Ethernet-APL – 8 FAQs zur Anlagenperformance mit digitaler Kommunikation
Ethernet-APL ermöglicht die durchgängige Kommunikation und schnelle Datenübertragung von der Feldebene bis ins Prozessleitsystem und in die Cloud. Der Ethernet Advanced Physical Layer erfüllt dabei alle Anforderungen der Prozessindustrie: Zweidrahtleitung, Realisierung langer Kabelwege, Interoperabilität von Systemen und Technologien sowie den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen bis Zone 0/Class I, Div. 1. Doch wie bei allen modernen Technologien, kommen auch Fragen auf. Wir beantworten acht häufig gestellte Fragen zur Anlagenperformance mit digitaler Kommunikation und auf was Anwender beim Aufbau eines Ethernet-APL-Netzwerks achten sollten.
1. Warum gilt Ethernet-APL als so zuverlässig?
Ethernet-APL schreibt Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen Switches und zwischen Switches und Geräten vor. Das bedeutet, dass ein Ethernet-APL-Netzwerk per Definition äußerst widerstandsfähig gegenüber Störeinflüssen ist. Arbeiten am Geräteanschluss können während des Anlagenbetriebs stattfinden, da Verbindungs- und Trennvorgänge den Anlagenbetrieb nicht beeinflussen, wodurch potenzielle Fehlerquellen und somit das Risiko unerwünschter Auswirkungen auf die Anlagenleistung reduziert werden.
Der Geräteanschluss am Field Switch ist der Punkt, an dem das Gerät eindeutig identifiziert werden kann. Höhere Kommunikationsprotokolle und Profile nutzen dies, um das Gerät zu erkennen und zu identifizieren. Anwender können nun Standardbetriebsabläufe auf automatisierten Workflows für die Inbetriebnahme und den Gerätetausch aufbauen: Das Hostsystem erkennt, dass der Installateur die Verbindung zu einem Gerät trennt und ein Gerät ähnlichen Typs oder ähnlicher Bauform neu verbindet. Die Systeme können jetzt den Bediener durch die eigentliche Schleifenprüfung führen.
Ringredundanz ist ein Ethernet-Konzept, das zwischen Switch und Leitwarte eingesetzt werden kann und von PROFINET als Standard übernommen wurde. Ähnliche Konzepte gibt es für die meisten industriellen Kommunikationsprotokolle wie EtherNet/IP, wo dies als Device Level Ring bezeichnet wird.
Ethernet-basierte Kommunikation ermöglicht die einfache Implementierung redundanter Steuerungen. Diese können unabhängig von der Netzwerkarchitektur entwickelt werden, da Ethernet mehrere Kommunikationsbeziehungen parallel über dieselbe Infrastruktur aufbauen kann. Nun haben die meisten dieser Punkte jedoch nur wenig mit Ethernet-APL zu tun. Das ist richtig. Ethernet-APL stellt die Verbindung über die letzte Strecke von einigen hundert Metern zur Prozessinstrumentierung her. Mit Ethernet-APL gelten die gleichen Ethernet-basierten Konzepte jetzt für das gesamte Netzwerk und die gesamte Infrastruktur. Dadurch ist es nicht mehr notwendig, digitale Feldbussysteme über Gateways zu verbinden, und es ist einfach zu implementieren.
Dies führt zur nächsten wichtigen Überlegung.
2. Wie reduziert die Ethernet-APL-Technologie die Anzahl der erforderlichen Gateways?
Das ist das Hauptmerkmal von Ethernet-APL: ein Ethernet-basiertes Netzwerk für das gesamte Automatisierungssystem, in dem die zugrunde liegende physikalische Schicht nach den Anforderungen ausgewählt werden kann. Jetzt spricht das Gerät dieselbe Sprache wie die Steuerung, beispielsweise PROFINET, EtherNet/IP, Hart-IP oder OPC UA, sodass keine Gateways oder Übersetzungen des Kommunikationsprotokolls erforderlich sind.
Aber das ist nicht alles: Ethernet-APL spezifiziert dasselbe Referenzkabel, das auch für PROFIBUS-PA-Geräte verwendet wird. Mit hervorragenden Integrationstechnologien wie dem PA-Profil und der Proxy-Technologie kann der Switch nun die Daten von PROFIBUS-PA-Instrumenten in PROFINET umwandeln, so dass er nahezu wie ein natives PROFINET-Gerät erscheint.
