Prototype van de Ethernet-APL-Switch met aangesloten sensor

Eenvoudige Ethernet-verbinding van sensoren met behulp van de APL Field Switches

Wat wordt bedoeld met Ethernet-APL?

De afkorting APL staat voor Advanced Physical Layer en betekent een verdere ontwikkeling van de fysieke gegevensoverdracht in Ethernet-netwerken. Deze Physical Layer maakt het mogelijk Ethernet-gegevens via slechts twee draden, in plaats van vier of acht draden, uit te wisselen.

Naast de pure communicatie maakt de technologie ook optioneel voeding van aangesloten apparaten op hetzelfde aderpaar mogelijk.

Ethernet-APL is dus een van de verschillende verschijningsvormen van het Single Pair Ethernet (SPE) en maakt de directe verbinding van sensoren mogelijk, zodat ook een transparante communicatie voor de laatste meters in het veldbereik mogelijk is.

Wat is het verschil tussen SPE en Ethernet-APL?

De Single Pair Ethernet-technologie bevat verschillende standaarden, die verschillende gegevenssnelheden en kabellengtes ondersteunen, en daardoor voor verschillende toepassingen geschikt zijn. Er wordt onderscheid gemaakt tussen de standaarden 10BASE-T1S, 10BASE-T1L, 100BASE-T1 en 1000BASE-T1.

Vergelijking van de gegevenssnelheden en kabellengtes van de verschillende Ethernet-standaarden

Advanced Physical Layer gebruikt de 10BASE-T1-L-standaard uit de IEEE 802.3cg samen met de IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE)-standaard (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) en ondersteunt methoden van de explosiebescherming, inclusief de intrinsiekveiligheid. Ethernet-APL maakt daarmee het gebruik in explosiegevaarlijke omgevingen en de overbrugging van grote afstanden tot 1000 m bij 10 Mbit/s mogelijk.

Kenmerken van Ethernet-APL

De APL-technologie wordt gekenmerkt door de volgende eigenschappen:

  • Overbrugging van grote afstanden: trunk-lengte tot 1000 m, spurs tot 200 m
  • Toepassing in tegen explosie beveiligde omgevingen mogelijk (zones 0, 1 en 2)
  • Interoperabiliteit van apparaten en systemen van verschillende fabrikanten
  • Registratie en analyse van talrijke aanvullende gegevens mogelijk (Big Data) - nieuwe oplossingen zoals Predictive Maintenance voor de verhoging van de beschikbaarheid realiseerbaar
  • Voordelige installatiemodernisering dankzij gebruik van aanwezige bekabelingen en beproefde Ethernet-protocollen, zoals EtherNet/IP™, HART-IP, OPC UA en PROFINET
Afbeelding van een procesinstallatie en een aangeduid Ethernet-APL-netwerk

Ethernet-APL in procesinstallaties

Waar wordt Ethernet-APL gebruikt?

Advanced Physical Layer maakt de directe aansluiting van apparaten en sensoren in explosiegevaarlijke omgevingen van procestechnische toepassingen mogelijk. Door de directe Ethernet-integratie kan worden afgezien van omslachtige gateway-oplossingen als toegang moet worden verkregen tot gegevens uit het veldbereik. Ethernet-APL is daarmee de economische basis en wegbereider voor het Industrial Internet of Things in de procesautomatisering. Tegelijkertijd maakt het nieuwe concepten mogelijk, zoals de NAMUR Open Architecture (NOA) of de Open Process Automation Standard (O-PAS™). Daardoor kunnen verschillende gebruikersgroepen profiteren van de nieuwe technologie:

  • Exploitanten en gebruikers
  • Leveranciers van besturingssystemen
  • EPC's en systeemintegrators
  • Apparaatfabrikanten

Opbouw van een APL-netwerk

Ethernet-APL kan zowel in compacte installaties (bijv. farmacie, chemie) alsook in uitgebreide installaties in de procesindustrie worden gebruikt. Voor grote afstanden wordt de trunk- en spur-topologie gebruikt.

