Alles, was Sie über Ethernet-APL wissen müssen, in weniger als 5 Minuten

Das erste Gerät, das ich je konfiguriert habe, war ein pneumatischer Differenzdrucktransmitter. Okay, ich habe nie gesehen, dass er tatsächlich funktioniert, weil es nur eine Übung war. Aber wir haben während meiner technischen Ausbildung trotzdem viel über diese Art von alter Technologie gelernt.

Zu dieser Zeit war Foundation Fieldbus die neueste Technologie, aber wir sprachen bereits über den Tag, an dem das Feld mit Ethernet und drahtlosen Geräten gefüllt sein würde. Ein paar Jahre später war ich Teil dieses Technologiewandels und testete diese neuen Geräte.

Wir haben uns immer gefragt, wann wir Power-over-Ethernet-Geräte haben würden, die Sinn machen. Die obere Ebene der Automatisierungspyramide war bereits mit 4-Draht-Ethernet-Geräten wie Treibern, Analysatoren und Durchflussmessern gefüllt.

Nun, die Zeit vergeht rasend schnell, und hier sind wir nun, mit Ethernet-APL, um das Spiel endlich zu drehen. Lassen Sie uns also sehen, wie einfach es sein wird, bald eine komplette Ethernet-Anlage zu haben.

Was ist Ethernet-APL?

Zunächst einmal steht APL für "Advanced Physical Layer". Diese physikalische Schicht unterstützt viele Protokolle - PROFINET, EtherNet/IP, OPC-UA, HART-IP und mehr.

Die Entwicklung dieser Technologie wurde 2018 als "das APL-Projekt" ins Leben gerufen. Eine breite Liste von Organisationen trat dem Projekt bei, um IEEE- und IEC-Standards zu verbessern. Die Entwickler nutzten bestehende Standards, in der Erwartung, dass sie vom Markt stark angenommen werden.

Mit dem geschirmten 2-Draht-Kabel, das Sie bereits kennen, erhalten Sie eine schleifenbetriebene Kommunikation mit einer zuverlässigen und einfachen Netzwerkstruktur und -topologie. Ethernet-APL ist voll-duplex und verwendet Kabellängen von bis zu 1000 Metern bei 10 Mbit/s.

Was sind die Vorteile von Ethernet-APL?

Gute Frage. Der erste ist die Flexibilität in Bezug auf die Protokolle, die in dieser physikalischen Schicht unterstützt werden. Sie können jedes gängige und standardisierte Ethernet-Protokoll verwenden, das Sie möchten.

Später in diesem Artikel werden wir darüber sprechen, wie es mit dem industriellen IoT zusammenhängt, aber bis dahin sollten Sie wissen, dass die physikalische Schicht mit den meisten IIoT-Konzepten übereinstimmt, die Sie da draußen finden.

Lassen Sie uns nun die praktischen Geschenke auflisten, die Ethernet-APL Ihnen wie der Weihnachtsmann bringen wird:

• Geringer Aufwand bei der Netzwerkkonfiguration
• Gleiche Werkzeuge in IT und OT für die Fehlersuche
• Minimale Installationszeit und -kosten
• Ethernet-APL verwendet ein 2-adriges Feldbuskabel
• Unterstützung für große Entfernungen (bis zu 1000 Meter)
• Digitale Kommunikation und Stromversorgung über das gleiche Kabel
• Nennwerte und Zertifizierungen für Gefahrenbereiche und Eigensicherheit
• Überspannungsschutz und Widerstandsfähigkeit gegen elektromagnetische Störungen
• Potenzielle Wiederverwendung von Typ-A-Feldbuskabeln, was die Migration einfacher macht als bei anderen Technologien

Was sind die Ethernet-APL-Komponenten und -Topologien?

Ethernet-APL unterstützt verschiedene Topologien: Trunk-and-Spur oder Sterntopopogie. Die Verbindungen sind nur Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen den einzelnen Verbindungen mit den Switches, die ein Segment bilden.

