Ethernet APL | Der Game Changer

Erfahren Sie, wie Ethernet APL die industrielle Kommunikation in der Prozessindustrie revolutioniert! Mit schneller und zuverlässiger High-Speed Datenübertragung in explosionsgefährdeten Bereichen setzt die neue Ethernet Standard Kommunikationslösung innovative Maßstäbe. Entdecken Sie die Vorteile von Ethernet APL, neue Produkte und seine Anwendungsmöglichkeiten in der Prozesstechnik. 

Inhalt

• Ethernet APL - Das Wichtigste in Kürze
• Infos zu und Neuheiten für die Ethernet APL Technologie 
  • Modulare Ethernet-APL Klemmen
  • Ethernet APL besteht Massentests
  • Infrastruktur für alle Signalarten in der Prozessanlage
  • Ethernet APL ist jetzt verfügbar
  • Funktionen von und Anforderungen an Ethernet APL
• Archiv für Ethernet APL Artikel
• Häufig gestellte Fragen
  
  

Ethernet APL - Das Wichtigste in Kürze

Ethernet Advanced Physical Layer (APL) revolutioniert die industrielle Kommunikation in der Prozessindustrie, indem es eine leistungsfähige und robuste Lösung für die Anforderungen moderner Automatisierungssysteme bietet. Er wurde entwickelt, um die Lücke zwischen traditionellem Ethernet und den rauen Bedingungen industrieller Umgebungen zu schließen.

So ermöglicht Ethernet APL eine zuverlässige Datenübertragung über große Entfernungen und in Ex-Bereichen. Aktuell wird der Standard intensiv getestet und implementiert, wobei erste Anwendungen des Ethernet Standards in der Prozessindustrie vielversprechende Ergebnisse liefern. Die Vorteile des Layers liegen in seiner hohen Bandbreite, der durchgängigen Datenintegration und der Fähigkeit, bestehende Infrastrukturen effizient zu nutzen.

Diese Eigenschaften sorgen für verbesserte Echtzeitkommunikation und höhere Betriebssicherheit. Zukünftig wird Ethernet APL eine Schlüsselrolle in der digitalen Transformation industrieller Prozesse spielen, indem es die Grundlage für innovative Technologien wie das Industrial Internet of Things (IIoT) und Industrie 4.0 legt. Mit der stetigen Weiterentwicklung dieses Standards können Unternehmen auf eine zukunftssichere und skalierbare Kommunikationsinfrastruktur setzen.

Infos zu und Neuheiten für die Ethernet APL Technologie

Für die Ethernet APL Technologie werden spezifische Geräte und Produkte benötigt, um die Vorteile dieser fortschrittlichen Kommunikationslösung voll auszuschöpfen wie Ethernet APL-fähige Feldgeräte, Switches, Kabel oder Steckverbinder. Nachfolgend finden Sie speziell für die Technologie konzipierte Neuheiten.

Modulare Ethernet-APL Klemmen

05.06.2024 | Beim Ethernet-APL geht es nicht nur um die reinen Prozessdaten, sondern insbesondere um Statusinformationen von Feldgeräten zur Diagnose und vorausschauenden Wartung. Beckhoff integriert deshalb diese Technologie in sein modulares Klemmen-Portfolio.

Zur modularen Integration von Ethernet-APLfähigen Feldgeräten gibt es jetzt die kompakte Ethercat-Klemme ELX6233. Diese kann in Kombination mit weiteren Ethercat-Klemmen im Schaltschrank montiert werden. Pro ELX6233-Klemme lassen sich zwei entsprechende Feldgeräte anbinden. Wie alle Ethercat-Klemmen der ELX-Baureihe ermöglicht die ELX6233 den direkten Anschluss von eigensicheren Feldgeräten aus Zone 0.

Der Controller befindet sich direkt in der Klemme statt in der übergeordneten Steuerung. Durch die kompaktere Datengröße des Prozessabbilds von Ethercat ist damit im Vergleich zu Profinet eine verbesserte Performance und höhere Datensicherheit durch getrennte Ports und Protokolle gegeben.

