(3)2-WISE仅供通信的端口。
2-WISE仅供通信的端口实际上就是APL现场交换机仅供通信的输出端口(即本质安全关联电路输出端口)。因此，2-WISE仅供通信的端口的安全参数实际上就是APL现场交换机仅供通信的输出端口的本质安全输出参数。这些参数应满足如表3所示的2-WISE仅供通信端口的本质安全参数规定值。其端口应采用电阻限流，以满足线性输出特性。
表3中：Uo为最大输出电压；Io为最大输出电流；Po为最大输出功率。
表3中规定了Ui、Ii和Pi等参数的参数值。其目的是为了在误接到APL现场交换机带供电电源端口时，防止仅供通信端口受到非预期的损害。
(4)2-WISE系统电缆。
本质安全系统用电缆是影响系统本质安全防爆性能的重要因素之一。IEC 61158-2物理层规范规定了4种适用于31.25 kbit/s现场总线系统的媒体电缆。它们分别是A型屏蔽双绞线、B型屏蔽多对双绞线、C型无屏蔽双绞线和口型多芯屏蔽电缆。分析表明，这些电缆几乎覆盖了适用于模拟仪表系统的所有电缆 [6]，一般也适合于2-WISE系统各支线电缆布线。因此，基于2-WISE系统的布线电缆应符合以下参数要求。
①电缆电阻Rc为15~150 Ω/km。
②电缆电感Lc为0.4~1 mH/km。
③电缆电容Cc为45~200 nF/km。
电缆参数可按GB/T 3836.15附录C规定的要求测定。需要注意的是，在使用Cc核验2-WISE系统时，应关注电缆是否采用了屏蔽电缆。对于非屏蔽电缆，只要确认单位长度电缆导体间分布电容值是否介于2-WISE电缆电容参数范围即可。对于使用屏蔽电缆的情况，如果电缆导体与接地屏蔽层是隔离的，或屏蔽层被连接成供电电源正负极的对称平衡点时，不仅要考虑导体间的电容，还要考虑导体与屏蔽层之间的电容。此时，电缆单位长度的电容Cc应为：
Cc = C导体/导体 + 0.5C导体/屏蔽层 (1)
式中：C导体/导体为单位长度电缆导体与导体之间的分布电容；C导体/屏蔽层为单位长度电缆导体与屏蔽层之间的分布电容。
如果屏蔽层仅与电源的一极连接，则电缆单位长度的电容Cc应为：
Cc = C导体/导体+C导体/屏蔽层 (2)
3 Ethernet-APL控制系统安全应用规则
鉴于防爆安全涉及国家财产和人民生命的重大公共安全问题，构成Ethernet-APL控制系统的所有防爆设备在进入市场流通前必须经国家指定的防爆检验机构检验，并取得防爆合格证。2-WISE相关设备应明示设备认证基于2-WISE概念。对于涉及国家强制性认证的产品，应取得3C防爆认证证书。防爆设备供应商和工业用户要做到“持证销售”“有证采购”。
与FISCO概念类似，Ethernet-APL控制系统的2-WISE概念为相关设备制造厂商规定了统一的安全参数限值，旨在实现本质安全系统的配置优化，以确保构建的具有“多负载”特征的本质安全系统的开放性、可互换性和互操作性，以及设备防爆安全兼容性，并为设计院和工业用户提供2-WISE本质安全系统自主核查、自主评价的简化方法[7]。2-WISE系统用设备的防爆标志列举和铭牌信息要求可参见IEC TS 60079-47:2017。
本质安全防爆技术是1个系统的概念，涉及关联设备、现场设备和连接电缆等。配置的2-WISE系统必须确保经防爆检验认证的所有设备(包括APL电源交换机的本质安全关联电路)均符合2-WISE系统所规定的安全参数限值和配置模型要求。在满足下列条件的情况下，系统的本质安全性可被认为足够安全。
①对于带供电电源的2-WISE系统，支线电缆总长度不应超过200 m (并联分支线小于1 m的，可忽略不计)。
②对于仅供通信的2-WISE系统，支线电缆总长度不应超过1 000 m。
系统的防爆类别、级别和组别应当基于组成系统的各设备的防爆类别、级别和组别确定。每个分段的2-WISE系统的EPL、防爆类别和级别取各设备的较低者。各设备的温度组别不同时应分别明示，以确保设备防爆性能与部署现场位置的爆炸性环境相适应。
设计院或用户在集成2-WISE系统时，应形成1份描述性系统文件。该文件用于描述系统的构成模型和安全应用相关资讯，包括但不限于列出所有配置的设备和相关的认证证书信息，以及选用电缆相关的参数等。必要时，该文件还应明示设备允许使用的环境温度等[8]。
