Ethernet-APL-kytkimen prototyyppi ja liitetty anturi

Anturien yksinkertaiset Ethernet-liitännät APL-kenttäkytkimien avulla

Mitä Ethernet-APL tarkoittaa?

APL on lyhenne sanoista Advanced Physical Layer ja tarkoittaa fyysisen tiedonsiirron jatkokehittämistä Ethernet-verkoissa. Tämän fyysisen kerroksen (physical layer) ansiosta Ethernet-tietoja voidaan siirtää aiemman neljän tai kahdeksan johtimen sijasta vain kahden johtimen kautta.

Teknologia mahdollistaa pelkän tiedonsiirron lisäksi valinnaisesti myös liitettyjen laitteiden sähkönsyötön saman johdinparin kautta.

Ethernet-APL on siten yksi Single Pair Ethernetin (SPE) ilmenemismuoto ja mahdollistaa anturien liittämisen suoraan, jotta tiedonsiirto voidaan varmistaa aukottomasti aina kenttätason viimeisille metreille asti.

Mikä ero on SPE:llä ja Ethernet-APL:llä?

Single Pair Ethernet -teknologia kattaa useita eri standardeja, jotka tukevat eri tiedonsiirtonopeuksia ja kaapelipituuksia. Siksi se soveltuu käytettäväksi useissa eri sovelluksissa. SPE kattaa 10BASE-T1S-, 10BASE-T1L-, 100BASE-T1- ja 1000BASE-T1-standardit.

Eri Ethernet-standardien tiedonsiirtonopeuksien ja kaapelipituuksien vertailu

Advanced Physical Layer käyttää IEEE 802.3cg -standardissa standardoitua 10BASE-T1-L-standardia yhdessä IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) -standardin (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) kanssa ja tukee räjähdyssuojauksen menetelmiä sekä luontaista turvallisuutta. Siten Ethernet-APL mahdollistaa käytön räjähdysvaarallisilla alueilla ja pitkien etäisyyksien silloittamisen 1 000 metriin asti 10 megabitin sekuntinopeudella.

Ethernet-APL:n ominaisuudet

APL-teknologian ominaisuudet:

  • Pitkien etäisyyksien silloitus: yhdyskaapelien pituus 1 000 metriin asti ja haarakaapelien 200 metriin asti
  • Käyttö räjähdysvaarallisilla alueilla (alueet 0, 1 ja 2)
  • Käytettävissä eri valmistajien laitteissa ja järjestelmissä
  • Lukuisten lisätietojen (Big Data) kerääminen ja analysointi – toteutettavissa uusia ratkaisuja, kuten Predictive Maintenance käytettävyyden parantamiseen
  • Laitteistoja voidaan uudistaa edullisesti olemassa olevien kaapeleiden ja luotettavien Ethernet-protokollien (kuten EtherNet/IP™, HART-IP, OPC UA ja PROFINET) ansiosta
Kuva prosessilaitteistosta ja valitusta Ethernet-APL-verkosta

Ethernet-APL prosessilaitteistoissa

Missä Ethernet-APL:ää käytetään?

Advanced Physical Layer mahdollistaa laitteiden ja anturien liittämisen suoraan prosessiteknisten sovellusten räjähdysvaarallisilla alueilla. Suoran Ethernet-integraation ansiosta voidaan luopua työläistä yhdyskäytäväratkaisuista, kun tietoihin päästään käsiksi kentältä. Ethernet-APL on siten taloudellinen perusta ja uranuurtaja prosessiautomaation IIoT:lle. Samanaikaisesti se mahdollistaa uudet konseptit, kuten NAMUR Open Architecturen (NOA) tai Open Process Automation Standardin (O-PAS™). Siksi useat eri käyttäjäryhmät voivat hyötyä tästä uudesta teknologiasta:

  • Omistaja ja käyttäjä
  • Ohjausjärjestelmien toimittajat
  • EPC:t ja järjestelmäintegraattorit
  • Laitevalmistajat

APL-verkon rakenne

Ethernet-APL:ää voidaan käyttää niin kompakteissa laitteistoissa (kuten lääke- ja kemianteollisuudessa) kuin prosessiteollisuuden laajoissa järjestelmissä. Pitkillä etäisyyksillä käytetään yhdys- ja haaratopologiaa.

Kentälle asennetut Ethernet-APL-kytkimet on tarkoitettu käytettäviksi räjähdysvaarallisilla alueilla (alueet 1 ja 2 tai ryhmä 2), joten ne täyttävät kaikki korotetun turvallisuuden tai luonnostaan turvallisen suojausluokan mukaiselle räjähdyssuojaukselle asetetut korkeat vaatimukset.

