Ethernet-APL: Wirtschaftlichkeit der digitalen Feldebene

1. Wie sich durchgängige Ethernet-Kommunikation bis zum Feldgerät bereits heute wirtschaftlich rechnen kann
2. Was ist Ethernet-APL?
3. Warum der Gerätepreis allein nicht den Business Case entscheidet
4. Von HART über PROFIBUS zu Ethernet-APL
5. Die wirtschaftliche Bedeutung der technischen Eigenschaften von Ethernet-APL
6. Projektbezogene Faktoren im Business Case von Ethernet-APL
7. Unabhängige Studie bestätigt die Wettbewerbsfähigkeit von Ethernet-APL bei den Investitionskosten
8. Über CapEx hinaus: Wirtschaftliche Vorteile im Anlagenbetrieb
9. Wie Softing Ethernet-APL-Projekte unterstützt
10. Checkliste: Für welche Projekte lohnt sich Ethernet-APL?
11. Fazit: Mehr als nur die Hardwarekosten betrachten
12. Häufig gestellte Fragen

Ethernet-APL ermöglicht eine durchgängige Ethernet-Kommunikation bis zu den Feldgeräten, einen schnelleren Zugriff auf Diagnosedaten und einen einfacheren Weg zur Digitalisierung. Doch trotz der wachsenden Unterstützung in der Industrie fragen sich viele Anlagenbetreiber, ob sich die Technologie bereits heute wirtschaftlich rechnet.

Ethernet-APL-Feldgeräte sind häufig teurer als herkömmliche 4–20-mA-Instrumente. Werden ausschließlich die Hardwarepreise betrachtet, erscheint der Business Case schwer zu begründen. Die Kosten der Feldgeräte bilden jedoch nur einen Teil des Gesamtbildes ab. Engineering, Installation, Inbetriebnahme und der langfristige Anlagenbetrieb machen einen erheblichen Anteil der Gesamtinvestition eines Projekts aus. Genau in diesen Bereichen kann Ethernet-APL messbare Einsparungen ermöglichen.

Indem Ethernet bis in die Feldebene erweitert wird, vereinfacht Ethernet-APL die Systemintegration, reduziert den Engineering-Aufwand und ermöglicht einen kontinuierlichen Zugriff auf Prozess- und Diagnosedaten. Dies schafft die Grundlage für Anwendungen wie Plant Asset Management, zustandsorientierte und vorausschauende Instandhaltung sowie eine zukünftige KI-gestützte Prozessoptimierung. Entscheidend ist daher, ob die Einsparungen über das gesamte Projekt hinweg die höheren Gerätekosten ausgleichen können.

Das Wichtigste auf einen Blick

• Ethernet-APL erweitert Ethernet-Kommunikation bis zum Feldgerät, auch im Ex-Bereich.
• Die Anschaffungskosten einzelner Feldgeräte liegen heute häufig noch über denen klassischer 4–20-mA-Instrumente. Mit zunehmender Marktdurchdringung und höheren Stückzahlen wird jedoch erwartet, dass sich dieser Preisunterschied weiter verringert.
• Der Business Case entsteht jedoch über das Gesamtprojekt: geringerer Engineering-Aufwand, einfachere Installation und schnellere Inbetriebnahme können den höheren Gerätepreis bereits heute ausgleichen.
• Gleichzeitig schafft Ethernet-APL die Grundlage für Plant Asset Management, Predictive Maintenance und zukünftige datenbasierte Anwendungen.

Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) erweitert die physikalische Ethernet-Kommunikation bis in die Feldebene. Die Technologie ermöglicht 10-Mbit/s-Kommunikation über eine eigensichere Zweidrahtleitung und kombiniert Datenübertragung sowie Energieversorgung auf demselben Kabel, auch in explosionsgefährdeten Bereichen. Ethernet wird bis zum Feldgerät verlängert, sodass Industrial-Ethernet-Protokolle wie PROFINET oder EtherNet/IP durchgängig genutzt werden können. Dies vereinfacht die Integration und reduziert den Aufwand für Protokollkonvertierungen.

Ein belastbarer Business Case entsteht, wenn sich diese Eigenschaften in geringeren Projektkosten und einem effizienteren Anlagenbetrieb niederschlagen.

