(3)2-WISE僅供通信的端口。
2-WISE僅供通信的端口實(shí)際上就是APL現場(chǎng)交換機僅供通信的輸出端口(即本質(zhì)安全關(guān)聯(lián)電路輸出端口)。因此，2-WISE僅供通信的端口的安全參數實(shí)際上就是APL現場(chǎng)交換機僅供通信的輸出端口的本質(zhì)安全輸出參數。這些參數應滿(mǎn)足如表3所示的2-WISE僅供通信端口的本質(zhì)安全參數規定值。其端口應采用電阻限流，以滿(mǎn)足線(xiàn)性輸出特性。
表3中：Uo為最大輸出電壓；Io為最大輸出電流；Po為最大輸出功率。
表3中規定了Ui、Ii和Pi等參數的參數值。其目的是為了在誤接到APL現場(chǎng)交換機帶供電電源端口時(shí)，防止僅供通信端口受到非預期的損害。
(4)2-WISE系統電纜。
本質(zhì)安全系統用電纜是影響系統本質(zhì)安全防爆性能的重要因素之一。IEC 61158-2物理層規范規定了4種適用于31.25 kbit/s現場(chǎng)總線(xiàn)系統的媒體電纜。它們分別是A型屏蔽雙絞線(xiàn)、B型屏蔽多對雙絞線(xiàn)、C型無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)和口型多芯屏蔽電纜。分析表明，這些電纜幾乎覆蓋了適用于模擬儀表系統的所有電纜 [6]，一般也適合于2-WISE系統各支線(xiàn)電纜布線(xiàn)。因此，基于2-WISE系統的布線(xiàn)電纜應符合以下參數要求。
①電纜電阻Rc為15~150 Ω/km。
②電纜電感Lc為0.4~1 mH/km。
③電纜電容Cc為45~200 nF/km。
電纜參數可按GB/T 3836.15附錄C規定的要求測定。需要注意的是，在使用Cc核驗2-WISE系統時(shí)，應關(guān)注電纜是否采用了屏蔽電纜。對于非屏蔽電纜，只要確認單位長(cháng)度電纜導體間分布電容值是否介于2-WISE電纜電容參數范圍即可。對于使用屏蔽電纜的情況，如果電纜導體與接地屏蔽層是隔離的，或屏蔽層被連接成供電電源正負極的對稱(chēng)平衡點(diǎn)時(shí)，不僅要考慮導體間的電容，還要考慮導體與屏蔽層之間的電容。此時(shí)，電纜單位長(cháng)度的電容Cc應為：
Cc = C導體/導體 + 0.5C導體/屏蔽層 (1)
式中：C導體/導體為單位長(cháng)度電纜導體與導體之間的分布電容；C導體/屏蔽層為單位長(cháng)度電纜導體與屏蔽層之間的分布電容。
如果屏蔽層僅與電源的一極連接，則電纜單位長(cháng)度的電容Cc應為：
Cc = C導體/導體+C導體/屏蔽層 (2)
3 Ethernet-APL控制系統安全應用規則
鑒于防爆安全涉及國家財產(chǎn)和人民生命的重大公共安全問(wèn)題，構成Ethernet-APL控制系統的所有防爆設備在進(jìn)入市場(chǎng)流通前必須經(jīng)國家指定的防爆檢驗機構檢驗，并取得防爆合格證。2-WISE相關(guān)設備應明示設備認證基于2-WISE概念。對于涉及國家強制性認證的產(chǎn)品，應取得3C防爆認證證書(shū)。防爆設備供應商和工業(yè)用戶(hù)要做到“持證銷(xiāo)售”“有證采購”。
與FISCO概念類(lèi)似，Ethernet-APL控制系統的2-WISE概念為相關(guān)設備制造廠(chǎng)商規定了統一的安全參數限值，旨在實(shí)現本質(zhì)安全系統的配置優(yōu)化，以確保構建的具有“多負載”特征的本質(zhì)安全系統的開(kāi)放性、可互換性和互操作性，以及設備防爆安全兼容性，并為設計院和工業(yè)用戶(hù)提供2-WISE本質(zhì)安全系統自主核查、自主評價(jià)的簡(jiǎn)化方法[7]。2-WISE系統用設備的防爆標志列舉和銘牌信息要求可參見(jiàn)IEC TS 60079-47:2017。
本質(zhì)安全防爆技術(shù)是1個(gè)系統的概念，涉及關(guān)聯(lián)設備、現場(chǎng)設備和連接電纜等。配置的2-WISE系統必須確保經(jīng)防爆檢驗認證的所有設備(包括APL電源交換機的本質(zhì)安全關(guān)聯(lián)電路)均符合2-WISE系統所規定的安全參數限值和配置模型要求。在滿(mǎn)足下列條件的情況下，系統的本質(zhì)安全性可被認為足夠安全。
①對于帶供電電源的2-WISE系統，支線(xiàn)電纜總長(cháng)度不應超過(guò)200 m (并聯(lián)分支線(xiàn)小于1 m的，可忽略不計)。
②對于僅供通信的2-WISE系統，支線(xiàn)電纜總長(cháng)度不應超過(guò)1 000 m。
系統的防爆類(lèi)別、級別和組別應當基于組成系統的各設備的防爆類(lèi)別、級別和組別確定。每個(gè)分段的2-WISE系統的EPL、防爆類(lèi)別和級別取各設備的較低者。各設備的溫度組別不同時(shí)應分別明示，以確保設備防爆性能與部署現場(chǎng)位置的爆炸性環(huán)境相適應。
設計院或用戶(hù)在集成2-WISE系統時(shí)，應形成1份描述性系統文件。該文件用于描述系統的構成模型和安全應用相關(guān)資訊，包括但不限于列出所有配置的設備和相關(guān)的認證證書(shū)信息，以及選用電纜相關(guān)的參數等。必要時(shí)，該文件還應明示設備允許使用的環(huán)境溫度等[8]。
