Ethernet-APL verstehen

Ethernet-APL steht für „Advanced Physical Layer“ und bezeichnet eine Technologie, die eine Vielzahl industrieller Kommunikationsprotokolle unterstützen soll, darunter PROFINET, EtherNet/IP, OPC-UA und HART-IP.

Die Entwicklung von Ethernet-APL begann 2018 mit dem sogenannten „APL Project“, einer Initiative, die ein breites Konsortium von Unternehmen mit dem Ziel zusammenbrachte, bestehende IEEE- und IEC-Normen zu verbessern. Der Ansatz stützte sich auf die eingeführten Normen, um eine starke Marktakzeptanz und Interoperabilität sicherzustellen.

Diese Technologie nutzt ein geschirmtes zweiadriges Kabel und ermöglicht damit eine Kommunikation mit Schleifenspeisung („loop-powered“) mit einer zuverlässigen und einfachen Netzwerkstruktur und -topologie. Ethernet-APL arbeitet im Vollduplex-Modus, unterstützt Kabellängen bis zu 1000 Meter und liefert Daten mit 10 Mbit/s.

Ethernet-APL bietet bedeutende Vorteile für industrielle Kommunikationssysteme:

• Protokollflexibilität: Unterstützt häufig genutzte und standardisierte Ethernet-Protokolle.
• Vereinfachte Netzwerkkonfiguration: Verringert Komplexität bei Einrichtung und Wartung.
• Einheitliche Tools für IT und OT: Ermöglicht konsistente Fehlerbehebung über verschiedene Bereiche hinweg.
• Minimaler Installationsaufwand: Reduziert Zeit und Kosten für die Bereitstellung.
• Zweiadriges Kabel: Vereint Datenübertragung und Stromversorgung in einem einzigen Kabel.
• Geeignet für größere Entfernungen: Arbeitet zuverlässig über Entfernungen von bis zu 1000 Metern.
• Explosionsschutz: Nennwerte und Zertifizierungen für explosionsgefährdete Bereiche und Eigensicherheit.
• Elektrische Stabilität: Überspannungsschutz und Widerstandsfähigkeit gegen elektromagnetische Störungen.
• Unterstützung von Migration: Ermöglicht ggf. Wiederverwendung von Typ-A-Feldbuskabeln zur Vereinfachung der Umstellung.

Ethernet-APL unterstützt verschiedene Topologien: Trunk-and-Spur- oder Sterntopologie. Die Verbindungen erfolgen nur von Punkt zu Punkt zwischen den einzelnen Anschlüssen zu den Switches, die ein Segment bilden.

Jeder APL-Switch trennt die Kommunikation zwischen den Segmenten, sodass Störungen wie Übersprechen ausgeschlossen werden. Außerdem schützt er die Kommunikation vor Problemen oder Störungen durch Geräte in anderen Segmenten.

In der folgenden Tabelle sind die für Ethernet-APL geltenden technischen Eigenschaften aufgeführt:

Wenn wir über Switches sprechen, sind zwei Punkte zu erwähnen, die topologische Flexibilität ermöglichen. Erstens die Power-Switches, die einen oder mehrere Ports der Hauptleitung (Trunk) mit Strom und Kommunikation versorgen. Sie werden von außen mit Strom versorgt.

Zweitens die Field-Switches, die Ports dort bereitstellen, wo Stichleitungen (Spurs) abzweigen können. Die Stromversorgung erfolgt in diesem Fall über die Hauptleitung oder eine externe Quelle.

Diese Grafik zeigt ein Beispiel einer Trunk-and-Spur-Topologie:

Dies ist eine Sterntopologie:

Die Entwickler dieser Technologie wollten die Chancen für eine möglichst breite Akzeptanz in der Industrie erhöhen. Deshalb haben sie bekannte Typen wie Schraubklemmen, Federzugklemmen sowie M8- und M12-Steckverbinder verwendet.

Auch das Kabel zur Implementierung von Ethernet-APL ist eine vertraute Komponente. Als Referenzkabel wird ein Typ-A-Feldbuskabel (Widerstand 100 Ohm, Toleranz +/-20 Ohm), IEC 61158-2, für AWG-Klassen 26-14 und Verdrahtungsquerschnitte von 0,324 bis 2,5 mm² verwendet.

Um die bei anderen Topologien auftretenden Verdrahtungsfehler zu vermeiden, hat Ethernet-APL Polaritätsunabhängigkeit eingeführt. Feldgeräte dürfen sich nicht gegenseitig stören, und ihre Konfiguration erfolgt nur von Peer zu Peer.

Die 2-WISE-Spezifikation (2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) ist ein zusätzliches in Ethernet-APL integriertes Merkmal, das die Parameter für eigensichere Stromkreise definiert. Das Konzept ist von FISCO abgeleitet. Alle Regeln einer eigensicheren Anwendung sind gleich, da die im Feld arbeitenden Techniker und Ingenieure bereits mit ihnen vertraut sind.

Mit der Wizard-App und automatischen Einrichtung können Feldgeräte schnell konfiguriert werden; Ethernet-APL ermöglicht Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung für eine einfache, schnelle Inbetriebnahme. Industrie-Tablets wie der Field Xpert werden zusammen mit Smartphones und Kabeltestgeräten zu alltäglichen Werkzeugen für Techniker im Feld, die mit digitalen Instrumenten arbeiten.

Diese Technologie wurde zur sofortigen Implementierung in konkreten Konzepten für das Industrial Internet of Things (IIoT) entwickelt, um Bau, Inbetriebnahme und Betrieb von Prozessanlagen zu vereinfachen. Um den Weg dorthin zu erleichtern, stehen die NAMUR Open Architecture (NOA) sowie Open Process Automation Standards (O-PAS™) des Open Process Automation Forum (OPAF) zur Verfügung.

Mit cloudbasierten IIoT-Services wie dem Netilion IIoT-Ökosystem von Endress+Hauser wird es bald Ethernet-APL-Anwendungen geben, die die Konnektivität zwischen dem Feld und der Cloud unterstützen und damit die geeigneten Services Dienste für unterschiedliche Zwecke bereitstellen, beispielsweise für Diagnose und vorausschauende Wartung.

Diese Anwendungen ermöglichen eine transparente Integration zwischen OT und IT und konzentrieren sich dabei auf eine einzige Netzwerktechnologie. Bleiben Sie dran – wir werden bald weitere Informationen über Ethernet-APL, Anwendungen und technische Empfehlungen veröffentlichen.