Das Verbinden der Klemmen erfordert kein spezielles Werkzeug. Im Standardgehäuse ist die Klemme einfach in bestehende Klemmstränge integrierbar. Dank direkter Anbindung an Embedded-PCs der CX-Serie können beispielsweise Gateway-Applikationen die Daten aus dem Feld verarbeiten und gefiltert weitergeben.

Ethernet APL besteht Massentests

23.05.2023 | Ethernet-APL erfüllt alle Versprechen: Die Übertragung großer Datenmengen ist schnell und effizient und erfolgt barrierefrei und zuverlässig in explosionsgefährdeten Bereichen. Die Erwartungen der Prozessindustrie an den neuen Physical Layer der Ethernet-Technologie sind extrem hoch, und das aus gutem Grund. Zwei Lasttests von Endress+Hauser haben das jetzt eindrucksvoll bewiesen.

Das Ziel der Tests war die Demonstration, dass sich Komponenten verschiedener Hersteller problemlos und zuverlässig auf Ethernet-APL-Basis kombinieren lassen. Um realistische Testbedingungen zu gewährleisten, definierten BASF von der Kundenseite und die Hardware-Hersteller Pepperl+Fuchs, Endress+Hauser, ABB und Honeywell die Anforderungen. Als positives Ergebnis haben die Unternehmen eine optimale Zusammenarbeit aller Komponenten erhalten.

Der Testaufbau im Einzelnen

Beim ersten Test waren etwa 240 Messgeräte von Endress+Hauser, einschließlich Durchflusssensor, Drucksensor, Temperatursensor und Füllstandssensor, im Einsatz. Integriert wurden sie in eine Infrastruktur mit Pepperl+Fuchs Field Switches und einem Honeywell-Leitsystem unter Nutzung von Ethernet-APL und Profinet. Für den zweiten Test wurden Steuerungs- und Asset-Management-Systeme von ABB gemeinsam mit den beschriebenen Messgeräten und den Ethernet APL Switch von Pepperl+Fuchs getestet.

Füllstandssensor für jede Füllstandsmessung

Alle Testläufe wurden dabei mit maximaler Netzauslegung durchgeführt, Skalierbarkeit und Fehlertoleranz wurden erfolgreich verifiziert. Sämtliche relevanten Anforderungen wie Gesamtnetzlast oder Redundanz-Umschaltzeiten wurden im Rahmen der Tests erfüllt oder sogar übertroffen. Das Testergebnis war dementsprechend eindeutig: Ethernet-APL kann unter realistischen Bedingungen eingesetzt werden.

Hält was es verspricht

Gerd Niedermayer, dem Senior E+I Engineering Manager der BASF SE, kommentiert optimistisch: „Nach fünf Jahren enger Zusammenarbeit mit unseren Profinet-Partnern an APL ist dieser erfolgreiche Test ein wichtiger Schritt, um die Technologie künftig in unseren neuen Chemieanlagen einzusetzen.“

Andreas Hennecke, Head of Product Marketing Management bei der Pepperl+Fuchs Division Process Automation: „Entwicklungsteams führen seit Jahren Langzeittests unserer Fieldconnex-Feldswitches durch, daher waren wir zuversichtlich, dass das Setup den Herausforderungen standhalten würde. Zu sehen, wie alles in einem realistischen Setup so gut funktioniert, hat das Potenzial, alle davon zu überzeugen, nun für Prozessanlagen den Weg der Digitalisierung einzuschlagen“.

Game Changer hebt Niveau

Ethernet-APL hat mit diesen Massentests seinen Ruf als Game Changer bestätigt. Das neue Ethernet Protokoll kann also die Ethernet Kommunikation in der Prozessautomation auf ein neues Effizienzniveau heben.

Infrastruktur für alle Signalarten in der Prozessanlage

23.01.2023 | Mit dem Ethernet-APL Rail Field Switch von Fieldconnex versetzt Pepperl+Fuchs die Prozessindustrie ins Zeitalter der digitalen Automation. Der Advanced Physical Layer (APL) basiert auf der bewährten Feldbus Verkabelung. Daher nutzt er die vielfach vorhandene Infrastruktur. So entsteht eine noch nie dagewesene Transparenz der gesamten Anlage sowie ein ungehinderter Datenfluss vom Feldgerät bis in die Cloud.

