Prototyp des Ethernet-APL-Switches mit angeschlossenem Sensor

Einfache Ethernet-Anbindung von Sensoren mithilfe des APL Field Switches

Was versteht man unter Ethernet-APL?

Die Abkürzung APL steht für Advanced Physical Layer und bedeutet eine Weiterentwicklung der physikalischen Datenübertragung in Ethernet-Netzwerken. Dieser Physical Layer schafft die Möglichkeit, Ethernet-Daten über nur zwei Drähte, statt bisher über vier oder acht Drähte, auszutauschen.

Neben der reinen Kommunikation ermöglicht die Technologie auch optional auf demselben Adernpaar die Stromversorgung angeschlossener Geräte.

Ethernet-APL ist somit eine von mehreren Ausprägungen des Single Pair Ethernets (SPE) und ermöglicht die direkte Anbindung von Sensoren, sodass auch eine durchgängige Kommunikation auf den letzten Metern im Feldbereich ermöglicht wird.

Was ist der Unterschied zwischen SPE und Ethernet-APL?

Die Single Pair Ethernet-Technologie umfasst verschiedene Standards, die unterschiedliche Datenraten und Kabellängen unterstützen und somit für verschiedene Anwendungen geeignet sind. Man unterscheidet zwischen den Standards 10BASE-T1S, 10BASE-T1L, 100BASE-T1 und 1000BASE-T1.

Datenraten und Kabellängen der verschiedenen Ethernet Standards im Vergleich

Advanced Physical Layer verwendet den 10BASE-T1-L-Standard aus der IEEE 802.3cg zusammen mit dem IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) Standard (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) und unterstützt Methoden des Explosionsschutzes inklusive der Eigensicherheit. Ethernet-APL ermöglicht somit den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen und die Überbrückung großer Distanzen bis 1000 m bei 10 MBit/s.

Merkmale von Ethernet-APL

Die APL-Technologie zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

  • Überbrückung großer Distanzen: Trunk-Länge bis 1000 m, Spurs bis 200 m
  • Einsatz in explosionsgeschützten Bereichen möglich (Zonen 0, 1 und 2)
  • Interoperabilität der Geräte und Systeme verschiedener Hersteller
  • Erfassung und Analyse zahlreicher Zusatzdaten möglich (Big Data) – neue Lösungen wie Predictive Maintenance zur Steigerung der Verfügbarkeit realisierbar
  • Kostengünstige Anlagenmodernisierung dank Nutzung vorhandener Verkabelungen und bewährter Ethernet-Protokolle, wie EtherNet/IP™, HART-IP, OPC UA und PROFINET
Bild einer Prozessanlage und einem angedeuteten Ethernet-APL Netzwerk

Ethernet-APL in Prozessanlagen

Wo wird Ethernet-APL eingesetzt?

Advanced Physical Layer ermöglicht den direkten Anschluss von Geräten und Sensoren in den Ex-Bereichen prozesstechnischer Anwendungen. Durch die direkte Ethernet-Integration kann auf aufwendige Gateway-Lösungen verzichtet werden, wenn auf Daten aus dem Feldbereich zugegriffen werden soll. Ethernet-APL ist somit die wirtschaftliche Basis und der Wegbereiter für das IIoT in der Prozessautomation. Gleichzeitig ermöglicht es neue Konzepte, wie die NAMUR Open Architecture (NOA) oder den Open Process Automation Standard (O-PAS™). Von der neuen Technologie können somit unterschiedliche Anwendergruppen profitieren:

  • Betreiber und Anwender
  • Leitsystemlieferanten
  • EPCs und Systemintegratoren
  • Gerätehersteller

Aufbau eines APL-Netzwerks

Ethernet-APL kann sowohl in kompakten Anlagen (z. B. Pharmazie, Chemie) als auch in ausgedehnten Anlagen in der Prozessindustrie eingesetzt werden. Für große Reichweiten wird die Trunk- und Spur-Topologie genutzt.

Die im Feld installierten Ethernet-APL-Switches sind für den Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen (Zone 1 und 2 oder Division 2) vorgesehen, sodass alle hohen Anforderungen an den Explosionsschutz mit den Schutzarten erhöhte Sicherheit oder Eigensicherheit gewährleistet werden können.

