Prototipo del switch Ethernet APL con el sensor conectado

Conexión Ethernet sencilla de sensores mediante switches de campo APL

¿Qué se entiende por Ethernet APL?

Las siglas APL provienen de Advanced Physical Layer y hacen referencia al desarrollo continuo de la transmisión física de datos en redes Ethernet. Esta Physical Layer ofrece la posibilidad de intercambiar datos Ethernet a través de solo dos hilos, en lugar de los cuatro u ocho hilos utilizados hasta el momento.

Además de la comunicación pura, la tecnología permite también de manera opcional la fuente de alimentación de los equipos conectados en el mismo par de hilos.

Ethernet APL es, por tanto, una de las diversas versiones de Single Pair Ethernet (SPE) y permite la conexión directa de sensores, de forma que también hace posible una comunicación continua en los últimos metros del área del campo.

¿Cuál es la diferencia entre SPE y Ethernet APL?

La tecnología Single Pair Ethernet abarca diversos estándares que admiten distintas velocidades de transmisión de datos y longitudes de cable y que, de esta forma, son aptas para distintas aplicaciones. Se distingue entre los estándares 10BASE-T1S, 10BASE-T1L, 100BASE-T1 y 1000BASE-T1.

Comparación de las velocidades de transmisión de datos y las longitudes de cable de los distintos estándares Ethernet

Advanced Physical Layer emplea el estándar 10BASE-T1-L de IEEE 802.3cg junto con el estándar IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) y respalda los métodos de la protección contra explosiones, incluida la seguridad intrínseca. Ethernet APL permite así el uso en zonas Ex y además permite salvar grandes distancias de hasta 1000 m con 10 MBit/s.

Características de Ethernet APL

La tecnología APL destaca por las siguientes características:

  • puenteo de distancias grandes: longitud de trunk hasta 1000 m, spur hasta 200 m
  • posibilidad de uso en zonas protegidas contra explosión (zonas 0, 1 y 2)
  • interoperabilidad de los equipos y sistemas de distintos fabricantes
  • posibilidad de registro y análisis de numerosos datos adicionales (Big Data) – posibilidad de crear nuevas soluciones como Predictive Maintenance (mantenimiento predictivo) para aumentar la disponibilidad
  • modernización rentable de las instalaciones gracias al uso del cableado disponible y protocolos Ethernet probados, como EtherNet/IP™, HART-IP, OPC UA y PROFINET
Imagen de una instalación de procesos y una red Ethernet APL sugerida

Ethernet APL en instalaciones de procesos

¿Dónde se emplea Ethernet APL?

Advanced Physical Layer permite la conexión directa de equipos y sensores en aplicaciones de tecnología de procesos en zonas Ex. Mediante la integración Ethernet directa, se puede renunciar a las costosas soluciones de pasarelas de enlace cuando se debe acceder a los datos desde la zona de campo. Por tanto, Ethernet APL se convierte en una base rentable y en facilitador para el Internet industrial de las cosas en la automatización de procesos. Al mismo tiempo, permite implantar nuevos conceptos como NAMUR Open Architecture (NOA) u Open Process Automation Standard (O-PAS™). De esta forma, distintos grupos de aplicaciones pueden aprovechar la nueva tecnología:

  • empresas operadoras y usuarios
  • proveedores de sistemas de control
  • EPC e integradores de sistemas
  • fabricantes de equipos

Estructura de una red APL

Ethernet APL se puede emplear tanto en instalaciones compactas (p. ej. farmacéutica, química) como en instalaciones extensas de la industria de procesos. Para grandes alcances, se emplea la topología trunk y spur.

Los switches Ethernet APL instalados en campo están previstos para el uso en zonas Ex (zona 1 y 2 o división 2), por lo que se pueden garantizar todos los estrictos requisitos de protección contra explosiones con los índices de protección de seguridad elevada o seguridad intrínseca.

Diseño de una red APL para instalaciones extensas de la industria de procesos
Switch de alimentación
Mediante el switch de alimentación, Ethernet APL se conecta con el nivel más alto en el armario de control. Para ello, alimenta la potencia y la comunicación de datos en uno o varios puertos trunk. Para ello, el switch de alimentación recibe tensión externamente.
Cables trunk
Los cables trunk ofrecen una alta potencia para la alimentación de equipos, así como amplias longitudes de cable de hasta 1000 m entre switches de campo APL en la zona 1.
Switch de campo
El switch de campo dispone de puertos APL spur a los que se conectan los equipos de campo y los instrumentos. De esta forma, se puede suministrar corriente mediante un cable Ethernet APL (trunk) o externamente.
Equipos de campo
Mediante el switch de campo se pueden distribuir señales de comunicación y energía a través de los spurs a los equipos de campo.
Cables spur
Los cables spur transmiten una potencia inferior con seguridad intrínseca opcional en longitudes de hasta 200 m en la zona 0.

Además, la topología de la red se puede diseñar de forma flexible, de manera que permite realizar diseños compactos. En este caso, se puede renunciar al trunk, ya que los switches APL conectan directamente los puertos spur APL a la Ethernet estándar.

Diseño de una red APL para instalaciones compactas
Switch de campo
El switch de campo dispone de puertos APL spur a los que se conectan los equipos de campo y los instrumentos. De esta forma, se puede suministrar corriente mediante un cable Ethernet APL (trunk) o externamente.
Cables spur
Los cables Spur transportan una potencia inferior con seguridad intrínseca opcional en longitudes de hasta 200 m en la zona 0.
Equipos de campo
Mediante el switch de campo se pueden distribuir señales de comunicación y energía a través de los spurs a los equipos de campo.
Logotipo de Ethernet APL

Logotipo del proyecto Ethernet APL

Nuestro compromiso en el ámbito de Ethernet APL

En el proyecto Ethernet APL, Phoenix Contact trabaja con otros proveedores líderes de la tecnología de procesos en la realización de una solución Ethernet de dos hilos que cumpla los requisitos del usuario. Junto con las organizaciones de normalización PROFIBUS & PROFINET International, FieldComm Group, ODVA y OPC Foundation, los socios de la industria están consolidando un estándar abierto basado en una nueva capa física para su uso en la automatización de procesos.

Phoenix Contact presentó los primeros prototipos funcionales de switches Ethernet APL en demostradores en la sede central de NAMUR a finales de 2019 y en el Foro ARC en febrero de 2020. La NAMUR Installation con los socios de proyecto APL ABB, Endress+Hauser, KROHNE y SAMSON utilizó el protocolo PROFINET para conectar los datos a una HMI y a la nube mediante un switch Ethernet APL y la PLCnext Technology. En el Foro ARC, se mostró la conexión a través de OPC UA junto con ABB.

Otras nuevas tecnologías de comunicación Comunicación universal hasta el campo

En estos momentos, en muchos gremios y proyectos de estandarización están surgiendo nuevos estándares de comunicación como OPC UA, TSN, SPE y 5G. Estas nuevas tecnologías no se deben abordar de manera independiente, sino que forman juntas la comunicación del futuro.
Como líder tecnológico con más de 30 años de experiencia en el ámbito de la tecnología de comunicación industrial, Phoenix Contact participa en todos los organismos de normalización importantes. En ellos, contribuimos a elaborar para usted el nuevo estándar de comunicación universal para la automatización.

En nuestras páginas obtendrá más información sobre los nuevos estándares.