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.

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 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 auxilia métodos da proteção contra explosões, incluindo a segurança intrínseca. A APL Ethernet possibilita, assim, a utilização em áreas com atmosfera potencialmente explosiva e a transposição de grandes distâncias até 1000 m com 10 Mbps.

Características da APL Ethernet

A tecnologia APL distingue-se pelas seguintes características:

  • Transposição de grandes distâncias: comprimento do tronco até 1000 m, faixas até 200 m
  • Utilização possível em áreas protegidas contra explosão (zonas 0, 1 e 2)
  • Interoperabilidade dos aparelhos e sistemas de diferentes fabricantes
  • Possível a recolha e análise de inúmeros dados adicionais (Big Data) – podem ser implementadas novas soluções como Predictive Maintenance para 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
Imagem de uma instalação de processamento e o esboço de uma rede APL Ethernet

APL Ethernet em instalações de processamento

Onde é aplicada a APL Ethernet?

A Advanced Physical Layer permite a ligação direta de aparelhos e sensores em áreas com atmosfera potencialmente explosiva de aplicações de engenharia de processos. A integração de Ethernet direta permite dispensar soluções de gateway dispendiosas se pretender aceder a dados da área de campo. A APL Ethernet é, assim, a base económica e a pioneira para a Internet das Coisas Industrial na automação de processos. Simultaneamente, possibilita novos conceitos, tais como a NAMUR Open Architecture (NOA) ou o padrão Open Process Automation (O-PAS™). Desta forma, diferentes grupos de utilizadores 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 APL Ethernet pode ser utilizada tanto em instalações compactas (p. ex., farmácia, química) como em instalações extensas na indústria de processos. Para grandes alcances, é utilizada a topologia de tronco e faixa.

Os switches APL Ethernet 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.

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 1000 m entre APL Field Switches na zona 1.
Field Switch
O Field Switch dispõe de portas faixa 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 das faixas, energia para os dispositivos de campo.
Cabo faixa
Os cabos faixa 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.

Estrutura de uma rede APL para instalações compactas
Field Switch
O Field Switch dispõe de portas faixa 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 faixa
Os cabos faixa 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 das faixas, energia para os dispositivos de campo.
Logótipo APL Ethernet

Logótipo do projeto APL Ethernet

O nosso compromisso na área APL Ethernet

A Phoenix Contact trabalha no projeto APL Ethernet com outros fornecedores de relevo da tecnologia de processos para a realização de uma solução de Ethernet de dois fios que preencha os requisitos do utilizador. Juntamente com as organizações de padronização PROFIBUS e PROFINET International, FieldComm Group, ODVA e OPC Foundation, os parceiros industriais estabelecem 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 APL Ethernet em demonstradores na principal reunião da NAMUR no final de 2019, bem como no Fórum ARC em fevereiro de 2020. A instalação NAMUR, com os parceiros de projeto APL ABB, Endress+Hauser, KROHNE e SAMSON, utilizou o protocolo PROFINET para conectar dados com um HMI e a cloud, com a ajuda de um Switch APL Ethernet e da tecnologia PLCnext. No Fórum ARC foi possível apresentar a ligação por OPC UA juntamente com ABB.

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.