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Ethernet-APL überbrückt die heute noch bestehende Kluft zwischen Leittechnik und Feld

Pepperl+Fuchs beteiligt sich an der Weiterentwicklung von APL
Ist Ethernet-APL marktreif?

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Der Advanced Physical Layer für Ethernet, kurz Ethernet-APL überbrückt die heute noch bestehende Kluft zwischen Leittechnik und Feld in der Prozesstechnik. Die Zweidrahtleitung wird für ihre Robustheit geschätzt und definiert alle wesentlichen Eigenschaften: Lange Kabelwege, Stromversorgung, 10 Mbit/s Datenrate und Explosionsschutz mit Eigensicherheit.

Andreas Hennecke, Product Marketing Manager Feldbustechnik bei Pepperl+Fuchs SE in Mannheim

Diese exakt auf die Prozesstechnik abgestimmte Physik für Ethernet stellt die notwendige Datenautobahn zur Verfügung, um die Digitalisierung bis in die Feldebene voranzubringen. Diese Physik stellt den Anwenderverbänden einen barrierefreien Zugang zur Verfügung, der es ihnen ermöglichen wird, diesen Bereich zukünftig effektiver zu betreiben. Bisher war das kostenintensiv, deshalb ist APL für die Digitalisierung in der Prozesstechnik besonders attraktiv.

Es ist das Ziel des APL-Projekts, einer Kooperation von zwölf namhaften Herstellern sowie vier Anwender- und Standardisierungs-Organisationen, diesen Übertragungsweg exakt auf die Bedürfnisse der Prozessindustrie zuzuschneiden und ihn als allgemein gültigen Standard zu etablieren. Von Partnern gemeinsam definiert fließt Ethernet-APL auch in die international gültige Normung ein. Die Kommunikation ist bereits als 10BASE-T1L im Standard IEEE 802 veröffentlicht. Der „Community Draft for Vote“ für den Explosionsschutz mit Eigensicherheit wurde ebenfalls veröffentlicht. Eine Verabschiedung durch das IEC-Gremium steht kurz bevor. Dieser Standard gewährleistet die Kompatibilität von Ethernet-APL-Teilnehmern bzw. Knoten im Feld. Alle anderen Arbeiten und Definitionen sind ebenfalls weit fortgeschritten. So wird die Technologie sehr bald für alle Marktteilnehmer zugängig sein.

Neu und dennoch vertraut

Ethernet-APL geht über die Definition der Kommunikation nach IEEE-Standard weit hinaus. Es definiert alle Eigenschaften: Zweidrahtleitung, steckbare Klemmen und verpolungssichere Geräte gewährleisten den einfachen Umgang und die Installation. Festigkeit gegen elektromagnetische Störungen, Blitzschutz und der anwenderfreundlich gestaltete Explosionsschutz sorgen für Interoperabilität. Die Arbeitsgruppen definieren aktuell allgemeingültige Tests, nach denen die Geräte zertifiziert werden. Diese Definitionen und die bei den Anwenderorganisationen in der Entwicklung befindlichen Prüfungen bilden die Basis für Kompatibilität.

Ethernet im Feld erlaubt die Übertragung von mehr Messwerten, bietet eine präzisere Übertragungstechnik sowie den parallelen Zugang von mehreren Systemen oder Bedienstationen, weil Ethernet verschiedene Protokolle gleichzeitig übertragen kann. Ethernet ermöglicht datengestütztes Arbeiten aller Beteiligten an einer Prozessanlage. Switches ersetzen die früher notwendigen Netzübergänge und Gateways – die Zuordnung der Daten am Protokollübersetzer und der damit verbundene Planungs- und Konfigurationsaufwand entfallen.

Der Betreiber kann Daten von Steuerungs- und Wartungsstationen automatisch mit Feldgeräteinformationen kombinieren. Digitale Daten bieten eine höhere Auflösung. Sie ermöglichen in Kombination mit Konfigurations- und Diagnosedaten Erkenntnisse über die Zustände von Geräten sowie Prozess und damit eine präzisere Führung der Anlage und ermöglichen eine vorrausschauende Instandhaltung.

