PROFINET over Ethernet-APL 控制系统（完）——PROFINET over APL的应用

剑指工控 星期二, 08/19/2025 - 20:20 发表

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PROFINET over Ethernet-APL 控制系统

以太网是一种局域网规范，工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，过程现场网络（PROcess FIeld NET，PROFINET）是一种在工业以太网上运行的实时技术规范。

本系列文章将先概述PROFINET，再介绍PROFINET与工业以太网/以太网、 PROFINET 与PROFIBUS、PROFINET与Ethernet-APL、PROFINET与PROFIsafe的关系，最后就 PROFINET over APL的测试和应用做详细的论述。 

往期回顾

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9.2 艾默生与生物制药商合作项目

据艾默生公司介绍，他们在DeltaV PK控制器中增加连接PROFINET和Ethernet-APL的功能，通过倍加福的APL现场交换机、电源交换机接入APL仪表的信号后，一方面汇总到DeltaV PK控制器，另一方面还可通过羧福汀公司的PROFINET网关接入AMS智能设备管理系统（见图37），一些组态功能，如为PROFIBUS-PA现场总线仪表配置参数等工作，就可以在AMS设备管理器上完成。

 图37  在DeltaV PK控制器中增加连接PROFINET和Ethernet-APL功能

在2023年11月3日艾默生公司的一个交流会议上，介绍了该公司与一个领先生物制药商的合作项目，他们设想将正在使用的PROFIBUS-PA现场总线仪表升级，以便能够以更简单的方式扩展现有的装置，或是在获取现场总线仪表信息时更加方便，这个想法的另一个驱动因素是希望使用带有以太网连接的新仪表，并与当前正在使用的PROFIBUS-PA现场总线仪表混合使用，因为这些以太网仪表能够比PROFIBUS-PA现场总线仪表向DeltaV控制系统提供更多的数据和诊断信息。

项目背景：工厂的干燥工序现场总线仪表通过PROFIBUS-PA网络连接到PLC系统，他们想要将PLC转换成DeltaV系统，将PROFIBUS网络转换成PROFINET和Ethernet-APL，以获得更高的带宽。

项目采用的方案见图38，图38右是PROFIBUS-PA现场总线仪表部分，在原有的PA接线箱中，PROFIBUS-PA现场总线仪表是连接到PROFIBUS-PA段保护器和耦合器，现将接线断开，转接到倍加福的APL现场交换机上。我们知道，倍加福的现场交换机通过代理技术具有双模方式功能，它既可以接入Ethernet-APL的现场仪表，也支持PROFIBUS-PA现场总线仪表。当现场交换机自动检测到所连接的设备不是Ethernet-APL现场仪表而是PROFIBUS-PA现场总线仪表时，这相当于将PROFIBUS-PA现场总线仪表接入一个PROFIBUS-PA网段。交换机可以将PROFIBUS-PA现场总线仪表的数据转换为PROFINET，这使得不同类型的现场仪表在同一台现场交换机上的混合接入成为可能。多台APL现场交换机可以配置成环网，以便在交换机之间通信丢失的情况下提供替代路径。PROFIBUS-PA现场总线仪表以星形拓扑(单设备连接到交换机)的方式连接到APL交换机上。 

图38  DeltaV and PROFINET网络图

图38左是其它信号类型仪表，如4~20mA、4~20mA/HART、温度、开关量等信号类型，可采用艾默生电子布线的CHARMS I/O远程机柜，将上述各类输入输出信号接入作为通用I/O的CHARM卡件。CHARM卡件现在又新添了Ethernet-APL输入功能，即可通过设定选择接入Ethernet-APL现场仪表的功能。通过远程机柜顶部的CHARMS I/O卡，与倍加福的现场交换机来的信息一起汇入带以太网功能的DeltaV PK控制器。

2023年9月，一家美国交换机供应商就报告说，他们刚刚从犹他州的一家矿业公司获得了最大的Ethernet-APL交换机订单，尽管该客户目前还没有任何Ethernet-APL现场仪表，而只有PROFIBUS-PA现场总线仪表。他们之所以订购这批Ethernet-APL交换机，是因为这批Ethernet-APL交换机上内置了PROFIBUS-PA代理，除了可以接入Ethernet-APL现场仪表外，其端口还可以连接PROFIBUS-PA现场总线仪表。今后当PROFIBUS-PA现场总线仪表用Ethernet-APL现场仪表取代时，现场总线A型电缆还可以重复使用，这样不需要改变现场布线和更换交换机就可以顺利地转换到PROFINET，因此现在做的是为向数字化工厂控制系统过渡迈出的重要一步。

10 结束语

Ethernet-APL作为高级物理层能够支持EtherNet/IP、HART-IP、OPC-UA、PROFINET或任何其他更高级别的协议，而上述四种高级别协议都有一个大致固定地域或自动化巨头/集团的支持。

比如EtherNet/IP得到美国罗克韦尔自动化公司的支持，HART-IP得到现场总线通信集团（原HART通讯基金会）/艾默生过程管理的支持，OPC-UA得到美国微软、艾默生、罗克韦尔、Opto22等公司的支持，PROFINET得到欧洲的西门子、ABB等公司的支持。而出于地域和商业利益的考虑，人们支持的高级别协议的选择不尽相同。欧洲的公司似乎心齐动作快，从一开始就认定PROFINET发力，加之德国的企业用户吃够了现场总线一类新技术的苦头，急于寻找合适的新技术，Ethernet-APL技术最早的评估测试及应用试点都在欧洲，所选择的高级别协议是PROFINET。

经过三五年的技术储备，德国工业巨头巴斯夫在中国新建的特大型石化企业全面采用了PROFINET over APL技术。相比之下，北美对Ethernet-APL技术的动作却总是慢半拍、慢一拍甚至更多。而中国作为制造业大国，新建绿地项目或改扩建棕地项目比比皆是，应该是推广Ethernet-APL技术的大好机遇，加之中国自动化公司的Ethernet-APL技术与国外公司同时起步，早早就推出现场交换机、电源交换机、APL仪表等全套技术设备，并且就应用最为关键的现场交换机来说，中国自动化企业可以提供APL、APL通用I/O、APL无线、APL现场总线、APL开关量等类别最为齐全的现场交换机，为推广应用Ethernet-APL技术创造了最有环境。目前已有几十个大中小项目投入运行，点数最多已超万点，而所签合同项目中，点数最多可达三十万点。据此，我们是否可以宣称：中国已经成为应用Ethernet-APL技术的最大市场？ 

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方原柏

2025年08月

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