Wer bei Ethernet-APL ausschließlich die Anschaffungskosten einzelner Komponenten betrachtet, greift zu kurz. Für die Wirtschaftlichkeit einer Prozessanlage sind neben den Kosten der Feldgeräte auch die Aufwände für Engineering, Installation und Inbetriebnahme sowie die spätere Nutzung der verfügbaren Gerätedaten relevant. Erst die gemeinsame Betrachtung dieser Faktoren ergibt ein aussagekräftiges Gesamtbild.

Besonders bei Greenfield-Projekten bietet eine von Anfang an durchgängige Ethernet-Architektur wirtschaftliche Vorteile: Sie kann den Engineering- und Installationsaufwand reduzieren und langfristig zu niedrigeren Betriebskosten beitragen. Gleichzeitig stehen Prozess-, Diagnose- und Gerätedaten für Anwendungen wie Plant Asset Management und zustandsorientierte Instandhaltung zur Verfügung.

Der Business Case von Ethernet-APL beruht daher nicht auf günstigeren Feldgeräten, sondern auf geringerem Projektaufwand und einer durchgängigen Dateninfrastruktur, die auch langfristige Digitalisierungsstrategien unterstützt.

Ethernet-APL führt die Entwicklung der Feldkommunikation konsequent fort und knüpft an die Erfahrungen mit 4–20 mA, HART und PROFIBUS PA an. Mit jeder Generation wurden mehr Informationen aus den Feldgeräten verfügbar und Projektierung, Inbetriebnahme und Wartung weiter vereinfacht.

Die Entwicklung der Feldkommunikation im Überblick

HART: Der Einstieg in die digitale Feldkommunikation

Mit HART wurden digitale Informationen erstmals parallel zum analogen 4–20-mA-Signal übertragen. Geräteparameter und Diagnosedaten konnten ohne Änderungen an der bestehenden Infrastruktur ausgelesen werden. Die Datenübertragung bleibt jedoch vergleichsweise langsam, sodass umfangreiche Parametrierungen oder Diagnosen mehrere Minuten dauern können.

PROFIBUS PA: Vollständig digitale Feldkommunikation

PROFIBUS PA führte die vollständig digitale Kommunikation über eine gemeinsame Zweidrahtleitung ein. Dadurch wurden Verkabelung und Diagnose deutlich verbessert. Gleichzeitig entstand jedoch eine eigene Feldbus-Infrastruktur mit spezifischem Engineering und entsprechenden Werkzeugen.

Ethernet-APL: Ethernet erreicht die Feldebene

Ethernet-APL erweitert Standard-Ethernet bis zum Feldgerät und integriert die Feldebene direkt in moderne Ethernet-basierte Automatisierungsarchitekturen. Der bisher erforderliche Wechsel zwischen unterschiedlichen Kommunikationstechnologien entfällt. Das vereinfacht Engineering, Inbetriebnahme und Wartung und schafft zugleich die Grundlage für durchgängige Diagnosen und datenbasierte Anwendungen.

Die technischen Möglichkeiten von Ethernet-APL sind umfassend dokumentiert. Technische Spezifikationen allein rechtfertigen jedoch selten eine Investition. Entscheidend ist vielmehr die Frage: Wie vereinfachen diese Eigenschaften das Engineering, reduzieren den Projektaufwand oder verbessern den Anlagenbetrieb? Hier beginnt die Technologie, einen messbaren wirtschaftlichen Mehrwert zu schaffen.

Höhere Übertragungsraten sind nur ein Teil des Gesamtbildes

Bei Ethernet-APL steht häufig die Übertragungsgeschwindigkeit von 10 Mbit/s im Mittelpunkt. Die Bandbreite allein begründet jedoch noch keinen Business Case, denn die Übertragung von Prozesswerten beansprucht nur einen geringen Teil davon. Die wirtschaftlichen Vorteile zeigen sich vor allem bei Engineering und Instandhaltung.

Ein Beispiel ist ein Radar-Füllstandmessgerät: Das Auslesen einer Echokurve über eine konventionelle HART-Verbindung kann mehrere Minuten dauern. Mit Ethernet-APL stehen dieselben Informationen innerhalb weniger Sekunden zur Verfügung. Bei Hunderten oder Tausenden von Feldgeräten summieren sich diese Zeitersparnisse während der Parametrierung, Diagnose und Inbetriebnahme erheblich.

Weniger Komplexität im Engineering

Separate Tools, Protokollkonvertierungen und spezielles Fachwissen erhöhen den Planungs- und Integrationsaufwand. Ethernet-APL reduziert diese Komplexität, indem Industrial Ethernet bis in die Feldebene erweitert wird. Engineering-Teams können dadurch in weiten Teilen der Automatisierungsarchitektur in einer einheitlichen Ethernet-Umgebung arbeiten. Dies kann den Engineering-Aufwand und die Anzahl der Integrationspunkte verringern sowie das Risiko von Konfigurationsfehlern reduzieren.