Die im Sommer 2022 verabschiedete, international standardisierte APL-Technologie beruht auf IEC und IEEE Standards, anerkannten offenen Protokollen und Datenmodellen. Autorisierung, Authentifizierung und Geräteidentifikation übernehmen bewährte IT-Technologien. Die Geräte melden sich automatisch an und stellen ihre Device Descriptions zur Verfügung. Der Geräte Austausch erfolgt im Plug-and-play Modus. Die offenen Standards verhindern eine Abhängigkeit von einzelnen Lieferanten.

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Pepperl+Fuchs bietet die Infrastruktur für die digitale Kommunikation: Von Ethernet-APL fähiger Instrumentierung über den Feldbus Profibus PA bis hin zu klassischen analogen Signalen lassen sich Feldgeräte in jedem Ex-Bereich über Remote I/O und Switches einbinden.

Ethernet APL ist jetzt verfügbar

23.08.2022 | Spezifikationen wurden international standardisiert, Maßnahmen für Konformitätstests sind umgesetzt, erste Produkte werden freigegeben: Nach fast vier Jahren enger und fruchtbarer Zusammenarbeit zwischen den vier führenden Standardisierungsorganisationen Fieldcomm Group, ODVA, OPC Foundation und Profibus & Profinet International (PI), unterstützt von 12 namhaften Projektpartnern wie Pepperl+Fuchs freuen sich alle Beteiligten über den erfolgreichen Abschluss des Ethernet APL Projekts. Das Ergebnis ist eine verfügbare 10 Mbit s Technologie für einen neuen eigensicheren auf 2-adrige Kabel ausgelegten Physical Layer.

Den am Ethernet APL-Projekt beteiligten Experten war es wichtig, dass sich die Spezifikationen von IEEE 802.3cg (10BASE-T1L) für den Einsatz in der Prozessautomatisierung eignen. Außerdem sollte die Technologie auf einem IEEE-Standard basieren, um eine ideale Basis für die Ethernet APL-Technologie zu bilden. 

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Daher wurden auch die Aktibitäten zur IEEE Standardisierung intensiv unterstützt. Für eine Lösung für die Eigensicherheit, welche die Anforderungen der Prozessindustrie erfüllt, arbeiteten die Experten eng mit der Zertifizierungsstelle für Eigensicherheit vom TÜV zusammen. Dabei werden die Konzepte für den Explosionsschutz validiert und die Standardisierung von Ethernet-APL in der IEC vorbereitet.

Wichtigste Ergebnisse des APL-Projekts

Die wichtigsten Ergebnisse des APL-Projekts sind Spezifikationen von Portprofilen zur Unterstützung von Lösungen für mehrere Leistungsstufen mit und ohne Explosionsschutz und Engineering-Richtlinien. Ebenso soll Best Practices zu Planung, Installation, Testspezifikationen und -werkzeuge die Konformität sicherstellen. Der nun einheitlich verfügbare Physical Layer steht für Ethernet/IP, Hart-IP, OPC UA, Profinet oder andere übergeordnete Netzwerkprotokolle zur Verfügung.

Für die zeitnahe, effiziente Implementierung der Ethernet-APL-Technologie in Produkte, hat das Projekt auch mit Halbleiterherstellern zusammengearbeitet. So konnten bereits 10BASE-T1L-Phy-Chipsätze auf den Markt gebracht werden. Diese ermöglichten den Industriepartnern, ihre Produkte noch vor Ende des Projekts auf den Markt zu bringen. Jetzt können alle interessierten Unternehmen Ethernet-APL in ihre Produkte integrieren.

An Ethernet APL Anwendungen interessiert

Die Endanwender haben inzwischen großes Interesse am Einsatz von Ethernet-APL in ihren Anlagen. Einige Unternehmen haben bereits erfolgreiche Feldversuche durchgeführt. Procter & Gamble und BASF haben z. B. in internen Tests nachgewiesen, dass sich die Kommunikationstechnologie bestens für den Einsatz in Process Anwendungen eignet. Zur langfristigen Unterstützung der neuen Technologie haben die beteiligten Standardisierungsorganisationen vereinbart, die technischen und Marketing-Assets gemeinsam zu pflegen und die internationalen Bemühungen zur Standardisierung fortzusetzen. 

