Zwei Technologiestränge

Für den Einsatz in der Prozessindustrie unterstützt Ethernet- APL unterschiedliche Topologien (Bild 3), wie die aus der Ethernet-Technologie bekannte Stern-Topologie, aber auch die in Feldbusinstallationen übliche Trunk-and-Spur-Technologie. Die Kooperationspartner R. Stahl und Softing [3] stellen in Kürze Produkte und Lösungen in Form von Ethernet- APL-Power-Switches sowie Field-Switches vor, die in der Zone 1 und 2 mit eigensicheren 2-Wise-Feldgeräteanschlüssen für die Zone 0 eingesetzt werden können.

Für die Umsetzung von Standard-Ethernet auf APL wurde der 4-Draht-Field-Switch entwickelt. Er basiert auf dem 2-Wise-Konzept und wird voraussichtlich im zweiten Quartal 2022 die Performance- und Konformitätstests abschließen. „Derzeit führen wir ausführliche Interoperabilitätstests durch, sodass im dritten Quartal die ersten Geräte in die Zertifizierung, zum Beispiel in Bezug auf Profinet und Ex- Schutz, gehen. Endanwender planen mit Ethernet-APL für Zone 1 und 2 bereits erste Projekte im Lauf des nächsten Jahres“, erklärt A. Fritsch.

Die Entwicklungen rund um die Trunk-and-Spur-Technologie sind herausfordernder. Bei Installation von Ethernet- APL über die Trunk-and-Spur-Topologie versorgt ein Power-Switch das Netzwerk mit ca. 90 W und übernimmt die Umsetzung von 4-Draht-Ethernet auf die 2-Draht-Technologie. Dort werden die Field-Switches angeschlossen, die über den Trunk ihre Versorgung erhalten und die restliche verfügbare Energie galvanisch getrennt in der Zündschutzart Eigensicherheit den Feldgeräten zur Verfügung stellen. Jeder Trunk, der die Verbindung von Power-Switch zu Field- Switch oder Field-Switches untereinander herstellt, kann dabei bis zu 1 000 m lang sein, die Spurs maximal 200 m.

Die Herausforderungen liegen im Detail, wie A. Fritsch erklärt: „Der Power- Switch ist noch nicht ganz fertig, da hier eine enorme Komplexität dahinter steckt. Weniger auf den Ex-Schutz bezogen, sondern weil viele netzwerkspezifische Funktionen mit einbezogen werden müssen. Dazu gehört etwa die Profinet-Diagnose, Topologieerkennung und vieles mehr.“

Einfachere Diagnosemöglichkeiten

Überhaupt gestaltete sich das Diagnosethema komplexer als anfangs gedacht. „Früher genügte ein Multimeter, jetzt benötigt man eigene Diagnoseroutinen“, so A. Fritsch. „Mit der klassischen 4…20-mA-Installation bekommt man allerdings maximal zwei Diagnosemeldungen: entweder es funktioniert alles oder eben nicht. Über Ethernet-APL erfährt man nun, was genau und warum etwas nicht läuft – bis hin zu Empfehlungen für die Fehlerbehebung.“ Der Vorteil für den Anwender: Neben den verbesserten Auswertemöglichkeiten eröffnen sich neue weitere für die Ferndiagnose.

Die To-do-Liste

Noch gilt es, einige Herausforderungen zu meistern, zum Beispiel die Umsetzung und Bescheinigung durch die lokalen (nationalen) Zertifizierungsbehörden, etwa in China, aber auch in den USA, die einen etwas anderen Ansatz im Explosionsschutz verfolgen. Dies kann zu Verzögerungen führen, wie A. Fritsch anhand eines früheren Beispiels ausführt: „Die Technologie ,Optisch-Inhärent-Sicher‘ ist seit 20 Jahren auf dem Markt, dennoch gab es in Süd-Korea lange keine Behörde, die eine entsprechende Zertifizierung durchführen durfte. Mit der Folge, dass diese Technologie dort erst spät eingeführt wurde.“ Weiter sieht er noch offene Fragen bei der Integration von Nicht-Ethernet-APL-Geräten und in Bezug auf Leitungslängen oder Temperaturgrenzen. Hier werden Tools zur Berechnung der nichtlinearen Zusammenhänge benötigt.

Der vielleicht wichtigste Aspekt: Technologie lebt von der Vielfalt. Mit einer Ethernet-Infrastruktur alleine lässt sich noch keine digitale Anlage bauen. Hier erfordert es unter anderem geeignete Feldgeräte und Kommunikationsprotokolle. „Beim Ethernet-APL-Projekt ist es zum ersten Mal gelungen, sowohl die Hersteller als auch die Standardisierungsorganisationen zusammen zu bringen. Nun müssen noch mehr Hersteller in die Entwicklung einsteigen. Mit zwölf Herstellern kann man keine Anlagen bauen“, mahnt A. Fritsch. Anwender sollten sich auf jeden Fall jetzt mit der Technologie beschäftigen. Schließlich müsse man quasi zwei Technologien neu lernen: den Umgang mit digitalen Kommunikationsprotokollen und den mit Ethernet-Technologien. „Wer nun beispielsweise mit Profibus PA startet, kann in wenigen Jahren ohne Weiteres auf Ethernet-APL umsteigen. Die Technologie gibt die Flexibilität her. Auch mit Modbus-TCPAnwendungen kann man auf Ethernet-APL umsteigen, da das gleiche Netzwerk genutzt wird“, beschreibt A. Fritsch mögliche Wege. Seiner Meinung nach ist es lediglich wichtig, dass man sich vorher für eine Struktur – also entweder die Sterntopologie oder die Trunk-and-Spur-Technologie – entscheidet.

Ausblick

Ethernet-APL ist aufgrund steigender Mengen an Prozessdaten, die über teils große Entfernungen zu übertragen sind, unabdingbar für eine zukunftsfähige Prozessautomatisierung. Entscheidender Unterschied zu früheren Technologieansätzen ist die Bereitschaft vieler Unternehmen, sich auf diese Technologie einzulassen. „Im Moment arbeiten wirklich alle – Hersteller und Betreiber – an dem Thema“, bestätigt A. Fritsch. „Neue Technologien sind jedoch immer Momentaufnahmen. Um neue und gute Lösungen zu entwickeln, muss man damit arbeiten“, ermutigt er Anwender sowie Hersteller und verweist abschließend auf die wenig spannende Alternative, weiter mit einer veralteten 4…20-mA-Technologie zu arbeiten.

Literatur

1. R. Stahl Schaltgeräte GmbH, Waldenburg.
2. E DIN IEC/TS 60079-47 (VDE V 0170-47):2021-06 Explosionsgefährdete Bereiche – Teil 47: Geräteschutz durch eigensicheres 2-Draht-Ethernet- Konzept (2-Wise). Berlin · Offenbach: VDE VERLAG
3. Softing Industrial Automation GmbH, Haar: www.industrial.softing.com/de