Ethernet-APL

L'Ethernet-APL consente il collegamento diretto Ethernet a due fili di dispositivi e sensori nelle zone Ex delle applicazioni della tecnica di processo ("Ethernet sul campo"). Pertanto, la nuova infrastruttura di comunicazione consente l'uso continuo di Ethernet nell'industria di processo.
Impianto di processo
Prototipo di switch Ethernet-APL con sensore collegato

Facile collegamento Ethernet di sensori tramite switch APL Field

Cos'è l'Ethernet-APL?

APL è l'abbreviazione di Advanced Physical Layer, un'evoluzione della trasmissione fisica dei dati nelle reti Ethernet. Questo Physical Layer consente di scambiare i dati Ethernet solo tramite due fili, invece che tramite quattro o otto fili come finora.

Oltre alla comunicazione vera e propria, tale tecnologia permette anche opzionalmente di alimentare i dispositivi collegati sulla stessa coppia di fili.

Ethernet-APL rappresenta quindi una delle diverse versioni di Single Pair Ethernet (SPE) e consente il collegamento diretto dei sensori così da garantire la comunicazione continua anche sugli ultimi metri nel campo.

Caratteristiche di Ethernet-APL

La tecnologia APL presenta le seguenti caratteristiche:

  • Superamento di grandi distanze: lunghezza del trunk fino a 1.000 m, Spur fino a 200 m
  • Possibile impiego in aree protette contro le esplosioni (zone 0, 1 e 2)
  • Interoperabilità di dispositivi e sistemi di diversi produttori
  • Possibilità di raccolta e analisi di numerosi dati aggiuntivi (Big Data): nuove soluzioni implementabili come la Predictive Maintenance (manutenzione predittiva) per l'aumento della disponibilità
  • Modernizzazione economica degli impianti grazie all'uso del cablaggio esistente e dei collaudati protocolli Ethernet, come EtherNet/IP™, HART-IP, OPC UA e PROFINET

Qual è la differenza tra SPE ed Ethernet-APL?

La tecnologia Single Pair Ethernet comprende diversi standard che supportano diverse velocità dati e lunghezze cavi e quindi sono adatti a diverse applicazioni. Si distingue tra gli standard 10BASE-T1S, 10BASE-T1L, 100BASE-T1 e 1000BASE-T1.

Confronto delle velocità di trasmissione dei dati e delle lunghezze dei cavi dei diversi standard Ethernet

L'Advanced Physical Layer usa lo standard 10BASE-T1-L della IEEE 802.3cg e lo standard IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) e supporta metodi della protezione da esplosioni, inclusa la sicurezza intrinseca. Ethernet-APL consente quindi l'uso in zone a pericolo di esplosione e il superamento di grandi distanze fino a 1.000 m a 10 MBit/s.

Impianto di processo con indicata rete Ethernet-APL

Ethernet-APL negli impianti di processo

Dove viene utilizzata la tecnologia Ethernet-APL?

L'Advanced Physical Layer consente di eseguire un collegamento diretto di dispositivi e sensori nelle zone Ex delle applicazioni della tecnica di processo. Tramite l'integrazione Ethernet diretta è possibile rinunciare a complicate soluzioni gateway per accedere a dati dal campo. La tecnologia Ethernet-APL rappresenta quindi la base economica e il precursore dell'IIoT nell'automazione dei processi. Allo stesso tempo, permette di realizzare nuovi sistemi come il NAMUR Open Architecture (NOA) o l'Open Process Automation Standard (O-PAS™). Diversi gruppi di utenti possono quindi trarre vantaggio dalla nuova tecnologia:

  • Gestori e utenti
  • Fornitori di sistemi di controllo
  • EPC e system integrator
  • Produttori di dispositivi

Struttura di una rete APL

Ethernet-APL può essere utilizzato in impianti compatti (ad esempio in quelli farmaceutici, chimici), nonché in impianti estesi dell'industria di processo. La topologia trunk e di derivazione è utilizzata per coperture elevate.