Warum Greenfield-Projekte besonders profitieren

Das volle Potenzial von Ethernet-APL zeigt sich, wenn die Kommunikationsarchitektur von Beginn an entsprechend geplant wird. In Greenfield-Projekten lässt sich Ethernet-APL als durchgängige Ethernet-Infrastruktur bis zu jedem kompatiblen Feldgerät realisieren. Zusätzliche Gateways, Protokollkonvertierungen und parallele Kommunikationsnetzwerke können häufig reduziert oder vollständig vermieden werden.

Der Business Case sollte auf Projektebene und nicht auf Ebene einzelner Geräte bewertet werden. Entscheidend sind nicht die Kosten eines einzelnen Feldgeräts, sondern die kumulierten Einsparungen bei Engineering, Installation und Inbetriebnahme.

Engineering: Geringerer Planungs- und Integrationsaufwand

Separate Tools, Protokollkonvertierungen und spezielles Fachwissen erhöhen den Planungs- und Integrationsaufwand. Ethernet-APL reduziert diese Komplexität, indem Industrial Ethernet bis in die Feldebene erweitert wird. Engineering-Teams können dadurch in weiten Teilen der Automatisierungsarchitektur in einer einheitlichen Ethernet-Umgebung arbeiten. Dies kann den Engineering-Aufwand und die Anzahl der Integrationspunkte verringern sowie das Risiko von Konfigurationsfehlern reduzieren.

Installation: Geringerer Infrastrukturbedarf

Ethernet-APL überträgt Energie und Daten über dieselbe eigensichere Zweidrahtleitung. Dies kann die Feldinstallation vereinfachen und den Aufwand für Verkabelung, Backbone-Infrastruktur und Schaltschränke reduzieren. Bei kleineren Projekten fallen die Einsparungen möglicherweise begrenzt aus. Bei Hunderten oder Tausenden von Feldgeräten können jedoch bereits geringe Einsparungen pro Gerät den gesamten Installationsaufwand deutlich verringern.

Inbetriebnahme: Geringerer Prüfaufwand

Verzögerungen bei der Inbetriebnahme erhöhen die Projektkosten und können den Produktionsstart verschieben. Automatisierte Loop Checks, Verpolungsschutz und der schnellere Zugriff auf Diagnoseinformationen reduzieren den manuellen Prüfaufwand und ermöglichen eine frühzeitigere Fehlererkennung. Dadurch lässt sich die Inbetriebnahme schneller und besser planbar durchführen.
 

Nach der Inbetriebnahme gewinnt der kontinuierliche Zugriff auf Feldgeräte- und Diagnosedaten zunehmend an Bedeutung. Die durchgängige Transparenz über den Gerätestatus und die Prozessbedingungen verringert die Abhängigkeit von regelmäßigen Inspektionen und reaktiver Instandhaltung. So lassen sich Probleme früher erkennen, Wartungsmaßnahmen gezielter planen und Plant-Asset-Management-Systeme effektiver nutzen.

Wo Betreiber langfristig profitieren

Daten werden zu einem langfristigen Wert

Ein wesentlicher Vorteil von Ethernet-APL ist, dass Prozess- und Gerätedaten auch nach der Inbetriebnahme kontinuierlich verfügbar bleiben. Sie ermöglichen bereits heute Plant Asset Management und zustandsorientierte Instandhaltung. Gleichzeitig schaffen sie die Grundlage für erweiterte Datenanalysen, KI-gestützte Optimierung und neue datenbasierte Betriebsmodelle. Der Business Case von Ethernet-APL hat somit zwei Dimensionen: Die erste zeigt sich bei Engineering, Installation und Inbetriebnahme. Die zweite entfaltet sich über die gesamte Betriebsdauer der Anlage.

Vom Business Case zur Umsetzung

Ist der Business Case geklärt, stellt sich die nächste Frage: Wie lässt sich Ethernet-APL in der Praxis umsetzen? Die Implementierung sollte die heutigen betrieblichen Anforderungen erfüllen und zugleich eine Grundlage für die zukünftige Digitalisierung schaffen. Feldgeräte, Netzwerkinfrastruktur, Engineering-Tools, Leitsysteme und Plant Asset Management sollten dabei als integrierte Gesamtlösung betrachtet werden.

