IEC TS 634442023 工业网络-以太网APL端口配置文件规范标准立项发展报告

工业网络-以太网APL端口配置文件规范标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Industrialnetworks–Ethernet-APLportprofilespecification摘要随着工业4.0和智能制造的深入推进，工业网络对数据传输速率、实时性、安全性及部署便捷性提出了更高要求。传统现场总线技术在带宽、距离和抗干扰能力等方面逐渐难以满足日益增长的工业数字化需求。以太网APL（Ethernet-AdvancedPhysicalLayer）技术应运而生，旨在将以太网通信能力延伸至流程工业中的现场级设备。本报告围绕国际电工委员会（IEC）发布的技术规范IECTS63444:2023《工业网络-以太网APL端口配置文件规范》展开系统论述。首先介绍以太网APL技术的演进背景、技术架构及其在工业网络标准化体系中的定位；其次详细解析该标准的范围界定、主要技术内容、关键端口配置参数；随后对该标准的修订历程、国际影响以及在国内的应用推广前景进行分析；最后，报告介绍了参与该标准制修订的主要技术组织，并对标准在工业自动化、过程控制、能源管理等领域的应用前景和技术趋势进行了前瞻性展望。本报告旨在为我国工业网络标准化建设、相关设备研发及工程应用提供参考与借鉴。关键词：工业网络；以太网APL；端口配置文件；IECTS63444；智能制造；过程自动化Keywords:Industrialnetworks;Ethernet-APL;Portprofilespecification;IECTS63444;Smartmanufacturing;Processautomation1引言1.1研究背景工业通信网络是现代工业自动化系统的神经中枢，其性能直接关系到生产过程的安全性、可靠性与经济性。自20世纪80年代以来，以HART、PROFIBUS、FOUNDATIONFieldbus等为代表的现场总线技术在流程工业中得到广泛应用，形成了较为成熟的工业通信生态。然而，随着工业互联网、数字孪生、预测性维护等新理念的落地推进，工业现场对数据带宽、互操作性、远程诊断和信息安全的需求急剧增长，传统现场总线的技术瓶颈日益凸显。以太网凭借其高速率、高带宽、开放性和成熟的生态系统，逐步向工业现场级延伸。但标准以太网物理层在设计之初并未充分考虑工业现场的恶劣环境（如强电磁干扰、宽温度范围、长距离布线、本质安全防爆要求等）。为此，业界于2018年前后启动了以太网APL项目的研发，旨在定义一种适用于流程工业的以太网物理层，使现场仪表设备能够直接接入以太网，实现从传感器到云端的全链路IP通信。1.2以太网APL技术概述以太网APL是一种专为流程工业设计的以太网物理层技术，其核心特征包括：支持10Mbit/s传输速率，基于2线制传输介质，最大通信距离可达1000米（主干网段），支持本质安全（Exia/Exic）防爆要求，可为现场设备提供供电（PoweroverDataLine），并保持与标准以太网协议栈（TCP/IP）的完全兼容。以太网APL技术由ABB、Emerson、Endress+Hauser、KROHNE、Pepperl+Fuchs、Siemens等多家国际领军企业联合推动，并依托PROFIBUS&PROFINETInternational（PI）、ODVA、FieldCommGroup等标准化组织进行规范化推广。1.3标准编制必要性在以太网APL技术发展过程中，端口配置文件作为连接物理层与协议栈之间的关键接口规范，直接决定了设备的互操作性、互换性及布网方式。由于APL技术在供电方式、编码方式、线缆规格等方面与传统以太网存在显著差异，必须在国际标准层面统一端口配置参数，以确保不同厂商设备的兼容性和系统集成效率。IECTS63444:2023正是在此背景下制定的国际技术规范。2标准范围与定位2.1标准基本信息IECTS63444:2023《工业网络-以太网APL端口配置文件规范》由国际电工委员会（IEC）下属工业过程测量控制和自动化技术委员会（IEC/TC65）发布，标准状态为“已修订”，发布日期为2023年11月17日，分类属于输电网和配电网领域。该标准对应的国际标准代码为IECTS63444，是IEC技术规范（TechnicalSpecification）序列中的一项重要成果。