Aufbau eines APL-Netzwerks für ausgedehnte Anlagen in der Prozessindustrie
Power Switch
Ethernet-APL wird mithilfe des Power Switch mit der obersten Ebene im Schaltschrank verbunden. Dazu speist er die Leistung und Datenkommunikation in einen oder mehrere Trunk-Ports ein. Der Power Switch wird hierzu extern mit Spannung versorgt.
Trunk-Kabel
Die Trunk-Kabel bieten hohe Leistung zur Geräteversorgung sowie große Kabellängen von bis zu 1000 m zwischen APL Field Switches in Zone 1.
Field Switch
Der Field Switch verfügt über APL-Spur-Ports, an denen die Feldgeräte und Instrumente angeschlossen werden. Dabei kann er über eine Ethernet-APL-Leitung (Trunk) oder extern mit Strom versorgt werden.
Feldgeräte
Mithilfe des Field Switch können sowohl Kommunikationssignale als auch Energie über die Spurs an die Feldgeräte verteilt werden.
Spur-Kabel
Die Spur-Kabel führen eine geringere Leistung mit optionaler Eigensicherheit für Längen bis zu 200 m in Zone 0.

Zudem kann die Netzwerktopologie flexibel projektiert werden, sodass auch kompakte Layouts realisierbar sind. Hier kann auf die Ausprägung des Trunks verzichtet werden, in dem die APL-Switches die APL-Spur-Ports direkt an das Standard-Ethernet anbinden.

Aufbau eines APL-Netzwerks für kompakte Anlagen
Field Switch
Der Field Switch verfügt über APL-Spur-Ports, an denen die Feldgeräte und Instrumente angeschlossen werden. Dabei kann er über eine Ethernet-APL-Leitung (Trunk) oder extern mit Strom versorgt werden.
Spur-Kabel
Die Spur-Kabel führen eine geringere Leistung mit optionaler Eigensicherheit für Längen bis 200 m in Zone 0.
Feldgeräte
Mithilfe des Field Switch können sowohl Kommunikationssignale als auch Energie über die Spurs an die Feldgeräte verteilt werden.
Logo Ethernet-APL

Logo des Ethernet-APL-Projekts

Unser Engagement im Bereich Ethernet-APL

Im Ethernet-APL-Projekt arbeitet Phoenix Contact mit weiteren führenden Anbietern der Prozesstechnik an der Realisierung einer Zweidraht-Ethernet-Lösung, die die Anwenderforderungen erfüllt. Gemeinsam mit den Standardisierungsorganisationen PROFIBUS & PROFINET International, FieldComm Group, ODVA und OPC Foundation etablieren die Industriepartner hierzu einen offenen Standard auf Basis einer neuen physikalischen Schicht für den Einsatz in der Prozessautomation.

Phoenix Contact hat erste funktionsfähige Prototypen von Ethernet-APL-Switches in Demonstratoren auf der NAMUR Hauptsitzung Ende 2019 sowie dem ARC Forum im Februar 2020 vorgestellt. Die NAMUR Installation mit den APL-Projektpartnern ABB, Endress+Hauser, KROHNE und SAMSON nutzte das PROFINET-Protokoll, um Daten mit Hilfe eines Ethernet-APL-Switches und der PLCnext Technologie mit einem HMI und der Cloud zu verbinden. Auf dem ARC-Forum konnte gemeinsam mit ABB die Anbindung über OPC UA gezeigt werden.

Weitere neue Kommunikationstechnologien Durchgängig bis ins Feld kommunizieren

In vielen Gremien und Standardisierungsprojekten entstehen im Moment neue Kommunikationsstandards wie OPC UA, TSN, SPE und 5G. Diese neuen Technologien sind jedoch nicht unabhängig voneinander zu sehen, sondern bilden gemeinsam die Kommunikation der Zukunft.
Als Technologieführer mit mehr als 30 Jahren Erfahrung im Bereich der industriellen Kommunikationstechnik engagiert sich Phoenix Contact in allen wichtigen Standardisierungsgremien. Dort gestalten wir für Sie den neuen, herstellerübergreifenden Kommunikationsstandard für die Automatisierung mit.

Erfahren Sie auf unseren Seiten mehr über die neuen Standards.