Dies schützt die Investition in die installierte Gerätebasis und bietet Hilfe beim Einsatz von Ethernet im Bereich Prozessanlagen. Mit dem Switch als integrierende Komponente kann sowohl die Ethernet- als auch die PROFIBUS-PA-Kommunikation auf derselben Infrastruktur ausgeführt werden. Das ermöglicht Ihnen verschiedene Systeme zu kombinieren, während die Geräteanbieter ihre Ethernet-APL-Angebote erweitern.
Der Ethernet-APL Rail Field Switch von Pepperl+Fuchs übersetzt Daten aus beliebigen Kommunikationsinfrastrukturen, sodass Systeme kombiniert werden können und Gateways somit überflüssig werden.
3. Kann Ethernet-APL für Sicherheitsanwendungen verwendet werden?
Auf jeden Fall! Ethernet-APL ermöglicht die durchgängige und schnelle Kommunikation von der Feldebene – in explosionsgefährdeten Bereichen bis zu Zone 0/Class I, Div. 1 – bis zum Prozessleitsystem und der Cloud. Anwender haben den Vorteil, dass sie mit Ethernet-APL nur eine einzige Infrastruktur für die gesamte Gerätekommunikation verwenden können. Dadurch wird der Verwaltungsaufwand für Sicherheitseinrichtungen von der Planung über die Einrichtung bis hin zu Inbetriebnahme und Betrieb reduziert.
Ethernet-APL ermöglicht die digitale Datenübertragung aus der Feldebene, von Nicht-Ex-Bereichen bis hin zu explosionsgefährdeten Bereichen bis Zone 0/Class I, Div. 1.
Zudem ist Ethernet-APL ist nur die physikalische Schicht (Schicht 1 des OSI-Modells), die Strom und Daten ins Feld transportiert. Sicherheitsprotokolle sind Bestandteil von Schicht 7, der Anwendungsschicht, die von Schicht 1 völlig unabhängig ist. Damit ist Ethernet-APL auch für die Sicherheitsinstrumentierung verwendbar. Geräteanbieter haben die einzigartige Gelegenheit, jetzt Sicherheit als Teil der Firmware zu implementieren, was Entwicklungskosten sparen und gleichzeitig Test- und Zertifizierungskosten senken kann.
Da inzwischen rund 40 % aller Prozesssignale sicherheitsrelevant sind, gehen wir davon aus, dass sich dies eher früher als später durchsetzen wird. Es ist hilfreich, wenn Anwender ihre Wünsche den Geräteherstellern gegenüber zum Ausdruck bringen, mehr über Ethernet-APL zu erfahren, diese Technologie bereitzustellen und sie dazu ermutigen, in digitale Kommunikation zu investieren.
Das OSI-Modell: Ethernet-APL ist Schicht 1, die physikalische Schicht.
4. Wofür brauche ich die große Bandbreite von 10 Mbit/s?
Die große Bandbreite von 10 Mbit/s in Verbindung mit der flachen Ethernet-Infrastruktur ist für viele Anwendungen von entscheidender Bedeutung, weil es die vollständige Digitalisierung im Feld von Prozessanlagen ermöglicht. Mit der Bandbreite und schnellen Aktualisierungszyklen erreichen Nutzer eine höhere Präzision in der Closed-Loop-Steuerung. Mit dem digitalen Typenschild entfallen alle Unklarheiten über Geräte und ihre Kennzeichnung. Das Asset-Management-System kann den Gerätestatus in Echtzeit verfolgen sowie Diagnosen und Alarme verwalten. Die Engineering-Systeme speichern vollständige Backups aller Geräteeinstellungen und Daten. Sie können Einstellungen nach einem Gerätetausch automatisch wiederherstellen. Mit digitalem Lockout und Tagout sind Geräteinformationen digital in Echtzeit und aus der Ferne von einem mobilen Gerät aus verfügbar.
Sobald Ethernet-APL zum Mainstream wird, werden die Anwender auch mehr Ideen entwickeln, wie sie ihre Standardbetriebsabläufe durch Automatisierung unterstützen und helfen können, die Sicherheit und Zuverlässigkeit in ihren Anlagen weiter zu verbessern.
