(3)2-WISE僅供通信的端口。
2-WISE僅供通信的端口實際上就是APL現場交換機僅供通信的輸出端口(即本質安全關聯電路輸出端口)。因此，2-WISE僅供通信的端口的安全參數實際上就是APL現場交換機僅供通信的輸出端口的本質安全輸出參數。這些參數應滿足如表3所示的2-WISE僅供通信端口的本質安全參數規定值。其端口應采用電阻限流，以滿足線性輸出特性。
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現場交換機帶供電電源端口時，防止僅供通信端口受到非預期的損害。
(4)2-WISE系統電纜。
本質安全系統用電纜是影響系統本質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現場總線系統的媒體電纜。它們分別是A型屏蔽雙絞線、B型屏蔽多對雙絞線、C型無屏蔽雙絞線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系統各支線電纜布線。因此，基于2-WISE系統的布線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，應關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平衡點時，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，電纜單位長度的電容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和人民生命的重大公共安全問題，構成Ethernet-APL控制系統的所有防爆設備在進入市場流通前必須經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品，應取得3C防爆認證證書。防爆設備供應商和工業用戶要做到“持證銷售”“有證采購”。
與FISCO概念類似，Ethernet-APL控制系統的2-WISE概念為相關設備制造廠商規定了統一的安全參數限值，旨在實現本質安全系統的配置優化，以確保構建的具有“多負載”特征的本質安全系統的開放性、可互換性和互操作性，以及設備防爆安全兼容性，并為設計院和工業用戶提供2-WISE本質安全系統自主核查、自主評價的簡化方法[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IEC TS 60079-47:2017。
本質安全防爆技術是1個系統的概念，涉及關聯設備、現場設備和連接電纜等。配置的2-WISE系統必須確保經防爆檢驗認證的所有設備(包括APL電源交換機的本質安全關聯電路)均符合2-WISE系統所規定的安全參數限值和配置模型要求。在滿足下列條件的情況下，系統的本質安全性可被認為足夠安全。
①對于帶供電電源的2-WISE系統，支線電纜總長度不應超過200 m (并聯分支線小于1 m的，可忽略不計)。
②對于僅供通信的2-WISE系統，支線電纜總長度不應超過1 000 m。
系統的防爆類別、級別和組別應當基于組成系統的各設備的防爆類別、級別和組別確定。每個分段的2-WISE系統的EPL、防爆類別和級別取各設備的較低者。各設備的溫度組別不同時應分別明示，以確保設備防爆性能與部署現場位置的爆炸性環境相適應。
設計院或用戶在集成2-WISE系統時，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資訊，包括但不限于列出所有配置的設備和相關的認證證書信息，以及選用電纜相關的參數等。必要時，該文件還應明示設備允許使用的環境溫度等[8]。
這里需要補充說明的是，2-WISE系統的安全應用應同時遵守GB/T 3836.4、GB/T 3836.15和GB/T 3836.18規定的相關要求。有關確保Ethernet-APL性能與功能的系統部署實踐，可參考《Ethernet-APL engineering guideline》[8]。
4 結論
不可否認， Profibus PA、FF H1等專為過程自動化量身定制的現場總線技術，在過去20多年得到了廣泛應用，包括工程業主在內的各相關方都已從中獲益。但是，基于IEC 61158的現場總線傳輸速率低(31.25 kbit/s)已成為其技術瓶頸，再加上難以統一的數十種總線標準的無序競爭、不同總線標準產品的互聯不暢，已嚴重阻礙現場總線技術的進一步發展。尤其是工業4.0時代，基于工業物聯網(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的工業制造系統的數字化、網絡化、智能化演進，不僅需要獲取更多的實時動態數據，并進行即時分析診斷，也要求更快捷的數據傳輸與系統性交互、決策、控制。Ethernet-APL控制系統技術的出現正是迎合了數字時代工業測量控制的新需求。它不僅具有高帶寬、高精度、高可靠、低成本、無需網關和協議轉化等特點，還具有較高功率回路供電的功能，可支持現場設備邊緣計算和智能化功能提升，并可基于2-WISE概念滿足現場設備的本質安全，從而實現在爆炸性環境中的安全部署。
可喜的是，Ethernet-APL行業協作生態正逐步形成，使得Ethernet-APL應用于安全儀表系統正成為可能。存量的現場總線設備升級為APL設備的技術日趨成熟，保證了既有技術和產品可以便捷地得到傳承性利用。如Softing可提供1種經濟、高效的硬件模塊commModule APL，將之嵌入現場總線設備即可實現與Ethernet-APL接口的兼容互聯。最近更有媒體報道，某歐洲知名化工企業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。
總之，任何技術變革既是挑戰，更是機會。可以相信，Ethernet-APL技術有望成為未來工業自動化的優秀技術，應是工業儀表控制系統產業發展的主攻方向。本文針對Ethernet-APL控制系統整體防爆安全技術的綜述和2-WISE本質安全新技術的介紹，旨在能對自動化技術領域相關的制造廠商、設計院和業主有所啟示，以助力Ethernet-APL控制系統在爆炸危險場所的應用與推廣。
參考文獻：
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[2]方原柏.控制系統的太網高級物理層應用綜述[J].自動化儀表,2023,44(2):1-6.
[3]IEC.Explosive atmospheres-part 47:equipent protection by 2-wire intrinsically safe Ethernet concept (2-WISE):IEC TS 60079-47:2021[S].2021.
[4]國家標準化管理委員會.爆炸性環境 第15部分：電氣裝置的設計、選型和安裝:GB/T 3836.15—2017 [S].北京:中國標準出版社，2017.
[5]國家標準化管理委員會.爆炸性環境 第4部分：由本質安全型“i”保護的設備:GB/T 3836.4—2021 [S].北京:中國標準出版社，2021.
[6]IEC.Industrial communication networks-Fieldbus specifications part 2:physical layer specification and service definition:IEC 61158-2:2014[S].2014.
[7]徐建平.儀表本安防爆技術[M].北京:機械工業出版社，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，主要從事工業自動化與智能制造技術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綜述[J].自動化儀表,2023,44(5):1-6.