这里需要补充说明的是，2-WISE系统的安全应用应同时遵守GB/T 3836.4、GB/T 3836.15和GB/T 3836.18规定的相关要求。有关确保Ethernet-APL性能与功能的系统部署实践，可参考《Ethernet-APL engineering guideline》[8]。
4 结论
不可否认， Profibus PA、FF H1等专为过程自动化量身定制的现场总线技术，在过去20多年得到了广泛应用，包括工程业主在内的各相关方都已从中获益。但是，基于IEC 61158的现场总线传输速率低(31.25 kbit/s)已成为其技术瓶颈，再加上难以统一的数十种总线标准的无序竞争、不同总线标准产品的互联不畅，已严重阻碍现场总线技术的进一步发展。尤其是工业4.0时代，基于工业物联网(industrial Internet of Things，IIOT)、大数据、人工智能和边缘计算等新一代信息技术的工业制造系统的数字化、网络化、智能化演进，不仅需要获取更多的实时动态数据，并进行即时分析诊断，也要求更快捷的数据传输与系统性交互、决策、控制。Ethernet-APL控制系统技术的出现正是迎合了数字时代工业测量控制的新需求。它不仅具有高带宽、高精度、高可靠、低成本、无需网关和协议转化等特点，还具有较高功率回路供电的功能，可支持现场设备边缘计算和智能化功能提升，并可基于2-WISE概念满足现场设备的本质安全，从而实现在爆炸性环境中的安全部署。
可喜的是，Ethernet-APL行业协作生态正逐步形成，使得Ethernet-APL应用于安全仪表系统正成为可能。存量的现场总线设备升级为APL设备的技术日趋成熟，保证了既有技术和产品可以便捷地得到传承性利用。如Softing可提供1种经济、高效的硬件模块commModule APL，将之嵌入现场总线设备即可实现与Ethernet-APL接口的兼容互联。最近更有媒体报道，某欧洲知名化工企业在中国投资的大型石化项目已明确DCS系统全部使用APL技术。
总之，任何技术变革既是挑战，更是机会。可以相信，Ethernet-APL技术有望成为未来工业自动化的优秀技术，应是工业仪表控制系统产业发展的主攻方向。本文针对Ethernet-APL控制系统整体防爆安全技术的综述和2-WISE本质安全新技术的介绍，旨在能对自动化技术领域相关的制造厂商、设计院和业主有所启示，以助力Ethernet-APL控制系统在爆炸危险场所的应用与推广。
参考文献：
[1]Ethernet-APL.Ethernet-to the field(white paper)[M/OL].[2021-06-30].https://www.ethernet-apl.org/document/ethernet-to-the-field-whitepaper/?nowprocket=1.
[2]方原柏.控制系统的太网高级物理层应用综述[J].自动化仪表,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]国家标准化管理委员会.爆炸性环境 第15部分：电气装置的设计、选型和安装:GB/T 3836.15—2017 [S].北京:中国标准出版社，2017.
[5]国家标准化管理委员会.爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备:GB/T 3836.4—2021 [S].北京:中国标准出版社，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.仪表本安防爆技术[M].北京:机械工业出版社，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.
作者简介：徐建平（1962—），男，研究员级高级工程师，硕士生导师，主要从事工业自动化与智能制造技术方向的研究以及检验检测认证与标准化工作，E-mail：xujianping@sipai.com
引用本文：
徐建平.Ethernet-APL控制系统防爆安全技术综述[J].自动化仪表,2023,44(5):1-6.
