Prototype du switch Ethernet APL avec un capteur raccordé

Connexion Ethernet simple de capteurs avec le switch de terrain APL

Qu'est-ce que l'Ethernet APL ?

L'abréviation APL (Advanced Physical Layer) correspond à la couche physique avancée et désigne un perfectionnement de la transmission physique des données dans les réseaux Ethernet. Cette couche physique permet d'échanger des données Ethernet sur deux fils seulement, au lieu de quatre ou huit fils comme jusqu'à présent.

Outre la simple communication, la technologie permet également, en option, d'alimenter les appareils connectés sur la même paire de fils.

L'Ethernet APL est donc l'une des nombreuses versions du Single Pair Ethernet (SPE) et permet la connexion directe de capteurs, de sorte qu'une communication sans interruption est également possible sur les derniers mètres sur le terrain.

Quelle est la différence entre le SPE et l'Ethernet APL ?

La technologie Single Pair Ethernet comprend diverses normes qui prennent en charge différents débits de données et longueurs de câble, et qui sont donc adaptées à différentes applications. On distingue les normes 10BASE-T1S, 10BASE-T1L, 100BASE-T1 et 1000BASE-T1.

Comparatif des débits de données et des longueurs de câbles des différentes normes Ethernet

La couche physique avancée APL utilise la norme 10BASE-T1-L de l'IEEE 802.3cg avec la norme CEI TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) et prend en charge les méthodes de la protection antidéflagrante, y compris la sécurité intrinsèque. L'Ethernet APL permet ainsi l'utilisation dans des zones ATEX et le franchissement de grandes distances jusqu'à 1 000 m pour 10 Mbit/s.

Caractéristiques d'Ethernet APL

La technologie APL se caractérise par les propriétés suivantes :

  • Franchissement de grandes distances : longueur du tronc jusqu'à 1 000 m, tracés jusqu'à 200 m
  • Utilisation en zones ATEX possible (zones 0, 1 et 2)
  • Interopérabilité des appareils et des systèmes de différents fabricants
  • Saisie et analyse de nombreuses données supplémentaires (Big Data) – nouvelles solutions réalisables, telle que la maintenance prédictive pour augmenter la disponibilité
  • Modernisation rentable des installations grâce à l'utilisation des câblages existants et des protocoles Ethernet éprouvés, tels que EtherNet/IP™, HART-IP, OPC UA et PROFINET
Photo d'une installation de process et d'un réseau Ethernet APL simulé

Ethernet APL dans les installations de process

Où est utilisé l'Ethernet APL ?

L'Advanced Physical Layer permet le raccordement direct d'appareils et de capteurs dans les zones ATEX des applications techniques de process. L'intégration directe d'Ethernet permet d'éviter les solutions complexes de passerelles pour accéder aux données depuis le terrain. L'Ethernet APL est donc la base économique et le précurseur de l'IIoT dans l'automatisation des process. Il permet simultanément de nouveaux concepts, comme la NOA (NAMUR Open Architecture) ou l'O-PAS™ (Open Process Automation Standard). Différents groupes d'utilisateurs peuvent ainsi profiter de la nouvelle technologie :

  • Exploitants et utilisateurs
  • Fournisseurs de systèmes de contrôle
  • EPC et intégrateurs de système
  • Constructeurs d'appareils

Mise en place d'un réseau APL

L'Ethernet APL peut aussi bien être utilisé dans des installations compactes (p. ex. domaine pharmaceutique ou chimique) que dans des installations étendues dans l'industrie des process. Pour de grandes distances, on utilise la topologie dite du tronc (trunk) et des branches (spurs).

Les switchs Ethernet APL installés sur le terrain sont prévus pour l'exploitation dans des atmosphères explosibles (zones 1 et 2 ou division 2), de sorte que toutes les exigences élevées en matière de protection antidéflagrante, avec les indices de protection de sécurité accrue ou de sécurité intrinsèque, peuvent être assurées.

