Ethernet-APL

Das Ethernet, das bis zum Feldgerät reicht

In der Prozessindustrie ist Ethernet-APL schon seit Jahren ein viel diskutiertes Thema. Jetzt ist es endlich so weit. Die erforderlichen Standards sind verabschiedet. Erste Produkte sind auf dem Markt. Die Industrie steht vor einer Fülle völlig neuer Anwendungen und Möglichkeiten.

Ethernet-APL ist nichts Geringeres als der entscheidende Standard, der die Digitalisierung auch in der Prozessindustrie voranbringen wird. Es ist ein offene Technologie basierend auf IEC und IEEE Standards, entwickelt von fünf führenden Technologiepartnern im Bereich der Prozesssteuerung, drei Anbietern von Infrastruktur-Komponenten und vier Herstellern von Feldinstrumenten.

Im Frühjahr 2021 wurde Ethernet-APL als offizieller Standard für die Prozessindustrie verabschiedet. Auch erste Produkte sind bereits auf dem Markt. Sie ermöglichen uneingeschränkte Ethernet-Kommunikation bis hinunter zu jedem einzelnen Feldgerät. Ethernet-APL ist somit bereit für den Einsatz in der realen Welt der Prozessanlagen.

APL steht für Advanced Physical Layer. Bei Ethernet-APL handelt es sich also um eine physikalische Ebene, die auf bestehende Infrastrukturen und Systemumgebungen aufsetzt. Die Technologie eröffnet nicht nur der Prozessindustrie völlig neue Möglichkeiten in Richtung Flexibilität, Rentabilität und Anlagenverfügbarkeit. Sie lässt sich auch uneingeschränkt sowohl bei neuen, als auch bei bestehenden Prozessanlagen einsetzen.

Schrittweise Migration der vorhandenen Basis

Pepperl+Fuchs war eine der treibenden Kräfte hinter Ethernet-APL. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Mannheim bietet schon seit geraumer Zeit seinen Ethernet-APL-fähigen FieldConnex Rail Field Switch an. Der Switch ist ein typisches Beispiel für die einfache und flexible Migration einer vorhandenen Prozessanlage zu Ethernet-APL. Vor allem Anlagen mit PROFINET oder PROFIBUS PA Kommunikation lassen sich damit ohne großen Aufwand in die IT-Umgebung des Unternehmens einbinden.

Der Switch kann Punkt-zu-Punkt-Verbindungen für bis zu 24 Geräte bereitstellen und versorgt diese auch mit Energie. Dabei können die Stichleitungen bis zu 200 m lang sein. Die Verbindung zum Host kann per LWL sogar über Entfernungen bis 2000 m erfolgen. Die ständige Überwachung der Signalqualität erfolgt über die serienmäßig enthaltene Physical-Layer Diagnose. Ring-Redundanz von Kupfer- oder LWL-Verbindungen nach dem Medien Redundanz Protokoll (MRP) sorgt für hohe Anlagenverfügbarkeit.

Der Switch überträgt jedes gängige Protokoll wie TCP/IP, ftp, http, EtherNet/IP, HART-IP oder OPC UA und übersetzt dabei transparent die Physik von Ethernet-APL auf etablierte Ethernet-Standards mit 10, 100 oder 1000 MB/s. Er erkennt automatisch vorhandene PROFIBUS PA Feldgeräte und bildet mit allen angeschlossenen Geräten ein modulares PROFINET IO Gerät.

Das ermöglicht erstmals den gemischten Betrieb von PROFIBUS PA und PROFINET over APL-Geräten über ein und dasselbe Netzwerk. Ein Vorteil dabei ist, dass sich die Migration zu Ethernet-APL-kompatiblen Feldgeräten auch schrittweise realisieren lässt. So kann der Anlagenbetreiber zum Beispiel von Fall zu Fall entscheiden, wann und für welches Gerät die zusätzliche Funktionalität und höhere Übertragungsgeschwindigkeit von Ethernet-APL genutzt werden soll.

Gewohnte Handhabung mit vertrauter Hardware

Unabhängig von der Topologie des Automationssystems beruht Ethernet-APL auf derselben Punkt-zu-Punkt-Verbindung, die schon von der analogen 4-20 mA-Technik her vertraut ist. Auch lassen sich dieselben abgeschirmte Typ A Kabelverbindungen weiterverwenden, wie sie schon vom PROFIBUS PA und Foundation Fieldbus H1 bekannt sind. Dasselbe trifft auf die Anschlusstechnik zu. Da die Geräte an verschiedenen elektrischen Kreisen hängen, ist eine gegenseitige Störung ausgeschlossen.

Die Ausgänge des Switches sind eigensicher nach Ex ia IIC für Zone 2. Die Eigensicherheit lässt sich auf denkbar einfache Weise und ohne Berechnungen nach dem IEC Standard 2-WISE nachweisen. Der Migration von PROFIBUS auf Ethernet-APL stellt daher auch hardwareseitig keine wesentliche Umstellung dar.

Installation und Wartung einfacher als je zuvor

Mithilfe von Ethernet-APL lässt sich eine direkte Ethernet-Verbindung zur Feldinstrumentierung aufbauen. Dabei erkennt ein Topologie-Scan automatisch alle ins System eingebundenen Feldgeräte. Das ermöglicht zum Beispiel die direkte Übernahme in das Engineering- und Asset Management System.

Auch der Austausch eines Feldgeräts ist einfacher als je zuvor und erfordert keinerlei Konfiguration vor Ort. Die Konfigurationsdaten werden ohne manuelles Zutun automatisch vom System bezogen und eingelesen.

Der Servicetechniker muss auch nicht zwingend vor Ort sein, um auf ein bestimmtes Feldgerät zugreifen zu können. Er braucht dafür noch nicht einmal ein Messgerät. Durch die Kommunikation nach dem weltweit gebräuchlichen Ethernet-Standard lassen sich alle verfügbaren Informationen ganz einfach über einen Webbrowser anzeigen - und das sowohl vor Ort als auch über jedes Handy, Tablet oder Notebook mit Internet-Zugang. Das ermöglicht zum Beispiel eine gezielte Ferndiagnose und das nicht nur in der Leitzentrale, sondern an jedem beliebigen Ort innerhalb und außerhalb des Unternehmens.

Wobei die Verfügbarkeit der Feldgeräte- und Prozessdaten über Ethernet nicht nur Vorteile bei Engineering, Installation und Wartung bringt. Vielmehr ist Ethernet-APL die entscheidende Basistechnologie, die eine Fülle von Anwendungen und Möglichkeiten eröffnet, an die heute noch niemand denkt.

Auf einen Blick:

  • Ethernet auf zwei Drähten über lange Kabelwege
  • Robust und mit Explosionsschutz
  • Zuverlässig ohne Übersprechen durch Punkt-zu-Punkt-Verbindung
  • Abruf von Status, Konfiguration und Diagnose über Fernzugriff – von überall
  • Komfort im Umgang bedeutet Erleichterung und hohe Arbeitsqualität

Autor: Andreas Hennecke, Pepperl+Fuchs SE

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