Prototyp för Ethernet-APL-switchar med ansluten sensor

Enkel Ethernet-anslutning av sensorer med hjälp av APL-fält-switchar

Vad är Ethernet-APL?

Förkortningen APL står för Advanced Physical Layer och innebär en vidareutveckling av fysisk dataöverföring i Ethernet-nätverk. Detta "fysiska lager" gör att Ethernet-data kan överföras med bara två ledare istället för som tidigare fyra eller åtta ledare.

Utöver ren kommunikation möjliggör tekniken även strömförsörjning av anslutna enheter via samma parkabel.

Ethernet-APL är alltså ett av flera exempel på Single Pair Ethernet (SPE) och möjliggör direkt anslutning av sensorer, så att kontinuerlig kommunikation möjliggörs även för de sista meterna av fältområdet.

Vad är skillnaden mellan SPE och Ethernet-APL?

Single Pair Ethernet-tekniken omfattar olika standarder som stödjer olika datahastigheter och kabellängder och därför är lämpliga för olika applikationer. Man skiljer mellan standarderna 10BASE-T1S, 10BASE-T1L, 100BASE-T1 och 1000BASE-T1.

Jämförelse av överföringshastigheter och kabellängder för olika Ethernet-standarder

Advanced Physical Layer använder standarden 10BASE-T1-L från IEEE 802.3cg tillsammans med IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE)-standarden (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) och stödjer metoder för explosionsskydd inklusive egensäkerhet. Ethernet-APL möjliggör därmed användning i explosionsfarliga områden och överbryggning av större avstånd upp till 1 000 m vid 10 MBit/s.

Egenskaper för Ethernet-APL

APL-teknologin utmärker sig genom följande egenskaper:

  • Överbryggning av stora avstånd: trunk-längd upp till 1000 m, spurs upp till 200 m
  • Användning i explosionsskyddade områden är möjlig (zon 0, 1 och 2)
  • Interoperabilitet för enheter och system från olika tillverkare
  • Möjlig registrering och analys av en mängd extra data (big data) - nya lösningar kan realiseras för att öka tillgängligheten, som t.ex. prediktivt underhåll
  • Kostnadseffektiv modernisering av anläggningen tack vare användning av befintligt kablage och beprövade Ethernet-protokoll, som EtherNet/IP™, HART-IP, OPC UA och PROFINET
Bild på en processanläggning och ett antytt Ethernet-APL-nätverk

Ethernet-APL i processanläggningar

Var används Ethernet-APL?

Advanced Physical Layer möjliggör direkt anslutning av enheter och sensorer inom processtekniska applikationer i explosionsfarliga områden. Tack vare den direkta Ethernet-integreringen slipper man komplexa gateway-lösningar när data från fältområdet ska läsas av. Ethernet-APL är därmed den ekonomiska grunden och föregångaren för IIoT inom processautomation. Samtidigt möjliggörs nya koncept, som NAMUR Open Architecture (NOA) eller Open Process Automation Standard (O-PAS™). Detta innebär att olika användargrupper kan dra nytta av den nya tekniken:

  • Driftsansvarig och användare
  • Leverantörer av styrsystem
  • EPC och systemintegratörer
  • Apparattillverkare

Konstruktion av ett APL-nätverk

Ethernet-APL kan användas både i kompakta anläggningar (t.ex. läkemedel, kemi) och i omfattande system inom processindustrin. För stora räckvidder används spur- och trunk-topologin.

De Ethernet-APL-switchar som installerats på fältet är avsedda för drift i explosionsfarliga områden (zon 1 och 2 eller division 2), så att alla stränga krav på explosionsskydd kan garanteras med skyddssklasserna Ökad säkerhet eller Egensäkerhet.

Konstruktion av ett APL-nätverk för omfattande anläggningar inom processindustrin
Power-switch
Ethernet-APL ansluts till den översta nivån i apparatskåpet med hjälp av Power-switchen. För att göra detta matar den strömmen och datakommunikationen till en eller flera trunk-portar. För detta ändamål försörjs power-switchen externt med spänning.
Trunk-kabel
Trunk-kablarna erbjuder hög effekt för försörjning av enheter samt långa kablar på upp till 1 000 m mellan APL-fält-switcharna i zon 1.
Fält-switch
Fält-switchen har APL-spur-portar som fältenheterna och instrumenten ansluts till. Den kan försörjas med ström via en Ethernet-APL-ledning (trunk) eller externt.
Fältenheter
Med hjälp av fält-switchen kan både kommunikationssignaler och energi distribueras till fältenheterna via spur-ledningar (påsticksledningar).
Spur-kabel
Spur-kablarna har en lägre effekt med egensäkerhet för längder upp till 200 m i zon 0 som tillval.

Dessutom kan nätverkstopologin projekteras flexibelt, så att även kompakta layouter kan realiseras. I så fall kan trunken utelämnas, då APL-switcharna ansluter APL-spur-portarna direkt till standard-Ethernet.

Konstruktion av ett APL-nätverk för kompakta anläggningar
Fält-switch
Fält-switchen har APL-spur-portar som fältenheterna och instrumenten ansluts till. Den kan försörjas med ström via en Ethernet-APL-ledning (trunk) eller externt.
Spur-kabel
Spur-kablarna har en lägre effekt med egensäkerhet som tillval för längder upp till 200 m i zon 0.
Fältenheter
Med hjälp av fält-switchen kan både kommunikationssignaler och energi distribueras till fältenheterna via spur-ledningar (påsticksledningar).
Logotyp Ethernet-APL

Logotyp för Ethernet-APL-projektet

Vårt engagemang på området Ethernet-APL

I Ethernet-APL-projektet samarbetar Phoenix Contact med andra ledande leverantörer av processteknik för att implementera en tvåtråds-Ethernet-lösning som uppfyller användarnas krav. Tillsammans med de standardiserande organisationerna PROFIBUS & PROFINET International, FieldComm Group, ODVA och OPC Foundation skapar branschpartnerna en öppen standard baserad på ett nytt fysiskt lager för användning inom processautomation.

Phoenix Contact presenterade de första fungerande prototyperna av Ethernet-APL-switchar i demoutrustning på NAMUR:s huvudmöte i slutet av 2019 och ARC Forum i februari 2020. NAMUR-installationen med ABB, Endress+Hauser, KROHNE och SAMSON som APL-projektpartner använde PROFINET-protokollet för att ansluta data till en HMI och molnet med hjälp av en Ethernet-APL-switch och PLCnext Technology. På ARC-forumet demonstrerades anslutningen via Open Platform Communication UA tillsammans med ABB.

Fler nya kommunikationstekniker Obruten kommunikation hela vägen ut till fältet

I många arbetsgrupper och standardiseringsprojekt håller man nu på att ta fram nya kommunikationsstandarder som OPC UA, TSN, SPE och 5G. De här nya teknologierna kan dock inte betraktas var för sig, utan bildar tillsammans framtidens kommunikation.
Phoenix Contact har med sina över 30 års erfarenhet en ledande position inom industriell kommunikationsteknik och engagerar sig därför i alla viktiga standardiseringskommittéer. Där utvecklar de nya kommunikationsstandarder för automation som är gemensam för alla tillverkare.

Ta reda på mer om de nya standarderna på våra sidor.