Прототип комутатора Ethernet APL з підключеним датчиком

Прості Ethernet-з’єднання датчиків за допомогою польових комутаторів APL

Що означає Ethernet-APL?

Скорочення APL походить від Advanced Physical Layer та означає подальший розвиток фізичної передачі даних у мережах Ethernet. Цей фізичний рівень дозволяє обмінюватися даними Ethernet, використовуючи лише два проводи замість чотирьох чи восьми, як це було раніше.

Окрім чистого обміну даними, ця технологія також дозволяє додатково забезпечувати живлення підключених пристроїв на тій самій дротовій парі.

Таким чином, Ethernet APL є однією з декількох версій Single Pair Ethernet (SPE) і забезпечує пряме підключення датчиків, завдяки чому стає можливим постійний зв’язок також протягом останніх декількох метрів у полі.

Яка різниця між SPE та Ethernet-APL?

Технологія Single Pair Ethernet охоплює різноманітні стандарти, які підтримують різні скорості передачі даних та довжини кабелів і, таким чином, підходять для різних застосувань. Розрізняють стандарти 10BASE-T1S, 10BASE-T1L, 100BASE-T1 та 1000BASE-T1.

Швидкість передачі даних і довжина кабелів у порівнянні з різними стандартами Ethernet

Advanced Physical Layer використовує стандарт 10BASE-T1-L від IEEE 802.3cg разом із стандартом IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) і підтримує методи вибухозахисту, включаючи іскробезпеку. Таким чином Ethernet-APL забезпечує можливість використання у вибухонебезпечному середовищі та подолання великих відстаней до 1000 м зі швидкістю 10 Мбіт/с.

Ознаки Ethernet-APL

Технології APL відрізняються наступними властивостями:

  • Передача сигналу на великі відстані: довжина магістралі до 1000 м, відгалуження до 200 м
  • Можливість застосування у вибухонебезпечних областях (зони 0, 1 та 2)
  • Взаємодія пристроїв та систем різних виробників
  • Можливий збір та аналіз численних додаткових даних (Big Data) – для підвищення експлуатаційної готовності можуть бути впроваджені нові рішення, такі як прогнозне обслуговування
  • Економічна модернізація установок завдяки використанню існуючих кабелів та перевірених протоколів Ethernet, таких як EtherNet/IP™, HART-IP, OPC UA та PROFINET
Зображення технологічної установки у вказаній мережі Ethernet-APL

Ethernet-APL у технологічних установках

Де застосовується Ethernet-APL?

Advanced Physical Layer (APL) забезпечує пряме двопроводове Ethernet-з’єднання пристроїв та датчиків у вибухонебезпечних зонах технологічних застосувань. Пряма інтеграція Ethernet дозволяє відмовитися від надмірних рішень шлюзів, у випадках, коли потрібно отримати доступ до польових даних. Таким чином, Ethernet APL є економічною основою та передумовою промислового Інтернету речей в автоматизації процесів. Водночас він робить можливими нові концепції, такі як NAMUR Open Architecture (NOA) або Open Process Automation Standard (O-PAS™). Переваги нових технологій можуть отримати різні групи користувачів:

  • Оператори та користувачі
  • Постачальники систем керування
  • EPC та системні інтегратори
  • Виробники пристроїв

Побудова мережі APL

Ethernet APL може використовуватися як в компактних установках (наприклад, фармація, хімія), так і в великих системах у переробній промисловості. Для великих діапазонів використовується топологія магістралей та відгалуження.

Комутатори Ethernet APL, встановлені в полі, призначені для роботи в потенційно вибухонебезпечних середовищах (зона 1 і 2 або розділ 2), тому можна гарантувати всі високі вимоги до вибухозахисту із ступенями захисту, підвищеною безпекою або іскробезпекою.

Побудова мереж APL для розлогих установок в переробній промисловості
Комутатор Power Switch
Ethernet-APL підключається до найвищого рівня в шафі керування за допомогою комутатора Power Switch. Для цього він передає живлення або дані в один або декілька магістральних портів. Комутатор Power Switch для цього живиться додатковою напругою.
Магістральний кабель
Магістральний кабель пропонує високий рівень потужності для живлення пристроїв і велику довжину кабелів до 1000 м між польовими комутаторами APL у зоні 1.
Польовий комутатор
Польовий комутатор має відгалужувальні порти APL, до яких підключаються польові пристрої та інструменти. При цьому він може отримували живлення через провідник Ethernet-APL (магістраль) або зовні.
Польові пристрої
За допомогою польового комутатора польовими пристроями через відгалужувач можуть розділятися як сигнали для обміну даними так і енергія.
Відгалужувальний кабель
Відгалужувальні кабелі передають меншу потужність із додатковими властивостями для довжини до 200 м у зоні 0.

Крім того, є можливість гнучко проєктувати топологію мережі, щоб реалізовувати також компактне розміщення. Тут можна відмовитись від форми магістралі, шляхом прямого під’єднання комутаторів APL відгалужувальних портів APL до стандартного Ethernet.

Побудова мереж APL для компактних установок
Польовий комутатор
Польовий комутатор має відгалужувальні порти APL, до яких підключаються польові пристрої та інструменти. При цьому він може отримували живлення через провідник Ethernet-APL (магістраль) або зовні.
Відгалужувальний кабель
Відгалужувальні кабелі передають меншу потужність із додатковими властивостями для довжини до 200 м у зоні 0.
Польові пристрої
За допомогою польового комутатора польовими пристроями через відгалужувач можуть розділятися як сигнали для обміну даними так і енергія.
Логотип Ethernet-APL

Логотип проєктів Ethernet-APL

Наша участь в галузі Ethernet-APL

У проєкті Ethernet APL компанія Phoenix Contact співпрацює з іншими провідними постачальниками виробничих систем для впровадження двопроводового рішення Ethernet, яке відповідає вимогам користувачів. Спільно із організаціями зі стандартизації PROFIBUS & PROFINET International, FieldComm Group, ODVA та OPC Foundation, промислові партнери встановлюють відкритий стандарт на основі нового фізичного рівня для використання в автоматизації процесів.

Компанія Phoenix Contact представила перші функціональні прототипи комутаторів Ethernet APL у демонстраторах на головній нараді NAMUR наприкінці 2019 року та на форумі ARC у лютому 2020 року. Інсталяція NAMUR з партнерами по проєкту APL ABB, Endress + Hauser, KROHNE та SAMSON використовувала протокол PROFINET для з’єднання даних з ЛМІ та хмарою за допомогою комутатора Ethernet APL та технології PLCnext. На форумі ARC було показано з’єднання через OPC UA разом з ABB.

Інші нові технології зв’язку Наскрізний обмін даними аж до польового рівня

Зараз у багатьох комітетах і проєктах зі стандартизації розробляються нові стандарти зв'язку, як-от OPC UA, TSN, SPE і 5G. Проте нові технології слід розглядати не окремо одна від одної, а як частину комунікаційної системи майбутнього.
Компанія Phoenix Contact як технологічний лідер із більш ніж 30-річним досвідом у сфері промислових технологій обміну даними бере активну участь у роботі всіх важливих комітетів зі стандартизації. Там ми створюємо для вас новий незалежний від виробників стандарт обміну даними для автоматизації.

Дізнайтеся більше про нові стандарти на наших сторінках.