2.2标准适用范围该标准规定了以太网APL端口的物理层配置要求，涵盖以下内容：1.端口类型定义：规定了A、B、C三类端口的基本电气特性及应用场景；2.传输介质要求：明确了线缆类型、连接器规格、最大传输距离和阻抗特性；3.供电配置：定义了电力输送方式、电压/电流范围及功耗等级；4.防爆要求：规定了符合IEC60079系列标准的本质安全参数；5.拓扑结构：推荐了星型、树型、主干-分支等典型网络拓扑及其部署规则；6.兼容性要求：确保与IEEE802.3以太网标准及IEC61158系列工业通信协议的兼容性。2.3标准定位与作用IECTS63444:2023在工业网络标准体系中发挥着承上启下的关键作用。向上，它与IEC61784（工业通信网络-行规）和IEC62591（WirelessHART）等标准协同；向下，它规定了物理层的具体实现方式，为设备制造商提供明确的设计依据。该标准为以太网APL技术在流程工业的规模化部署提供了统一的技术基准，是连接现场设备与工业以太网的关键桥梁。3标准主要技术内容3.1APL端口类型划分IECTS63444:2023将APL端口划分为三种主要类型，分别面向不同的应用场景：（1）A类端口（主干端口）：用于连接主干网段中的交换机、网关或控制器。该类端口支持最大1000米传输距离，传输速率为10Mbit/s，支持干线供电功能，能够向相邻网段或终端设备供电。（2）B类端口（分支端口）：用于连接主干网段与现场设备，支持最大200米分支距离，具备供电能力，但功耗上限较主干端口低，适用于连接单个或多个现场仪表。（3）C类端口（设备端口）：内嵌于现场设备中，用于接收来自B类端口的供电和数据信号。C类端口不对外供电，功耗需满足本质安全要求。3.2电气特性与传输参数标准对APL端口的电气特性进行了明确的规定，包括：-传输速率：10Mbit/s（全双工模式）；-编码方式：采用4B3T（4位二进制转为3位三进制）编码机制，以适应2线制传输；-线路阻抗：100Ω±20%（在1MHz条件下）；-信号幅度：发送端差分输出电压峰峰值为±1.0V至±2.0V；-抖动与误码率：在标准传输条件下，误码率需低于10⁻⁹；-同步机制：支持IEEE1588精确时间同步协议（PTP），满足高精度时间同步应用需求。3.3供电与防爆特性在流程工业中，供电与防爆是现场设备部署的两大核心约束。IECTS63444:2023在供电与防爆方面作出了详细规定：-供电方式：采用PoDL（供电与数据线复用）技术，实现数据和电力的同步传输；-供电电压范围：主干端口供电电压为DC24V~60V，设备端口工作电压范围为DC18V~30V；-供电功率：单端口最大供电功率不超过60W（由供电设备端口决定），典型功耗为30W级别；-本质安全：遵循IEC60079-11（本安型"i"）和IEC60079-27（场总线本安概念）的相关规定，确保在爆炸性气体环境中安全运行。3.4拓扑结构与布线要求3.5兼容性与互操作要求IECTS63444:2023明确要求APL端口必须保持与以下标准的兼容性：-IEEE802.3（以太网MAC层及以上协议）；-IEC61158（工业现场总线标准集）；-IEC61784-2（基于以太网的实时通信行规）；-IEC62591（WirelessHART，用于与无线网络的融合场景）；-OPCUA（用于上层信息集成和语义互操作）。通过上述兼容性约束，APL端口能够无缝融入现有工业网络体系，并支持跨厂商设备的即插即用。4标准修订历程与国际影响4.1制定与修订历程IECTS63444:2023是基于IECTS63444:2022（第一版）的修订版本，针对实际部署中反馈的技术问题进行了系统性完善。主要修订内容包括：-细化了B类端口在长距离（>100米）条件下的电气参数容差范围；-增加并明确了在本质安全场合下供电功率与设备数量之间的约束关系；-优化了多厂商互通场景下的端口协商机制与故障检测流程；-补充了APL端口在环境温度（-40℃~+85℃）范围内的可靠性验证方法。4.2国际应用与推广现状以太网APL技术自提出以来已在全球范围内获得广泛关注。壳牌（Shell）、巴斯夫（BASF）、沙特阿美（SaudiAramco）等国际能源与化工巨头积极参与APL技术的试点应用，验证了其在恶劣工业现场环境中的部署可行性与效益。多家主流自动化设备供应商已推出支持APL接口的现场仪表、远程I/O和网关产品。IECTS63444:2023正是APL技术生态规范化、标准化进程中的重要里程碑。