De in het veld geïnstalleerde Ethernet-APL-switches zijn bedoeld voor gebruik in explosiegevaarlijke omgevingen (zone 1 en 2 of divisie 2), zodat alle hoge eisen aan de explosiebescherming met de beschermklassen Verhoogde veiligheid of Intrinsiekveiligheid gewaarborgd kunnen worden.

Opbouw van een APL-netwerk voor uitgebreide installaties in de procesindustrie
Power Switch
Ethernet-APL wordt met behulp van de Power Switch met het bovenste niveau in de schakelkast verbonden. Daarbij leidt deze het vermogen en de gegevenscommunicatie naar een of meerdere trunk-poorten. De power switch wordt hiervoor extern van spanning voorzien.
Trunk-kabel
De trunk-kabels bieden een hoog vermogen voor apparaatvoeding evenals grote kabellengtes van maximaal 1000 m tussen APL field switches in zone 1.
Field switch
De field switch beschikt over APL-spur-poorten, waarop de veldapparaten en instrumenten worden aangesloten. Daarbij kan de switch via een Ethernet-APL-leiding (trunk) of extern van stroom worden voorzien.
Veldapparaten
Met behulp van de field switch kunnen zowel communicatiesignalen als energie via de spurs aan de veldapparaten worden doorgegeven.
Spur-kabel
De spur-kabels transporteren een geringer vermogen met optionele intrinsiekveiligheid voor lengtes tot en met 200 m in zone 0.

Bovendien kan de netwerktopologie flexibel worden geprojecteerd, zodat ook compacte lay-outs realiseerbaar zijn. Hier kan van de ontwikkeling van de trunk worden afgezien, doordat de APL-Switches de APL-spur-poorten direct met het standaard Ethernet verbonden worden.

Opbouw van een APL-netwerk voor compacte installaties
Field switch
De field switch beschikt over APL-spur-poorten, waarop de veldapparaten en instrumenten worden aangesloten. Daarbij kan de switch via een Ethernet-APL-leiding (trunk) of extern van stroom worden voorzien.
Spur-kabel
De spur-kabels transporteren een geringer vermogen met optionele intrinsiekveiligheid voor lengtes tot 200 m in zone 0.
Veldapparaten
Met behulp van de field switch kunnen zowel communicatiesignalen als energie via de spurs aan de veldapparaten worden doorgegeven.
Logo Ethernet-APL

Logo Ethernet-APL-project

Onze betrokkenheid op het gebied van Ethernet-APL

Bij het Ethernet-APL-project werkt Phoenix Contact met andere toonaangevende aanbieders van procestechniek aan het realiseren van een tweedraads Ethernet-oplossing die voldoet aan de eisen van gebruikers. Samen met de standaardiseringsorganisaties PROFIBUS & PROFINET International, FieldComm Group, ODVA en OPC Foundation maken de industriepartners hiervoor een open standaard op basis van een nieuwe fysieke laag voor gebruik in de procesautomatisering.

Phoenix Contact heeft de eerste functionerende prototypes van Ethernet-APL-Switches in demonstratie opstellingen gepresenteerd op de NAMUR-hoofdbijeenkomst, eind 2019 evenals op het ARC Forum in februari 2020. De NAMUR-installatie met de APL-projectpartners ABB, Endress+Hauser, KROHNE en SAMSON gebruikt het PROFINET-protocol om gegevens met behulp van een Ethernet-APL-Switch en de PLCnext Technology met een HMI en de cloud te verbinden. Op het ARC-Forum kon samen met ABB de koppeling via OPC UA worden getoond.

Andere nieuwe communicatietechnologieën Transparant tot in het veld communiceren

In veel commissies en standaardisatieprojecten ontstaan momenteel nieuwe communicatiestandaarden, zoals OPC UA, TSN, SPE en 5G. Deze nieuwe technologieën mogen echter niet onafhankelijk van elkaar worden gezien, want ze vormen samen de communicatie van de toekomst.
Als technologieleider met ruim 30 jaar ervaring op het gebied van industriële communicatietechniek is Phoenix Contact actief in alle belangrijke standaardisatiecommissies. Daar werken wij voor u mee aan de nieuwe, fabrikantoverstijgende communicatiestandaard voor de automatisering.

Lees meer op onze pagina's over de nieuwe standaarden.