Funktionen von und Anforderungen an Ethernet APL

11.07.2022 | Ist die Zeit reif für Ethernet APL? Pepperl+Fuchs meint Ja und präsentiert den ersten Switch für die Montage in Feldgehäuse oder Schaltschrank. Der Advanced Physical Layer für Ethernet überbrückt die heute noch bestehende Kluft zwischen Leittechnikraum und Feldebene in Anlagen der Prozessindustrie. Der Beitrag zeigt den aktuellen Stand dieser größten, gemeinsamen Entwicklung von vier Dachverbänden und zwölf namhaften Herstellern für Kommunikationstechnik sowie deren praktische Anwendung und Umsetzung.

„Vor über zehn Jahren haben wir die Reise angetreten zu einem Ethernet, welches uns das 2 Draht Ethernet erlaubt“, blickt Andreas Hennecke, Produktmarketingmanager bei der Pepperl+Fuchs SE, zurück. In der Fertigungsindustrie sind Industrie 4.0 und das Industrial Internet of Things (IIoT) bereits selbstverständlich geworden. Ethernet ist die ultimative Kommunikationstechnologie in diesen Unternehmen. Sie erfüllt jedoch nicht die Anforderungen der Feldgeräte einer Anlage in der Prozess Automation.

Ethernet APL ermöglicht einheitlich Übertragung

Der Ethernet Advanced Physical Layer Ethernet-APL erfüllt diese Anforderungen. Ethernet-APL erfüllt eine hohe Akzeptanz bei allen Marktteilnehmern, weil es als reiner Physical Layer alle Protokolle und Funktionen übertragen kann. Die Kommunikationstechnik unterstützt jedes Ethernet basierte Automatisierungsprotokoll und soll sich zu einer einzigen, langfristig und stabilen Technologie für die gesamte Prozessautomatisierung entwickeln.

Gute Gründe für Ethernet APL

„Alle unsere Anwender wünschen sich die digitale Transformation und wir wollen sie auch im Feld der Prozessautomation ermöglichen. Unsere Motivation ist es, eine auf das Feld exakt passende Physik für das Ethernet mit der notwendigen Datenautobahn um die Digitalisierung herum voranzutreiben“, so Herr Hennecke. Anwenderverbände fordern einen barrierefreien Zugang. Der für die Betreiber kostenintensive und deswegen für eine Digitalisierung attraktive Bereich soll effektiver betrieben werden.

Eine Kooperation von zwölf namhaften Lieferanten und vier renommierten Anwender- und Standard-Organisationen hat es sich zur Aufgabe gemacht, diesen Übertragungsweg exakt auf die Bedürfnisse der Prozessindustrie zuzuschneiden und die eine Datenautobahn zu etablieren.

Zusammen haben sie die Zielsetzung definiert, dass Ethernet-APL für die Prozess Automation in international gültige Normen einfließt. Die Kommunikation wurde bereits als 10BASE-T1L im bekannen IEEE 802-Standard veröffentlicht. Auch die „Community Draft for Vote“ für den Schutz in explosionsgefährdeten Bereichen mit Eigensicherheit wurde veröffentlicht.

Damit ist eine Verabschiedung durch das IEC Gremium so gut wie sicher. Der Standard gewährleistet in der Prozessautomation die Kompatibilität von Ethernet APL Teilnehmern, auch Knoten genannt. Auch die weiteren Definitionen sind weit fortgeschritten. Die Technologie wird so für alle Marktteilnehmer zugänglich. Im Juni 2021 werden die Arbeiten zur Standardisierung abgeschlossen und stehen dann allen Marktteilnehmern zur Verfügung.

Ethernet und Ethernet APL

Ethernet-APL geht weit über die Definition der Kommunikation nach IEEE Standard hinaus. Der Standard für die Prozessautomatisierung definiert alle Eigenschaften: Die Zweidrahtleitung, steckbare Klemmen und verpolungssichere Geräte ermöglichen eine einfache Installation. Eine hohe Festigkeit gegen elektromagnetische Störungen (EMV), Blitzschutz und der anwenderfreundlich gestaltete Explosionsschutz schaffen Interoperabilität.