Die Infrastruktur

Die Installation muss sich auf einfache Weise an die Bedingungen aller Arten von Anlagen anpassen lassen. Der APL-Switch bildet dafür das Kernelement, indem er die Verbindung zur Instrumentierung herstellt und die Daten transparent und barrierefrei überträgt. So können Daten auf Wunsch bis in das ERP-System übertragen werden. Sie unterstützen Fast Ethernet oder Gigabit und lassen sich in jede übergeordnete Netzwerkarchitektur einbinden, optional auch mit Redundanz. Die Geräteanschlüsse mit bis zu 200 m Länge können mit Eigensicherheit in jede explosionsgefährdete Zone führen.

Der Power-Switch mit hoher Speiseleistung in Kombination mit bis zu drei Trunk-gespeisten APL-Field-Switches ermöglicht in Zukunft Kabellängen bis 1000. Diese Variante ist der heute bei Feldbusinstallationen bekannten und aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Robustheit geschätzten Topologie mit Haupt- und Stichleitungen sehr ähnlich; der Trunk-und-Spur-Topologie.

Mit klarem Migrationspfad

Für Modernisierungs- und Migrationsprojekte bietet Ethernet-APL erstmals einen flexiblen Lösungsweg. Der bekannte Kabeltyp A kann weiter verwendet werden. Ein besonderes Merkmal bietet der Field-Switch von Pepperl+Fuchs. Dieses Feldgerät kann wahlweise die Feldbusprotokolle Profibus PA oder Profinet kommunizieren. Der Switch erkennt die vom angeschlossenen Teilnehmer gesendeten elektrischen Signale und Protokolle und wandelt diese dann automatisch in Daten für das Leitsystem um. Davon profitieren Early-Adopter, wenn in der Anfangsphase dieser Technologie noch nicht alle Geräte mit APL-Anschluss verfügbar sind. Ähnliches gilt bei einer Anlagenmodernisierung, bei der es die getätigte Investition in die Instrumentierung zu schützen gilt. Die Techniker tauschen oder ersetzen Geräte nur bei Bedarf und Zug um Zug.

Endanwender wünschen sich außerdem, dass sicherheitsgerichtete Signale per Ethernet übertragen werden können. Hier kann sich Ethernet-APL als Enabler erweisen. Die Protokolle bieten dafür bereits Funktionen in der Kommunikation, die sich mit APL-Technologie schon bald in Feldgeräten finden könnte. So kann eine identische Infrastruktur für Prozess- und für Sicherheitssignale aufgebaut werden.

Die Übertragung zwischen Sicherheitssteuerung und Feldgeräten erfolgt unabhängig von der Betrachtung des Safety Integrity Levels, sodass man für die Infrastruktur separate Betrachtungen durchführen muss. Hierzu dient das Konzept des Schwarzen Kanals, was die Kapselung für die Daten definiert und diese in einem normalen Telegramm überträgt. Damit einher geht eine erhebliche Vereinfachung des Arbeitsablaufs für Planer, Betreiber und Hersteller.

Zweidraht-Ethernet für die Prozessindustrie

Ethernet-APL bietet einen hohen Nutzen für all diejenigen, die an Projekten in der Prozessindustrie arbeiten. Es definiert alle Eigenschaften, die für einen zuverlässigen Betrieb prozesstechnischer Anlagen erforderlich sind. Pepperl+Fuchs bringt als eines der beteiligten Unternehmen seine über Jahrzehnte gesammelten Erfahrungen in Form von Patenten, Know-how sowie Mitarbeit in den Arbeitskreisen ein. Das robuste, moderne Ethernet im Feld der Prozesstechnik wird 2021 marktreif.

Weitere Details zur Technologie:

http://hier.pro/9oja1

Kontakt:
Pepperl+Fuchs Vertrieb Deutschland GmbH
Lilienthalstraße 200
68307 Mannheim
Tel. +49 621 776-0
info@de.pepperl-fuchs.com
www.pepperl-fuchs.com

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