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Ethernet-APL

A Ethernet-APL permite a ligação Ethernet de dois fios direta de equipamentos e sensores em áreas com atmosfera potencialmente explosiva de aplicações de engenharia de processos ("Ethernet no campo"). A nova infraestrutura de comunicação permite assim a utilização universal da Ethernet na indústria de processos.
Instalação de processamento
Protótipo dos Switches APL Ethernet com sensor conectado

Ligação Ethernet simples de sensores com a ajuda dos APL Field Switches

O que se entende por APL Ethernet?

A abreviatura APL representa Advanced Physical Layer e significa um desenvolvimento da transmissão física de dados nas redes Ethernet. Esta Physical Layer possibilita a troca de dados Ethernet através de apenas dois fios, em vez de quatro ou oito fios, como até à data.

Para além da comunicação pura, a tecnologia permite também, opcionalmente, a fonte de alimentação de dispositivos ligados no mesmo par de fios condutores.

A APL Ethernet é, assim, um dos vários desenvolvimentos da Single Pair Ethernet (SPE) e permite a ligação direta de sensores, para que seja também possível uma comunicação contínua nos últimos metros da área de campo.

Características da Ethernet-APL

A tecnologia APL distingue-se pelas seguintes características:

  • Transposição de grandes distâncias: comprimento do tronco de até 1000 m, ramais até 200 m
  • Utilização possível em áreas protegidas contra explosão (zonas 0, 1 e 2)
  • Interoperabilidade dos equipamentos e sistemas de diferentes fabricantes
  • Possibilidade de aquisição e análise de inúmeros dados adicionais (Big Data) – podem ser implementadas novas soluções, tal como Predictive Maintenance, para um aumento da disponibilidade
  • Modernização económica de instalações graças à utilização de cablagem existente e protocolos de Ethernet comprovados, tais como EtherNet/IP™, HART-IP, OPC UA e PROFINET

Qual é a diferença entre SPE e APL Ethernet?

A tecnologia Single Pair Ethernet abrange diferentes padrões que suportam diferentes taxas de dados e comprimentos de cabos, sendo assim adequada para diferentes aplicações. Distingue-se entre os padrões 10BASE-T1S, 10BASE-T1L, 100BASE-T1 e 1000BASE-T1.

Comparação das taxas de dados e dos comprimentos de cabos dos diferentes padrões Ethernet

A Advanced Physical Layer utiliza o padrão 10BASE-T1-L da IEEE 802.3cg, juntamente com o padrão IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) e é compatível com métodos da proteção contra explosões, incluindo a segurança intrínseca. A Ethernet-APL possibilita assim a utilização em áreas com atmosfera potencialmente explosiva e a transposição de grandes distâncias de até 1.000 m com 10 Mbps.

Instalação de processamento com esboço de rede Ethernet-APL

Ethernet-APL em instalações de processamento

Onde é aplicada a Ethernet-APL?

A Advanced Physical Layer permite a ligação direta de equipamentos e sensores em áreas com atmosfera potencialmente explosiva de aplicações de engenharia de processos. A integração de Ethernet direta permite prescindir de soluções de gateway dispendiosas, caso se pretenda aceder a dados da área de campo. A Ethernet-APL é assim a base económica e a pioneira para a Internet das Coisas Industrial na automação de processos. Ao mesmo tempo, possibilita novos conceitos, tais como a NAMUR Open Architecture (NOA) ou o padrão Open Process Automation Standard (O-PAS™). Desta forma, diferentes grupos de utilização podem beneficiar da nova tecnologia:

  • Entidade exploradora e utilizador
  • Fornecedores de sistemas de controlo
  • EPC e integradores de sistema
  • Fabricante de equipamentos

Estrutura de uma rede APL

A Ethernet-APL pode ser utilizada tanto em instalações compactas (p. ex., indústria farmacêutica, indústria química) como em instalações descentralizadas na indústria de processos. Para grandes alcances, é utilizada a topologia de tronco e ramal.

Os switches Ethernet-APL instalados no campo foram concebidos para a operação em áreas com atmosfera potencialmente explosiva (zona 1 e 2 ou divisão 2), pelo que podem ser assegurados todos os requisitos de proteção contra explosão com os graus de proteção de segurança elevada ou segurança intrínseca.

O gráfico seguinte mostra uma configuração conceptual baseada nas atividades do projeto Ethernet-APL, que foi concluído em agosto de 2022.

