Durch schnelle, parallele und schnittstellenfreie Kommunikation alle Gerätedetails auf dem Schirm (Quelle: Pepperl+Fuchs)
Die Prozess- und die Fabrikautomation unterscheiden sich in praktisch allen Hauptmerkmalen: In der Prozessindustrie sind die Wege länger, die Umgebungen rauer, die Anforderungen für den kontinuierlichen Betrieb höher, und man benötigt den Explosionsschutz mit Eigensicherheit. Daraus resultieren die Anforderungen nach extrem robusten Technologien und Produkten. Ethernet-APL wurde spezifisch für das Feld der Prozessanlage entwickelt.
Die Zwei-Draht-Ethernet-Technologie
Single Pair Ethernet beschreibt einen physikalischen Übertragungsweg für Ethernet, beispielsweise basierend auf 10Base-T1L mit einer Übertragungsrate von 10 Mbit/s. Die Vorteile von SPE liegen unter anderem in der geringeren Anzahl von Leitungspaaren, nämlich genau eines. Dabei erfolgt über dieses zum einen die Datenübertragung und zum anderen die Energieversorgung von Endgeräten. Bei der Übertragung der Daten werden Ethernet-basierte Protokolle unterstützt. Damit ist eine durchgängige Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud in der Fabrikautomation möglich.
Das Ethernet speziell für die Prozessindustrie
Gleiches gilt für Ethernet-APL in der Prozessindustrie. Hier erfüllt der Advanced Physical Layer (APL) alle zentralen Anforderungen an Prozessanlagen. Dazu zählen die langen Leitungswege, Zweidrahtleitungen für Kommunikation und Speisung, robuste Klemmen, Explosionsschutz mit integrierter Eigensicherheit und Interoperabilität. Letztgenannte wird durch Konformitätstests, denen sich Hersteller mit ihren Produkten unterziehen, sichergestellt.
Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen Switches sowie Switches und Feldgeräten sind vorgeschrieben und sorgen damit für eine hohe Widerstandfähigkeit gegenüber Störungen. Die Netzwerkinfrastruktur ist damit widerstandsfähig gegenüber Störungen, selbst bei Verbindungs- und Trennvorgängen im laufenden Betrieb, die häufig bei Wartungsarbeiten oder dem Gerätetausch erforderlich sind. Über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen überträgt der Switch die Stromversorgung und die Kommunikation.
Schutz für explosionsgefährdete Bereiche
Die Zündschutzart Eigensicherheit bedeutet, vereinfacht ausgedrückt, dass die elektrische Energie im Stromkreis auf ein Niveau begrenzt wird, bei dem kein ausreichender Zündfunke entstehen kann, um die vorhandene explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden. Diese Zündschutzart, die ein integraler Bestandteil des Ethernet-APL Standardpakets ist, wird vor allem bei Stromkreisen mit relativ kleinen Leistungen angewandt. Das macht sie optimal für den sicheren Betrieb von Sensoren und Aktoren.
Ethernet-APL entlehnt das vom Feldbus bekannte Konzept Fisco, erlaubt aber eine höhere Leistung und größere Entfernungen zwischen Switch und Feldgerät. In der IEC TS 60079-47 sind die elektrischen Parameter definiert, die ein Ethernet-APL Gerät mitbringen muss, um den eigensicheren Zündschutz zu erfüllen. Dieses Konzept zur Eigensicherheit von Ethernet-APL Verbindungen nennt sich 2-Wise für Two-Wire Intrinsically Safe Ethernet und ermöglicht den Feldeinsatz bis in Zone 0/Div 1. Für den Anwender gestaltet sich die Erbringung des gesetzlich vorgeschriebenen Nachweises der Eigensicherheit einfach: Der Planer wählt die Geräte entsprechend der gewünschten Zone aus, achtet auf eine geeignete Leitung mit bis zu 200 m Länge und dokumentiert die Installation. Zeitraubende Berechnungen zum Nachweis der Eigensicherheit sind nicht mehr erforderlich. Geeignete Geräte werden mit „2-Wise“ und der jeweiligen Explosionsschutzklasse gekennzeichnet, für die das Ethernet-APL-Gerät zugelassen ist.