Gli switch Ethernet-APL installati in campo sono previsti per l'uso in zone a potenziale rischio di esplosione (zona 1 e 2 o divisione 2) in modo da poter soddisfare tutti gli elevati requisiti per la protezione dalle esplosioni con i gradi di protezione sicurezza aumentata o sicurezza intrinseca.

Il grafico seguente mostra un layout concettuale basato sulle attività del progetto Ethernet-APL, concluso nell'agosto 2022.

Image-Map interattiva: Struttura di una rete APL per impianti estesi nell'industria di processo
Switch Power
All'interno del quadro elettrico, la tecnologia Ethernet-APL è collegata al livello superiore tramite lo switch Power. Allo stesso tempo alimenta la potenza e le comunicazioni dei dati in una o più porte del trunk. A tal scopo, lo switch Power è alimentato per mezzo di una tensione esterna.
Cavi trunk
I cavi trunk forniscono elevata potenza per l'alimentazione dei dispositivi e considerevoli lunghezze cavi fino a 1.000 m tra gli switch APL Field presenti nella zona 1.
Switch Field
Gli switch Field dispongono di porte di derivazione APL alle quali sono collegati i dispositivi da campo e gli strumenti. La corrente può essere qui erogata tramite una linea Ethernet-APL (trunk) o dall'esterno.
Dispositivi da campo
Grazie agli switch Field, l'energia e i segnali di comunicazione possono essere distribuiti ai dispositivi da campo attraverso le derivazioni.
Cavi di derivazione
I cavi spur hanno una potenza inferiore con sicurezza intrinseca opzionale per lunghezze fino a 200 m nella zona 0.

Inoltre, la topologia della rete può essere progettata in modo flessibile così da poter realizzare anche layout compatti. In questo caso, è possibile rinunciare alla versione trunk facendo in modo che gli switch APL colleghino le porte di derivazione APL direttamente all'Ethernet standard.

Image-Map interattiva: Struttura di una rete APL per impianti compatti
Switch Field
Gli switch Field dispongono di porte di derivazione APL alle quali sono collegati i dispositivi da campo e gli strumenti. La corrente può essere qui erogata tramite una linea Ethernet-APL (trunk) o dall'esterno.
Cavi di derivazione
I cavi spur hanno una potenza inferiore con sicurezza intrinseca opzionale per lunghezze fino a 200 m nella zona 0.
Dispositivi da campo
Grazie agli switch Field, l'energia e i segnali di comunicazione possono essere distribuiti ai dispositivi da campo attraverso le derivazioni.
Protezione contro le sovratensioni
I prodotti proteggono le sovratensioni transitorie e garantiscono una maggiore sicurezza e disponibilità dell'impianto.
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Scritta Ethernet-APL davanti a un impianto di processo
Quadro elettrico APL prima dell'applicazione di processo

I prodotti Ethernet-APL sono già pronti per la produzione in serie e sono utilizzabili fin da subito

Il nostro impegno nel settore Ethernet-APL

Nell'ambito del progetto Ethernet-APL, tra il 2018 e il 2022 Phoenix Contact ha collaborato con altri fornitori di spicco operanti nel settore della tecnologia di processo al fine di realizzare una soluzione Ethernet a due fili che soddisfi le esigenze degli utenti. In collaborazione con gli organismi di normalizzazione PROFIBUS & PROFINET International, FieldComm Group, ODVA e OPC Foundation, i partner industriali hanno realizzato uno standard aperto basato su un nuovo livello fisico per l'uso nell'automazione di processo.

Durante l'assemblea generale di NAMUR tenutasi a fine 2019 e il forum di ARC a febbraio 2020, Phoenix Contact ha presentato i primi prototipi funzionanti di switch Ethernet-APL all'interno di dimostratori. Per collegare i dati a una HMI e al cloud, tramite switch Ethernet-APL e PLCnext Technology, l'installazione di NAMUR, realizzata con i partner del progetto APL ABB, Endress+Hauser, KROHNE e SAMSON, utilizzava il protocollo PROFINET. In collaborazione con ABB, al forum ARC è stato possibile mostrare il collegamento tramite OPC UA.

Oggi sono già disponibili diversi prodotti APL pronti per la produzione in serie e l'elenco viene costantemente ampliato. Mettici alla prova e ti convincerai.

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