設(shè)備互操作和現(xiàn)場(chǎng)替換、在線增加，從而從容面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變更挑戰(zhàn)。
 

　　第三，改寫了設(shè)備管理和維護(hù)的傳統(tǒng)方法。以前設(shè)備維護(hù)總是要去現(xiàn)場(chǎng)巡檢，而現(xiàn)在借助Ethernet-APL提供的高速網(wǎng)絡(luò)支持，同時(shí)基于FDI 技術(shù)的設(shè)備管理軟件，例如ABB FIM， 可以監(jiān)測(cè)整個(gè)工廠范疇，現(xiàn)場(chǎng)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(tái)儀表狀態(tài)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。
 

　　曹鵬表示，嵌入Ethernet -APL 技術(shù)，ABB全新架構(gòu)的過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)，已經(jīng)進(jìn)化成了以網(wǎng)絡(luò)化為中心的全新系統(tǒng)，Ethernet-APL必將推動(dòng)運(yùn)維和工程模式的深度數(shù)字化轉(zhuǎn)型，從而在實(shí)現(xiàn)高效工程、按時(shí)交付同時(shí)，帶來(lái)更加精細(xì)化的生產(chǎn)運(yùn)維和更優(yōu)化的運(yùn)營(yíng)成本。
 

　　04  ABB Ability™ System 800xA，實(shí)現(xiàn)Ethernet-APL技術(shù)優(yōu)勢(shì)
 

　　對(duì)于Ethernet-APL技術(shù)，全球領(lǐng)先的自動(dòng)化廠商和組織都在積極投入研發(fā)、推廣和應(yīng)用。在今年NAMUR中國(guó)年會(huì)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(gè)已經(jīng)投入運(yùn)行或正在實(shí)施的APL項(xiàng)目。
 

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

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

　　基于Ethernet-APL的ABB Ability System 800xA過(guò)程控制系統(tǒng)已經(jīng)在三年前就開始應(yīng)用實(shí)踐了，比如巴斯夫廣東一體化項(xiàng)目。作為首個(gè)大規(guī)模商業(yè)化展示項(xiàng)目，Ethernet-APL被化學(xué)品生產(chǎn)商巴斯夫部署在其位于中國(guó)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(dòng)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(guò)Ability System 800xA過(guò)程控制系統(tǒng)連接9個(gè)集群和21套設(shè)備并統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)，從而形成一個(gè)價(jià)值100億美元的超級(jí)設(shè)施。該聯(lián)產(chǎn)裝置年產(chǎn)100萬(wàn)噸乙烯，服務(wù)于汽車、消費(fèi)品、電子和新能源汽車等眾多行業(yè)。
 

　　未來(lái)已來(lái)，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(lái)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)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(shí)現(xiàn)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)創(chuàng)新、市場(chǎng)拓展和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，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(lái)。