Integration von Ethernet-APL in moderne Anlagenarchitekturen

In einer nativen Ethernet-APL-Architektur werden die Feldgeräte über Ethernet-APL-Switches direkt mit dem Leitsystem verbunden. Engineering-Tools, Leitsysteme und Plant-Asset-Management-Anwendungen greifen auf dieselbe Kommunikationsinfrastruktur zu. Dadurch entstehen durchgängige Datenpfade vom Feldgerät bis zu übergeordneten Systemen – ohne zusätzliche Kommunikationsebenen oder Protokollkonvertierungen. Das Ergebnis sind eine einfachere Automatisierungsarchitektur, ein geringerer Engineering-Aufwand und ein kontinuierlicher Zugriff auf wertvolle Felddaten.

Allerdings beginnt nicht jedes Projekt mit einer Greenfield-Anlage. Viele Betreiber suchen nach praktikablen Möglichkeiten, bestehende PROFIBUS-PA- oder 4–20-mA-Installationen schrittweise zu modernisieren. Auch diesen Ansatz unterstützt Ethernet-APL. Migrationskonzepte ermöglichen es, vorhandene Feldgeräte weiterzubetreiben und die Ethernet-APL-Infrastruktur schrittweise einzuführen. Dies reduziert sowohl das Investitionsrisiko als auch die Komplexität des Projekts.

Eine erfolgreiche Implementierung von Ethernet-APL erfordert mehr als die Auswahl geeigneter Hardware. Softing unterstützt Anlagenbetreiber, Anlagenplaner und Systemintegratoren während des gesamten Prozesses, von der Planung der Kommunikationsarchitektur bis zur Integration der Feldgeräte in Engineering-, Leit- und Plant-Asset-Management-Systeme.

Das Portfolio umfasst Ethernet-APL Field Switches für native Greenfield-Installationen sowie Migrationslösungen, die Ethernet-APL mit vorhandenen PROFIBUS-PA-Geräten verbinden. So können Betreiber ihre Feldkommunikation schrittweise modernisieren und bereits installierte Feldgeräte weiterhin nutzen.

Ethernet-APL ist besonders interessant, wenn eines oder mehrere der folgenden Kriterien auf Ihr Projekt zutreffen:

• Es handelt sich um eine Greenfield-Anlage, deren Kommunikationsarchitektur von Beginn an geplant werden kann.
• Explosionsgefährdete Bereiche erfordern eine eigensichere Ethernet-Kommunikation.
• Der Aufwand für Engineering, Installation und Inbetriebnahme soll reduziert werden.
• Eine große Anzahl von Feldgeräten führt dazu, dass sich bereits geringe Einsparungen pro Gerät über das Gesamtprojekt summieren.
• Plant Asset Management oder zustandsorientierte Instandhaltung sind für die Zukunft vorgesehen.
• Prozess- und Diagnosedaten sollen kontinuierlich für Datenanalysen oder KI-Anwendungen verfügbar sein.
• Eine vorhandene Industrial-Ethernet- oder PROFINET-Infrastruktur soll durchgängig bis in die Feldebene erweitert werden.

Je mehr dieser Kriterien zutreffen, desto wichtiger ist es, Ethernet-APL auf Projekt- und Lebenszyklusebene zu bewerten, anstatt ausschließlich die Hardwarepreise zu vergleichen.
 

Bei der Bewertung von Ethernet-APL stehen häufig die Preise einzelner Feldgeräte zu stark im Mittelpunkt. Für die Gesamtbetriebskosten sind jedoch auch Engineering, Installation, Inbetriebnahme und Anlagenbetrieb entscheidend. Erst ihre gemeinsame Betrachtung zeigt wirtschaftliche Vorteile, die ein reiner Hardwarevergleich nicht erfasst. Ethernet-APL sollte daher nicht nur als eine weitere Kommunikationstechnologie betrachtet werden.

Ethernet-APL kann das Engineering vereinfachen, die Projektkomplexität reduzieren und eine digitale Grundlage für die gesamte Betriebsdauer der Anlage schaffen. Bei Greenfield-Projekten kann die Technologie dadurch bereits heute wirtschaftlich wettbewerbsfähig sein. Für bestehende Anlagen bietet sie einen praktikablen Migrationspfad: Betreiber können ihre Kommunikationsinfrastruktur schrittweise modernisieren und zugleich bereits getätigte Investitionen schützen.