Jeder Ethernet-APL-Switch isoliert die Kommunikation zwischen den Segmenten, wodurch Störungen wie Übersprechen vermieden werden. Außerdem schützt er die Kommunikation vor Problemen oder Störungen durch Geräte in anderen Segmenten.

Hier sind die technischen Eigenschaften, die für Ethernet-APL gelten.

Wenn wir über Switches sprechen, haben wir auch zwei Punkte, die topologische Flexibilität ermöglichen. Erstens gibt es die Power-Switches, die einen oder mehrere Trunk-Ports mit Strom und Kommunikation versorgen. Sie werden von außen mit Strom versorgt.

Zweitens haben wir die Field Switches, die Ports bereitstellen, an denen wir Spurs haben können. Die Stromversorgung erfolgt in diesem Fall über die Hauptleitung oder eine externe Quelle.

Diese Grafik zeigt ein Beispiel für eine Trunk-and-Spur-Topologie:

Dies ist eine Sterntopologie:

Wie einfach ist die Ethernet-APL-Feldinstallation?

Die Entwickler dieser Technologie wollten die Chancen für eine breite Akzeptanz in der Industrie erhöhen und haben daher bekannte Typen wie Schraubklemmen, Federzugklemmen sowie M8- und M12-Steckverbinder verwendet. Diese sind Ihnen sicher bekannt, oder?

Das Kabel zur Implementierung von Ethernet-APL ist ebenfalls bekannt, das Typ-A-Feldbuskabel (100 Ohm Widerstand, +/-20 Ohm Toleranz), IEC 61158-2, das als Referenzkabel für AWG-Klassen 26-14 und Verdrahtungsquerschnitte von 0,324 bis 2,5 mm2 verwendet wird.

Um die bei anderen Technologien auftretenden Verdrahtungsfehler zu reduzieren, hat Ethernet-APL die Polaritätsunabhängigkeit eingeführt. Die Feldgeräte dürfen sich nicht gegenseitig stören, und ihre Konfiguration erfolgt nur von Peer zu Peer.

Die 2-WISE-Spezifikation ist ein zusätzliches, in Ethernet-APL integriertes Merkmal, das die Parameter für eigensichere Stromkreise definiert. Das Konzept ist von FISCO abgeleitet. Alle Regeln einer eigensicheren Anwendung sind die gleichen, da Ingenieure und Techniker im Feld bereits damit vertraut sind.

Die Feldgeräte-Konfiguration erfolgt schnell mit der Wizard-App und der automatischen Einrichtung; Ethernet-APL ermöglicht eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung für eine einfache, schnelle Inbetriebnahme. Industrie-Tablets wie der Field Xpert SMT70 werden zusammen mit Smartphones und Kabeltestgeräten zu alltäglichen Werkzeugen für Techniker im Feld, die mit digitalen Instrumenten arbeiten.

Ethernet-APL und industrielles IoT

Diese Technologie wurde entwickelt, um sofort in konkrete Konzepte für das industrielle Internet der Dinge umgesetzt zu werden, um den Bau, die Inbetriebnahme und den Betrieb von Prozessanlagen zu vereinfachen. Um diesen Weg zu erleichtern, gibt es die NAMUR Open Architecture (NOA) und die Open Process Automation Standards (O-PAS™) des Open Process Automation Forum (OPAF).

Mit IIoT-Cloud-basierten Diensten wie Netilion Ecosystem von Endress+Hauser werden wir bald Ethernet-APL-Anwendungen haben, die die Konnektivität zwischen dem Feld und der Cloud unterstützen und die richtigen Dienste für verschiedene Zwecke wie Diagnose und vorausschauende Wartung bieten.

Diese Anwendungen ermöglichen eine transparente Integration zwischen OT und IT und konzentrieren sich auf eine einzige Netzwerktechnologie. Bleiben Sie dran - wir werden in Kürze weitere Informationen über Ethernet-APL, Anwendungen und technische Ratschläge veröffentlichen.

Wir sehen uns dann!

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