Industrial

Ethernet-APL – Netztopologien

Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) ist der neue Standard für die Prozessindustrie. Er basiert auf der 10BASE-T1L Spezifikation gemäß IEEE 802.3cg und ermöglicht ein 2-Draht-Ethernet bis ins Feld. Der Hauptvorteil von Ethernet-APL ist die Interoperabilität und Flexibilität durch die nahtlose Anbindung von Feldgeräten mit einer schnellen Datenübertragung in die Informationsebene in sowohl kleinen Netzen mit kurzen Distanzen als auch in großen Netzen mit erheblichen Streckenlängen. Außerdem unterstützt er die für die Prozessindustrie wichtige Zündschutzart Eigensicherheit „i“ in ex-gefährdeten Bereichen der Zonen 0, 1 und 2. Mit der Ethernet-APL-Technologie ist die zukünftige Digitalisierung von Automatisierungsnetzen relativ leicht zu implementieren, wenn bezüglich der Netzwerktopolgie einige Vorraussetzungen ins Kalkül gezogen werden. 

Einen ausführlichen Blogbeitrag zu den Vorteilen von Ethernet-APL für Endanwender und Gerätehersteller finden Sie hier.

Drei unterschiedliche Varianten

Ausgehend von der enormen Anzahl und Vielfältigkeit der Anlagetypen, der unterschiedlichen Ausprägungen und vor allem der Größe sollte das Netzwerksystem komfortabel und kostengünstig erweiterbar sein, Redundanzen bieten und den speziellen Anforderungen der Prozessindustrie gerecht werden, wie z.B. raue Umgebung, Betrieb in explosionsfähiger Atmosphäre. In der Ethernet-APL Engineering Guideline sind unterschiedliche Netzwerk Topologien für Ethernet-APL Netze skizziert, wobei die Gegebenheiten für die Ethernet-APL Spurs bei allen Topologien gleich sind. Ethernet-APL Geräte können mit einem Kategorie IV Kabel (maximal 200 Meter) an einen Switch angeschlossen werden und mit einer Datenrate von 10 Mbit/s kommunizieren. Wir greifen in diesem Blog drei Varianten auf, auf die wir näher eingehen. 

Variante 1: APL-Field Switche werden direkt an ein Standard Industrial Ethernet Netzwerk angeschlossen, wobei die Konstellation der Installationsumgebung im Wesentlichen den Standort bestimmen - also ob diese im Schaltschrank oder direkt im Feld verbaut werden. In dieser Version wird eine direkte Anbindung des APL-Switch mit normalen Ethernet Kupferkabeln oder mit Glasfaserkabeln an das „Control Network“ erreicht. Die typische Datenrate in diesem Netzwerkteil liegt hier bei 100 Mbit/s. Es entspricht den heutigen Feldbusstrukturen und kommt den sogenannten Brownfield-Anlagen entgegen, die zu Zeiten installiert wurden, als das Tempo der Digitalisierung noch nicht absehbar und die Prozess-Steuerung weit von den heutigen Anforderungen entfernt war, aber jetzt mit der Entwicklung im 21ten Jahrhundert Schritt halten muss.
 

Variante 2 und 3: Diese Varianten sehen eine ähnliche Netzwerkstruktur wie in der ersten Version vor, diese werden allerdings über Trunktechnologie mit klassischen APL-Switchen realisiert. In diesen Szenarien gibt es zwei Varianten, die sich dadurch unterscheiden, dass entweder ein APL-Power-Switch mit autarker Energieversorgung zum Einsatz kommt oder ein APL-Field-Switch, der mit zugeführter Energie versorgt werden muss. 

Hinsichtlich Installationen in explosionskritischen Umgebungen sei an dieser Stelle kurz auf das Explosionsschutz-Konzept 2-WISE (2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) verwiesen, das auf dem bereits bewährten FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept) aufbaut.

Netzstabilität – die große Sorgenfalte auf der Stirn der Anlagenbetreiber

Um sicherzustellen, dass ein PROFINET-Netzwerk stabil und ausfallsicher läuft ist es wesentlich, die Netzlast zu kontrollieren, der die Ethernet-APL Geräte ausgesetzt sind. Durch kontinuierliche Steuerung der Lastspitzen können sporadische Ausfälle einzelner Geräte durch Überlastung verhindert werden. Dies geschieht, indem der Ingress- und Egress-Datenverkehr von Switch Ports limitiert wird, wie es auch in der IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) vorgesehen ist, denn bei den Übergängen im Switch von 100 Mbit/s auf 10 Mbit/s ist eine höhere Netzlast im 100 Mbit/s „Control Network“ besonders für die Ethernet-APL Geräte an den 10 Mbit/s Spurs kritisch. Dies sind lediglich 10% des Datendurchsatzes im Vergleich zum „Control Network“.

Ethernet-APL Switch sorgt für Netload-Rate-Limits

Wie bereits erwähnt, ist die Netzlast (Netload) ein kritischer Faktor, dem es entgegenzuwirken gilt. Softing hat diesbezüglich spezielle Ethernet-APL-Switche entwickelt, die für einen stabilen Netzbetrieb ohne Überlast die jeweiligen Netload-Rate-Limits setzen und sowohl Kupfer- als auch Glasfaseranbindungen unterstützen. Sie empfehlen sich besonders für die Netzwerktopologie der Variante 1 und werden in der zweiten Jahreshälfte 2023 verfügbar sein. Zudem sind weitere, optimierte Varianten für die Installation direkt im Feld sowie im Schaltschrank geplant. Der erste bereits als Prototyp verfügbare Ethernet-APL Field Switch ist eine Version für die direkte Installation im Feld. Er ermöglicht Ethernet-APL Feldgeräte die in der Ex Zone 1 und 0 installiert sind anzuschließen. Damit während der Übergangszeit keine zusätzlichen Gateways installiert werden müssen, empfiehlt sich, das PROFINET - PROFIBUS PA Proxy in den Ethernet-APL Field Switch zu integrieren. Auch hier kommt Softing dem Umstand mit seinen Ethernet-APL Field Switches in Varianten mit integriertem PROFINET - PROFIBUS PA Proxy entgegen.

Lesen Sie auch unseren Blogbeitrag über die Vorteile von Ethernet-APL für Endanwender und Gerätehersteller.

 

 

 

x

Softing Industrial

+49 89 456 56-340


Rückruf Anforderung

x
«