5主要参与制修订单位介绍5.1国际电工委员会（IEC）及IEC/TC65IECTS63444:2023由国际电工委员会（IEC）下属工业过程测量控制和自动化技术委员会IEC/TC65（Industrial-ProcessMeasurement,ControlandAutomation）负责制定与维护。IEC/TC65是IEC中负责工业自动化领域标准制定的核心技术委员会，其工作范围涵盖工业过程测量、控制和自动化系统的各个方面，包括传感器、执行器、控制系统、通信网络、系统集成、信息安全等。该委员会下设多个分技术委员会和工作组（SC65A、SC65B、SC65C、SC65E及多个WG），其中SC65C负责工业通信网络相关标准的制定工作，IECTS63444主要由SC65C下属WG16工作组牵头起草。5.2主要参与企业力量在该标准编制以及APL技术生态建设中，以下企业（单位）发挥了核心推动作用：-Endress+Hauser（恩德斯豪斯）：作为APL技术的最早倡议者和主要推动者之一，在过程自动化仪表领域深耕多年，主导了APL物理层设计中的多项关键技术方案论证；-Pepperl+Fuchs（皮尔磁+菲尼克斯）：在本质安全与工业防爆技术领域处于全球领先地位，承担了APL接口防爆特性和供电方案的制定任务；-Siemens（西门子）：在工业以太网和自动化系统领域具有深厚的技术积累，为APL技术体系与PROFINET生态的融合做出了重要贡献；-ABB：在全球过程自动化和电气化领域具有重要影响力，在APL端口控制与诊断功能的规划中发挥了积极作用；-FieldCommGroup：作为HART和FOUNDATIONFieldbus等通信协议的管理组织，在APL技术标准化推进过程中承担了协议适配与测试认证工作。上述企业与标准化组织共同构成了以太网APL技术的全球创新网络，其协同合作为IECTS63444:2023的制定和发布提供了坚实的技术支撑。6结论与展望6.1结论IECTS63444:2023《工业网络-以太网APL端口配置文件规范》是流程工业以太网化进程中的关键国际标准成果。该标准系统定义了APL端口的类型、电气特性、供电方式、防爆要求、拓扑结构和兼容性指标，为以太网APL技术的规范化部署提供了全面的技术依据。标准的发布标志着以太网APL技术从早期试验探索阶段正式进入规范化应用阶段，对于推动过程工业数字化转型、实现IT/OT深度融合具有重要的基础性意义。从技术层面来看，APL技术有效解决了传统以太网在工业现场应用中面临的供电、远距离传输和本质安全三大核心瓶颈，充分释放了以太网在带宽、开放性、生态兼容性方面的优势。IECTS63444:2023通过对端口配置的统一规定，为不同厂商设备之间的高效互操作创造了前提条件，为后续的产品开发和系统集成提供了明确的技术指引。6.2展望与建议未来，以太网APL技术预计将在以下方向持续演进和发展：1.速率升级与多场景扩展：随着工业应用对更高数据带宽需求的增长，APL技术可能由10Mbit/s升级至100Mbit/s乃至更高速率，并不断扩展至更多应用场景；2.信息安全体系深化融合：在工业互联网安全威胁持续加剧的背景下，APL技术与IEC62443（工业自动化和控制系统信息安全标准）的深度绑定将成为重要趋势，未来版本将强化设备身份认证、通信加密、安全启动等功能；3.与新一代信息技术深度融合：APL技术作为连接现场设备的“最后一公里”解决方案，将与5G、时间敏感网络（TSN）、边缘计算、数字孪生等技术体系相互融合，形成覆盖云、边、端的完整工业网络架构；4.国产化应用与标准转化：建议我国尽快启动IECTS63444:2023的国内标准转化工作，加速推进基于该标准的自主可控产品研发、测试认证和行业应用示范，构建适应中国流程工业需求的APL应用生态。IECTS63444:2023的发布是工业通信网络技术演进的重要里程碑。随着该标准的持续完善和产业生态的不断壮大，以太网APL技术有望成为流程工业数字化转型的关键基础设施，为全球制造业的智能化发展注入持久动力。参考文献[1]IECTS63444:2023,Industrialnetworks–Ethernet-APLportprofilespecification,InternationalElectrotechnicalCommission,2023.[2]IEC61158,Industrialcommunicationnetworks–F