"Wie bei Pepperl+Fuchs üblich, ist bei unserem Ethernet-APL auch der Schutz von explosionsgefährdeten Bereichen möglich", so Herr Hennecke. „Und weil Ethernet in diesem Fall ja nur der Physical Layer selber ist, lassen sich später zusätzliche Technologien darauf aufrüsten.“ Die Arbeitsgruppen definieren Tests, nach denen alle Geräte zertifiziert werden. Die Definitionen und die bei den Anwenderorganisationen in der Entwicklung befindlichen Prüfungen schaffen die Grundlage für die Kompatibilität.

Industrial Ethernet in der Feldebene bietet mehr Messwerte und eine präzisere Übertragungstechnik. Zudem ermöglicht die Datenübertragungstechnik einen parallelen Zugang mehrerer Systeme oder Bedienstationen, weil Ethernet verschiedene Protokolle gleichzeitig transportieren kann. Es ermöglicht allen Beteiligten das datengestützte Arbeiten in einer Prozessanlage. Ethernet Switches ersetzen die früher erforderlichen Netzübergänge und Gateways. Die Zuordnung der Daten am Protokoll Übersetzer und der damit verbundene Planungs- und Konfigurationsaufwand entfällt.

Der Betreiber kann Daten von Steuerungs- und Wartungsstationen automatisch mit Feldgeräte Informationen anreichern. Die höher aufgelösten digitale Daten ermöglichen in Kombination mit Konfigurations- und Diagnose-Daten Erkenntnisse über die Zustände von Prozessen und Geräten. So ist eine präzisere Führung der Anlage und eine vorrausschauende Instandhaltung möglich.

Infrastruktur von Ethernet-APL

Die Installation von Ethernet-APL muss an die Bedingungen aller Anlagenarten anpassbar sein. Kernelement hierfür ist der APL Switch. Er stellt sicher, dass die Instrumentierung verbunden ist und transportiert die Daten transparent und barrierefrei. So lassen sich Daten bis in das ERP System übertragen. Sie unterstützen Gigabit oder Fast Ethernet und können in jede überliegende Netzwerke Architektur, optional mit Redundanz, eingebunden werden. Die Geräteanschlüsse können mit bis zu 200 m Länge mit Eigensicherheit in jede explosionsgefährdete Zone oder Division führen.

Ein erster Switch für die Montage in Feldgehäuse oder Schaltschrank ist der Fieldconnex von Pepperl+Fuchs. Dieses auf der Hutschiene installierbare Gerät kann in Zone 2 installiert werden. Die Anschlüsse für Feldgeräte in den Ethernet APL Netzwerken können 200 m lang sein und sind für die Zone 2 eigensicher mit Geräteanschlüssen als Ex ic klassifiziert. Der Fieldconnex ist höchst zuverlässig in der digitalen Kommunikation. Anwender erfahren eine erstklassige Unterstützung durch die Experten von Pepperl+Fuchs.

Der Power Switch mit hoher Speiseleistung kombiniert mit bis zu drei Trunk-gespeisten APL Field Switches gestattet künftig Kabel Längen von bis zu 1000 m mit hoher Speiseleistung. Diese Variante entspricht Eins zu Eins dem aktuellen Stand bei Feldbus Installationen. Die Trunk-und-Spur-Topologie mit Haupt- und Stichleitungen ist einfach und widerstandsfähig. Alle oben genannten Eigenschaften gelten als identisch.

Häufig gestellte Fragen

Was ist Ethernet APL?

Ethernet APL (Advanced Physical Layer) ist eine Kommunikationstechnologie, die eine physikalische Schicht für IoT Anwendungen in der Prozessindustrie beschreibt und eine Punkt-zu-Punkt Kommunikation ermöglicht. Die physikalische Schicht transportiert Strom und Daten ins Feld. Die Technologie definiert Kabellängen, Interoperabilität und Explosionsschutz. Das ergt eine durchgängige und transparente Kommunikation über die Hierarchieebenen hinweg. Ethernet APL ist in Zusammenarbeit zwischen der Fieldcomm Group, ODVA, OPC Foundation und Profibus & Profinet International (PI) sowie namhaften Projektpartnern wie Pepperl+Fuchs entstanden.

Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen:ABB, BASF, Beckhoff, Endress+Hauser, Honeywell, Pepperl+Fuchs.