APL-verkon rakenne prosessiteollisuuden laajoille järjestelmille
Virtakytkin
Virtakytkimen avulla Ethernet-APL liitetään kytkentäkaapin ylimpään tasoon. Lisäksi se huolehtii tehonsyötöstä ja tiedonsiirrosta yhteen tai useaan yhdysporttiin. Tätä varten virtakytkimeen syötetään jännitettä ulkoisesti.
Yhdyskaapelit
Yhdyskaapeleilla laitteisiin voidaan syöttää korkeatehoista virtaa, ja kaapelipituus voi olla 1 000 metriä APL-kenttäkytkimien välillä 1-alueella.
Kenttäkytkin
Kenttäkytkimessä on APL-haaraportteja, joihin kenttälaitteet ja -instrumentit liitetään. Kytkimen virransyöttö voidaan toteuttaa Ethernet-APL-kaapelin (yhdyskaapeli) kautta tai ulkoisesti.
Kenttälaitteet
Kenttäkytkimen avulla kenttälaitteisiin voidaan jakaa sekä tiedonsiirtosignaaleja että energiaa haarakaapelien kautta.
Haarakaapelit
Haarakaapelien kautta siirtyvä teho on vähäistä, mutta kaapeleissa on optimaalinen luontainen turvallisuus 200 metrin pituuksiin asti 0-alueella.

Lisäksi verkkotopologia voidaan suunnitella joustavasti, jolloin voidaan toteuttaa myös kompakteja asetteluja. Tällöin voidaan luopua yhdyskaapeleista, kun APL-kytkimet liittävät APL-haaraportit suoraan tavalliseen Ethernetiin.

Kompaktien järjestelmien APL-verkon rakenne
Kenttäkytkin
Kenttäkytkimessä on APL-haaraportteja, joihin kenttälaitteet ja -instrumentit liitetään. Kytkimen virransyöttö voidaan toteuttaa Ethernet-APL-kaapelin (yhdyskaapeli) kautta tai ulkoisesti.
Haarakaapelit
Haarakaapelien kautta siirtyvä teho on vähäistä, mutta kaapeleissa on optimaalinen luontainen turvallisuus 200 metrin pituuksiin asti 0-alueella.
Kenttälaitteet
Kenttäkytkimen avulla kenttälaitteisiin voidaan jakaa sekä tiedonsiirtosignaaleja että energiaa haarakaapelien kautta.
Ethernet-APL:n logo

Ethernet-APL-projektin logo

Panostuksemme Ethernet-APL:ään

Phoenix Contact työskentelee Ethernet-APL-projektissa yhteistyössä muiden johtavien prosessitekniikan tarjoajien kanssa käyttäjävaatimusten täyttävän kaksijohtimisen Ethernet-ratkaisun toteuttamiseksi. Teollisuuskumppanit laativat tätä varten yhdessä PROFIBUS & PROFINET International-, FieldComm Group-, ODVA- ja OPC Foundation -standardointijärjestöjen kanssa avoimen standardin uuden fyysisen kerroksen pohjalta prosessiautomaatiossa käyttöä varten.

Phoenix Contact on esitellyt Ethernet-APL-kytkimien ensimmäiset toimivat prototyypit NAMUR Hauptsitzung -konferenssissa vuoden 2019 lopussa ja ARC Forumissa helmikuussa 2020. NAMUR Installation ja APL-projektikumppanit ABB, Endress+Hauser, KROHNE ja SAMSON hyödynsivät PROFINET-protokollaa tietojen yhdistämisessä HMI:hin ja pilveen Ethernet-APL-kytkimien ja PLCnext Technologie -teknologian avulla. Yhteys OPC UA:n kautta voitiin esitellä ARC-Forumissa yhdessä ABB:n kanssa.

Muut uudet tiedonsiirtotekniikat Yhtenäinen tiedonsiirto kentälle asti

Tällä hetkellä useissa toimikunnissa ja standardisointihankkeissa kehitetään uusia tiedonsiirtostandardeja, kuten OPC, UA, TSN, SPE ja 5G. Näitä uusia teknologioita ei kuitenkaan tule nähdä toisistaan riippumattomina, vaan ne yhdessä muodostavat tulevaisuuden tiedonsiirron.
Phoenix Contactilla on teknologiajohtajana yli 30 vuoden kokemus teollisuuden tiedonsiirtotekniikan alalta, ja se on mukana kaikissa tärkeissä standardointikomiteoissa. Niissä suunnittelemme sinulle uutta, eri valmistajille sopivaa automaation tiedonsiirtostandardia.

Lue sivustoltamme lisää uusista standardeista.