Ethernet-APL-Field-Switch und Remote IO in einem für installation in Zone 2/Div. 2 zertifizierten Gehäuse (Quelle: : Pepperl+Fuchs)
Ein junger IT-Systemelektroniker hat gerade seine Ausbildung abgeschlossen. Mit ein paar Zusatzqualifikationen könnte er im Feld einer Prozessanlage sofort mit anpacken. Die Werkzeuge kennt er längst: App statt Multimeter, Netzwerk-Diagnose statt Kabelmessung. Als Herausforderung stellt sich ihm allerdings, dass die Feldebene vieler Anlagen eine andere Sprache spricht. So wird dort mit 4...20 mA, Hart und weiteren Feldbusprotokollen kommuniziert und jede Technologie bringt eigene Werkzeuge mit und setzt jeweiliges Erfahrungswissen voraus. Dieses Erfahrungswissen geht mit dem Generationenwechsel in der Belegschaft zunehmend verloren.
Ethernet-APL, der Advanced Physical Layer für die Prozessindustrie, bildet hier eine Brücke. Seine Übertragungsphysik liegt bewusst nah an der Feldbuswelt. Eine Zweidrahtleitung übernimmt Kommunikation und Speisung; Eigensicherheit sorgt für den Explosionsschutz. Vorhandene Feldbusverkabelung, die oft eine erhebliche Investition darstellt, lässt sich dadurch in vielen Fällen weiterverwenden. Gleichzeitig greifen etablierte Ethernet-Werkzeuge, etwa zur Gerätekennung, direkt.
Hersteller wie Pepperl+Fuchs liefern dazu installationsfertige Verteiler nach Kundenbedarf, die alle Signale einer Anlage erfassen. Eine gemeinsame, einheitliche Basis ist die Voraussetzung für Durchgängigkeit und damit für einen komfortablen und praktischen Umgang mit Produktion, Anlage und Automatisierung. Unter anderem aus diesen Gründen trifft die Technologie bereits seit dem Produktstart auf eine hohe Nachfrage.
Standardisierung schafft Zugang mit Planungssicherheit
Ethernet-APL überträgt Daten mit 10 Mbit/s über weite Strecken. Zwischen Feldverteiler und Instrument sind bis zu 200 m Distanz möglich; zwischen Leittechnik und Feldverteiler – den Feldbusanwendern als Trunk bekannt – bis zu 1000 m. Beide Strecken nutzen dasselbe zweiadrige Kabel, das zugleich die Energie für die Feldgeräte liefert.
Auch der Explosionsschutz wurde von Anfang an mitgedacht. Die Stromversorgung ist als sogenannte Engineered Power mit integriertem Explosionsschutz ausgelegt. Planer wählen die passende Power-Klasse entsprechend dem Zonierungskonzept. Quelle und Senke spielen dann allein durch diese Auswahl eigensicher zusammen, ohne dass eine Einzelberechnung erforderlich ist.
Komfort für Anlagenfahrer und Installateur
Feldgeräte liefern längst umfangreiche Diagnosen zu Prozess und Eigenzustand. Ethernet-APL stellt ihnen die Bandbreite zur Verfügung, um diese Informationen an übergeordnete Systeme zu übertragen – vom Edge-Computer bis zum Asset- oder Alarm-Management-System. Der Ethernet-APL-Field-Switch von FieldConnex übernimmt dies auch für seinen eigenen „Teilprozess“ und überwacht Qualität sowie Zustand von Datenübertragung und Infrastruktur.
Das dahinterstehende Diagnoseprinzip kennen Anwender der Feldbustechnologie seit Jahrzehnten vom Advanced Diagnostic Module. Inbetriebnahmeberichte und wiederkehrende Momentaufnahmen ermöglichen eine präzise Dokumentation von Installation und Inbetriebnahme. Hinzu kommt eine Langzeitüberwachung, die graduelle Veränderungen sichtbar macht. Der Ethernet-APL-Field-Switch von FieldConnex führt dieses Prinzip fort. Jedes Ereignis steht mit synchronisiertem Zeitstempel zur Verfügung: als Sammelmeldung nach der Namur-Ampel am Leittechnikarbeitsplatz und im vollen Detail im Alarm- oder Asset-Management-System. Unterstützt durch Systemanalysen können Instandhaltungsteams Veränderungen damit gezielt erkennen, bevor sie für den Prozess kritisch werden.
Die Anwender von Ethernet-APL sind in einer großen Bandbreite an Marktsegmenten beheimatet. Dazu zählen Zementwerke, Abfallanlagen für chemische und toxische Stoffe, Chemieanlagen, Minen, die Kosmetik- und Pharmaproduktion, Getreide- und Lebensmittellager sowie Biodieselanlagen. Gemeinsam ist ihnen, dass raue Umgebungen auf hohe Anforderungen an Diagnose und Verfügbarkeit treffen.
Michael Kessler, Executive Vice President Technology/R&D bei Pepperl+Fuchs, bringt die Resonanz auf die Technologie auf den Punkt: „In meiner über 30-jährigen Laufbahn bei Pepperl+Fuchs ist Ethernet-APL die Technologie mit der höchsten Nachfrage direkt ab Produktstart.” Mehr dazu im Podcast (siehe Kastentext am Beitragsende).
Anlagenmodernisierung mit beliebigen Signalen
Bei Modernisierungsprojekten lassen sich Feldbus- oder Ethernet-APL-Signale wahlweise am selben Switch anschließen. Neue Signale, beispielsweise bei Erweiterungen, laufen sofort über Ethernet-APL, während jeder Port unabhängig davon auch Profibus-PA-Signale aufnehmen kann. Hilfreich ist das vor allem dann, wenn die übergeordnete Steuerung ohnehin auf Ethernet umgestellt wird, zum Beispiel auf Profinet. Anwender rüsten die am Switch angeschlossenen Signale dann Zug um Zug von Feldbus auf Profinet über Ethernet-APL um, unter anderem wenn ohnehin ein Gerätetausch ansteht. Dabei gilt: Ethernet-APL ist die Übertragungsphysik, Profinet das Protokoll darüber. Und erst die Kombination realisiert die Verbindung zwischen Feldverteiler und Gerät.
Für klassische 4...20-mA- und Hart-Signale kommt im Feldverteiler eine Remote-IO-Station zum Einsatz. Pepperl+Fuchs liefert dazu vorverdrahtete, anschlussfertige Gehäuselösungen mit Switch und Remote IO, die für den Ex-Bereich zertifiziert sind. Auf diese Weise laufen sämtliche Signale im Feldverteiler zusammen und werden auf einen gemeinsamen Ethernet-Uplink umgesetzt. Bis zu einer Entfernung von 100 m erfolgt dies über Kupferleitung, darüber hinaus per Lichtwellenleiter.