Structure d'un réseau APL pour des installations étendues dans l'industrie des process
Switch de puissance
L'Ethernet APL est raccordé par le switch de puissance au niveau le plus élevé dans l'armoire électrique. Pour ce faire, il alimente en puissance et en communication de données un ou plusieurs ports du tronc. Le switch de puissance est pour cela alimenté par une tension externe.
Câble de tronc
Les câbles de tronc ou câbles principaux offrent une puissance élevée pour l'alimentation des appareils ainsi que de grandes longueurs de câbles jusqu'à 1 000 m entre les switchs de terrain APL en zone 1.
Switch de terrain
Le switch de terrain dispose de ports de branches APL sur lesquels les appareillages de terrain et les instruments sont raccordés. Il peut être alimenté par le biais d'un câblage (tronc) Ethernet APL ou de manière externe en électricité.
Appareillages de terrain
Grâce au switch de terrain, les signaux de communication et l'énergie peuvent être distribués aux appareillages de terrain par le biais des branches.
Câbles de branches
Les câbles de branches transportent une puissance plus faible avec une sécurité intrinsèque optionnelle pour des longueurs allant jusqu'à 200 m en zone 0.

De plus, la topologie de réseau peut être configurée de manière flexible, ce qui permet également la réalisation de layouts compacts. Il est ici possible de renoncer à la caractéristique du tronc en raccordant les switchs APL et les ports de branches APL directement sur l'Ethernet standard.

Mise en place d'un réseau APL pour les installations compactes
Switch de terrain
Le switch de terrain dispose de ports de branches APL sur lesquels les appareillages de terrain et les instruments sont raccordés. Il peut être alimenté par le biais d'un câblage (tronc) Ethernet APL ou de manière externe en électricité.
Câbles de branches
Les câbles de branches ou câbles secondaires transportent une puissance plus faible, avec sécurité intrinsèque en option, pour des longueurs jusqu'à 200 m en zone 0.
Appareillages de terrain
Grâce au switch de terrain, les signaux de communication et l'énergie peuvent être distribués aux appareillages de terrain par le biais des branches.
Logo de l'Ethernet APL

Logo du projet Ethernet APL

Notre engagement dans le domaine Ethernet APL

Dans le projet Ethernet APL, Phoenix Contact travaille avec d'autres prestataires leaders de la technique des process à la réalisation d'une solution Ethernet bifilaire, qui répond aux exigences des utilisateurs. En collaboration avec les organismes de normalisation PROFIBUS & PROFINET International, FieldComm Group. ODVA et OPC Foundation, les partenaires de l'industrie établissent une norme ouverte basée sur une nouvelle couche physique pour une utilisation dans l'automatisation des process.

Phoenix Contact a présenté les premiers prototypes fonctionnels de switchs Ethernet APL dans des appareils de démonstration à l'occasion de la réunion principale de NAMUR fin 2019 ainsi qu'au forum ARC en février 2020. L'installation NAMUR, avec les partenaires de projet APL ABB, Endress+Hauser, KROHNE et SAMSON, a utilisé le protocole PROFINET afin de relier des données à l'aide d'un switch Ethernet APL et la PLCnext Technology à une IHM et au cloud. À l'occasion du forum ARC, la connexion via OPC UA réalisée en collaboration avec ABB a pu être présentée.

Autres nouvelles technologies de communication Communiquer en continu jusque sur le terrain

De nouvelles normes de communication telles que OPC UA, TSN, SPE et 5G sont actuellement en cours d'élaboration dans de nombreux comités et projets de normalisation. Ces nouvelles technologies ne doivent toutefois pas être considérées indépendamment l'une de l'autre car elles forment ensemble la communication du futur.
En tant que leader technologique, avec plus de 30 ans d'expérience dans le domaine de la technologie de communication industrielle, Phoenix Contact s'engage dans tous les organismes de normalisation importants. Là, nous contribuons à concevoir pour vous cette nouvelle norme de communication pour l'automatisation, indépendamment du fabricant.

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