5. Für Greenfield-Anlagen mögen die Vorteile von Ethernet-APL klar sein. Was ist mit bereits installierten Anlagen?
Die Datenintegration umfasst alle Arten von Bestandsprojekten vor Ort. Gerätebeschreibungen in Form von FDI-Paketen, GSD- oder FDT-DTM-Paketen bilden die Integrationstechnologie, die für den Zugriff auf jedes Signal erforderlich ist. Ethernet und die Stromversorgung für einen einzelnen Feldverteiler mit einem Ethernet-APL Field Switch und einer Remote-I/O-Station ermöglichen die Konnektivität für:
- Jedes Kommunikationsprotokoll über Ethernet-APL
- PROFIBUS-PA-Verbindung mit PROFINET
- Jedes analoge Signal über PROFINET mit und ohne HART
Bei einem Leitsystem-Upgrade oder einem großen Anlagenumbau können Anwender die Investition in ihre vorhandenen Geräte schützen und die Kabel zwischen den Feldverteilern und den Geräten an Ort und Stelle belassen. Das bedeutet erhebliche Einsparungen. Alles, was sich am Feldverteiler befindet und mit höheren Systemen verbunden ist, kann für eine hohe Verfügbarkeit mit Redundanz für Installation, Stromversorgung und Steuerung genutzt werden.
Während der Modernisierung können Anwender für jedes Gerät entscheiden, ob ein Upgrade auf Ethernet-APL einen wirtschaftlichen Vorteil für den Anlagenbetrieb bietet. Die Infrastruktur stellt eine Verbindung zu jedem Gerät bereit, sodass die Investition in die installierten Geräte geschützt ist. Das bedeutet, dass verschiedenste Signale von beliebigen Geräten kombiniert werden können und alle vom Gerät bereitgestellten Daten unabhängig von der gewählten und vorhandenen Kommunikationstechnologie nutzen können. Ethernet-basierte Kommunikationsprotokolle bieten aufgrund der vielen unterstützenden Funktionen, in denen die breite Akzeptanz von Ethernet heute begründet ist, die einfachste Art der Integration.
6. Werden die bestehenden Technologien trotz hoher Bandbreite weiterhin so langsam sein?
Nicht unbedingt. Während ein HART- oder Profibus-PA-Transmitter im Vergleich zu Ethernet-APL immer langsamer sein wird, erhöht die Infrastruktur dennoch die Effizienz der Anwendung: Remote I/O und Field Switch bieten im Vergleich zur heutigen Multiplexing-Technologie einen Master pro Geräteverbindung. Die Kommunikation zwischen Feldverteiler und Gerät kann parallel erfolgen, wodurch die Wartezeit zwischen den Übertragungen entfällt und die Systemreaktion insgesamt verbessert wird.
7. Was muss ich bei einer Anlagenmodernisierung mit Ethernet-APL beachten?
Im Zuge eines Modernisierungsprojekts empfehlen wir die Verwendung einer Ethernet-basierten Kommunikation im Feld. Anwender sollten die Einrichtung ihrer Anlage auf die folgenden Randbedingungen überprüfen und diese berücksichtigen:
- Die Ethernet-APL-Infrastruktur von FieldConnex ist für die Installation in Zone 2 geeignet.
- Switches und Remote I/O erfordern eine zusätzliche Stromversorgung.
- Entfernungen von bis zu 2 km zwischen Feld und Leitwarte können per Glasfaser überbrückt werden.
Pepperl+Fuchs bietet ein Portfolio an verschiedenen Ethernet-APL Rail Field Switches für den Aufbau eines Ethernet-APL-Netzwerks.
8. Wie schütze ich ein Ethernet-APL-Netzwerk vor Cyberangriffen?
Um Ihre Anlage vor ungewollten Zugriffen zu schützen, erfordert dies einen systemischen Ansatz. Genau wie heute bei der IT-Security in Firmennetzwerken evaluieren Sie verschiedene Angriffsszenarien sowie die Anfälligkeit des Netzwerks und ergreifen geeignete Sicherheitsmaßnahmen, um diese Angriffe abzuwenden. Dies umfasst auch die Begrenzung von Zugangsrechten auf bestimmte Bereiche oder für einen begrenzten Zeitraum, bspw. für Instandhaltungsfirmen. Weil es sich bei Ethernet-APL-Netzwerken um reines Ethernet handelt, ist Ihr Netzwerk zukunftssicher geschützt, weil sich alle zukünftigen Schutzmechanismen anwenden lassen werden können.
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