Mapa de imagem interativo: estrutura de uma rede APL para instalações descentralizadas na indústria de processos
Power Switch
A Ethernet-APL é conectada ao nível superior do quadro de comando por meio do Power Switch. Para tal, alimenta a potência e a comunicação de dados numa ou várias portas tronco. Para isso, o Power Switch é alimentado externamente com tensão.
Cabo tronco
Os cabos tronco oferecem elevada potência para a alimentação de equipamentos, bem como para grandes comprimentos de cabos de até 1.000 m entre APL Field Switches na zona 1.
Field Switch
O Field Switch dispõe de portas de ramal APL, nas quais podem ser ligados os dispositivos de campo e instrumentos. O switch pode então ser alimentado com corrente através de um cabo Ethernet-APL (tronco) ou externamente.
Dispositivos de campo
Através do Field Switch podem ser distribuídos sinais de comunicação, bem como, através dos ramais, energia para os dispositivos de campo.
Cabo de ramal
Os cabos de ramal conduzem uma potência mais baixa com segurança intrínseca opcional para comprimentos de até 200 m na zona 0.

Além disso, a topologia da rede pode ser projetada de forma flexível, pelo que também podem ser realizados layouts compactos. Aqui, pode dispensar-se a extensão do tronco, dado que os Switches APL conectam as portas faixa APL diretamente à Ethernet padrão.

Mapa de imagem interativo: Estrutura de uma rede APL para instalações compactas
Field Switch
O Field Switch dispõe de portas de ramal APL, nas quais podem ser ligados os dispositivos de campo e instrumentos. O switch pode então ser alimentado com corrente através de um cabo Ethernet-APL (tronco) ou externamente.
Cabo de ramal
Os cabos de ramal conduzem uma potência mais baixa com segurança intrínseca opcional para comprimentos até 200 m na zona 0.
Dispositivos de campo
Através do Field Switch podem ser distribuídos sinais de comunicação, bem como, através dos ramais, energia para os dispositivos de campo.
Proteção contra sobretensão
Os produtos protegem contra sobretensões transitórias e, assim, garantem segurança elevada e disponibilidade na instalação.
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Saber mais sobre Ethernet-APL

Experimente as vantagens da tecnologia Advanced Physical Layer (APL). Na dinâmica indústria de processos, a APL permite uma comunicação fiável e rápida em ambientes perigosos e uma integração Ethernet perfeita ao nível de campo. Descarregue o nosso White Paper e descubra o potencial transformador da APL na era digital.

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Logótipo Ethernet-APL em frente a uma instalação de processamento
Quadro de comando APL antes da aplicação do processo

Os produtos Ethernet-APL já estão prontos para a produção em série e para serem utilizados

O nosso compromisso na área Ethernet-APL

No período de 2018-2022, a Phoenix Contact trabalhou no projeto Ethernet-APL, em colaboração com outros fornecedores de relevo da tecnologia de processos, com o objetivo de realizar uma solução de Ethernet de dois fios que preencha os requisitos do utilizador. Juntamente com as organizações de padronização PROFIBUS & PROFINET International, FieldComm Group, ODVA e OPC Foundation, os parceiros industriais estabeleceram um padrão aberto, com base numa nova camada física, para a utilização na automação de processos.

A Phoenix Contact apresentou os primeiros protótipos funcionais de switches Ethernet-APL em demonstradores aquando da reunião principal da NAMUR no final de 2019, bem como no Fórum ARC em fevereiro de 2020. Para ligar dados a uma HMI e à cloud com a ajuda de um switch Ethernet-APL e da PLCnext Technology, a instalação NAMUR com os parceiros de projeto APL ABB, Endress+Hauser, KROHNE e SAMSON utilizou o protocolo PROFINET. No Fórum ARC foi apresentada a ligação por OPC UA juntamente com a ABB.

Atualmente já estão disponíveis vários produtos APL prontos para produção e a lista está constantemente a ser alargada. Deixe-se impressionar.

Outras novas tecnologias de comunicação Comunicação consistente até ao campo

Em vários organismos e projetos de normalização surgem atualmente novos padrões de comunicação, como OPC UA, TSN, SPE e 5G. No entanto, estas novas tecnologias não devem ser consideradas independentes umas das outras, mas sim como formando, juntas, a comunicação do futuro.
Na qualidade de líder tecnológico com mais de 30 anos de experiência na área da tecnologia de comunicação industrial, a Phoenix Contact está envolvida em todos os principais organismos de normalização. Aí, moldamos para si o novo padrão de comunicação para a automação, compatível com todos os fabricantes.

Saiba mais sobre os novos padrões nas nossas páginas.