Alle reden über Digitalisierung, mobile Kommunikation, die Cloud, Industrie 4.0, das Internet der Dinge (IoT), Big Data, usw. Doch an der Prozessautomatisierung scheint die digitale Revolution bisher vorbeigegangen zu sein. Dabei ist jetzt die Zeit umzudenken. Denn mit Ethernet-APL ist ein neues Zeitalter angebrochen. Warum? Das klären die folgenden drei Fragen und Antworten.
1. Was genau ist Ethernet-APL?
Ethernet selbst ist eine Datenübertragungstechnik, die es ermöglicht, Daten zwischen verschiedenen Geräten innerhalb eines geschlossenen Netzwerks zu übertragen. Bei Ethernet-APL handelt es sich also um eine Datenübertragungstechnik. Ausgeschrieben bedeutet es Ethernet Advanced Physical Layer.
Die Technologie basiert auf dem Physical Layer von Single pair Ethernet (SPE) 10BASE-T1L nach der Spezifikation IEEE Std. 802.3cg-2019. SPE verwendet 2-Draht-Leitungen, um Entfernungen bis 1000 m mit Übertragungsraten von 10 Mbit/s zu überbrücken und angeschlossene Geräte optional mittels PoDL (Power over Data Line) zu versorgen. Ethernet-APL ähnelt SPE, verwendet allerdings ein von PoDL abweichendes Speisekonzept für Feldgeräte, um die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen mit der Zündschutzart Eigensicherheit zu ermöglichen. Es werden auch andere Steckverbinder bzw. Klemmenverbindungen zum Einsatz kommen, um den Anforderungen der Prozessautomatisierung zu genügen.
Die Lösung ist transparent für alle Ethernet-Protokolle wie beispielsweise EtherNet/IP, HART-IP, OPC-UA, PROFINET. Außerdem sieht die Spezifikation vor, dass Feldbus Typ A Kabel sowie bestehende Schirmungskonzepte genutzt werden können. Somit kann Ethernet-APL in allen Bereichen, inklusive aller explosionsgefährdeten Umgebungen und in Anlagen der Prozessindustrie, genutzt werden.
Ethernet-APL auf einen Blick
2. Wie funktioniert Ethernet-APL?
Ethernet-APL ist kompatibel zur 10BASE-T1L Spezifikation der IEEE Std. 802.3cg-2019. Spezielle Prüfungen und Zertifizierungen stellen darüber hinaus sicher, dass Geräte unterschiedlicher Hersteller interoperabel in einem Netzwerk zusammenarbeiten. Für den Einsatz in der Prozessindustrie unterstützt Ethernet-APL unterschiedliche Topologien, wie beispielsweise die von Feldbusinstallationen bekannte Trunk-Spur Architektur aber auch die von Ethernet bekannte Stern-Topologie. Auch das neue Explosionsschutz-Konzept für die Eigensicherheit 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet (2-WISE) basiert auf dem bewährten FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept) der Feldbusse.
Bei Installation von Ethernet-APL über eine Trunk-Spur Topologie versorgt der Power Switch das Netzwerk mit ca. 90 W und übernimmt die Umsetzung von 4-Draht Ethernet auf 2-Draht. Dort werden die Field Switches angeschlossen, die über den Trunk ihre Versorgung erhalten und die restliche verfügbare Energie galvanisch getrennt in der Zündschutzart Eigensicherheit den Feldgeräten zur Verfügung stellen. Jeder Trunk, Power Switch zu Field Switch oder Field Switch untereinander kann dabei bis zu 1000 m lang sein, die Spurs maximal 200 m. Alternativ sind auch fremdgespeiste Field Switches möglich, die dann direkt an einem 4-Draht Ethernet mit z.B. 100 MBit/s arbeiten.
3. Warum benötigen Sie Ethernet-APL?
Anwender und Betreiber brauchen für die Digitalisierung von Anlagen ein einheitliches Netzwerk bis in die Feldebene. Große Mengen an Prozessdaten und zunehmend mehr Diagnose- und Asset Management-Daten müssen in Echtzeit über teilweise große Entfernungen übertragen werden. Neue Konzepte wie die NAMUR Open Architecture (NOA) oder der Open Process Automation Standard (O-PASTM) erfordern eine leistungsfähige und flexible Infrastruktur. Geräte und Systeme sollten auf Basis von global standardisierten Technologien von möglichst allen Herstellern verfügbar sein und interoperabel miteinander agieren.
Für Leitsystem-Lieferanten wird die Gestaltung moderner Automatisierungsstrukturen mit Ethernet-APL deutlich einfacher. Damit lassen sich neue, leistungsfähige Konzepte für Prozesssteuerung, Anlagen-Diagnose und Plant Asset Management gestalten. Höhere Bandbreiten bis ins Feld erlauben neue, umfangreiche Funktionalitäten und können einen echten Mehrwert bieten. Es entstehen damit moderne, zukunftsfähige Anlagen mit gesteigerter Produktivität und Qualität im internationalen Wettbewerbsumfeld.
Eine durchgängige Ethernet-Infrastruktur in Prozessanlagen vereinfacht sowohl die Planung als auch die Inbetriebnahme und Trouble Shooting für den EPC und System-Integrator. Änderungen und Modifikationen sind deutlich schneller und flexibler durchzuführen als bei den heutigen meist inhomogenen Feldinstallationen. Ethernet-APL unterstützt die bekannte Trunk-Spur Topologie und den Einsatz etablierter Kommunikationsprotokolle wie EthernNet/IP, HART-IP, OPC UA und PROFINET wodurch die Integration in bestehende und neue Anlagen deutlich einfacher wird.
Mit Ethernet-APL ergeben sich neue Möglichkeiten bei der Entwicklung von Feldgeräten. Bei Bandbreiten von 10 MBit/s können Gerätehersteller zusätzliche Features und Applikationen mit echtem Kunden-Nutzen konzipiert werden. Als IEEE konformes Ethernet stehen bereits viele Tools und Dienste serienmäßig zur Verfügung. Das neue 2-WISE Konzept für eigensichere Ethernet-Systeme basiert auf einem internationalen Standard, der dem Anwender vollständige Interoperabilität für die Installation in explosionsgefährdeten Bereichen bietet.
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