這里需要補充說(shuō)明的是，2-WISE系統的安全應用應同時(shí)遵守GB/T 3836.4、GB/T 3836.15和GB/T 3836.18規定的相關(guān)要求。有關(guān)確保Ethernet-APL性能與功能的系統部署實(shí)踐，可參考《Ethernet-APL engineering guideline》[8]。
4 結論
不可否認， Profibus PA、FF H1等專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化量身定制的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，在過(guò)去20多年得到了廣泛應用，包括工程業(yè)主在內的各相關(guān)方都已從中獲益。但是，基于IEC 61158的現場(chǎng)總線(xiàn)傳輸速率低(31.25 kbit/s)已成為其技術(shù)瓶頸，再加上難以統一的數十種總線(xiàn)標準的無(wú)序競爭、不同總線(xiàn)標準產(chǎn)品的互聯(lián)不暢，已嚴重阻礙現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。尤其是工業(yè)4.0時(shí)代，基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(industrial Internet of Things，IIOT)、大數據、人工智能和邊緣計算等新一代信息技術(shù)的工業(yè)制造系統的數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化演進(jìn)，不僅需要獲取更多的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數據，并進(jìn)行即時(shí)分析診斷，也要求更快捷的數據傳輸與系統性交互、決策、控制。Ethernet-APL控制系統技術(shù)的出現正是迎合了數字時(shí)代工業(yè)測量控制的新需求。它不僅具有高帶寬、高精度、高可靠、低成本、無(wú)需網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉化等特點(diǎn)，還具有較高功率回路供電的功能，可支持現場(chǎng)設備邊緣計算和智能化功能提升，并可基于2-WISE概念滿(mǎn)足現場(chǎng)設備的本質(zhì)安全，從而實(shí)現在爆炸性環(huán)境中的安全部署。
可喜的是，Ethernet-APL行業(yè)協(xié)作生態(tài)正逐步形成，使得Ethernet-APL應用于安全儀表系統正成為可能。存量的現場(chǎng)總線(xiàn)設備升級為APL設備的技術(shù)日趨成熟，保證了既有技術(shù)和產(chǎn)品可以便捷地得到傳承性利用。如Softing可提供1種經(jīng)濟、高效的硬件模塊commModule APL，將之嵌入現場(chǎng)總線(xiàn)設備即可實(shí)現與Ethernet-APL接口的兼容互聯(lián)。最近更有媒體報道，某歐洲知名化工企業(yè)在中國投資的大型石化項目已明確DCS系統全部使用APL技術(shù)。
總之，任何技術(shù)變革既是挑戰，更是機會(huì )?？梢韵嘈?，Ethernet-APL技術(shù)有望成為未來(lái)工業(yè)自動(dòng)化的優(yōu)秀技術(shù)，應是工業(yè)儀表控制系統產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主攻方向。本文針對Ethernet-APL控制系統整體防爆安全技術(shù)的綜述和2-WISE本質(zhì)安全新技術(shù)的介紹，旨在能對自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)的制造廠(chǎng)商、設計院和業(yè)主有所啟示，以助力Ethernet-APL控制系統在爆炸危險場(chǎng)所的應用與推廣。
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[5]國家標準化管理委員會(huì ).爆炸性環(huán)境 第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護的設備:GB/T 3836.4—2021 [S].北京:中國標準出版社，2021.
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[7]徐建平.儀表本安防爆技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2002.
[8]Ethernet-APL.Ethernet-APL engineering guideline[M/OL].[2022-09-19].https://www.ethernet-apl.org/document/ethernet-to-the-field-whitepaper/?nowprocket=1.
作者簡(jiǎn)介：徐建平（1962—），男，研究員級高級工程師，碩士生導師，主要從事工業(yè)自動(dòng)化與智能制造技術(shù)方向的研究以及檢驗檢測認證與標準化工作，E-mail：xujianping@sipai.com
引用本文：
徐建平.Ethernet-APL控制系統防爆安全技術(shù)綜述[J].自動(dòng)化儀表,2023,44(5):1-6.
