Zrozumienie podstaw Ethernet-APL

Ethernet-APL oznacza zaawansowaną warstwę fizyczną (Advanced Physical Layer), technologię opracowaną w celu obsługi wielu przemysłowych protokołów komunikacyjnych, w tym PROFINET, EtherNet/IP, OPC-UA i HART-IP.

Rozwój technologii Ethernet-APL rozpoczął się w 2018 r. w ramach inicjatywy znanej jako Projekt APL, który skupił szerokie grono organizacji, aby udoskonalić istniejące normy IEEE i IEC. Wykorzystano przy tym ustalone normy, aby zapewnić mocną akceptację rynku oraz interoperacyjność.

Technologia wykorzystuje ekranowany kabel dwużyłowy, umożliwiając łączność opartą na pętli dzięki niezawodnej i prostej architekturze i topologii sieci. Ethernet-APL działa w trybie pełnego dupleksu, obsługuje kable o długości do 1000 metrów i dostarcza dane z prędkością 10 Mbit/s.

Technologia Ethernet-APL oferuje znaczące korzyści systemom komunikacji przemysłowej:

• Elastyczność protokołu: obsługuje powszechnie stosowane i standaryzowane protokoły Ethernet.
• Uproszczona konfiguracja sieci: zmniejsza skomplikowanie czynności związanych z konfiguracją i konserwacją.
• Ujednolicone narzędzia dla systemów IT i OT: umożliwia spójne rozwiązywanie problemów w różnych dziedzinach.
• Minimalne nakłady przy instalacji: skraca czas wdrożenia i obniża koszty.
• Dwużyłowy kabel: łączy przesyłanie danych i zasilanie w jednym kablu.
• Możliwość działania na większą odległość: działa niezawodnie w odległości do 1000 m.
• Zabezpieczenie przed wybuchem: uwzględnia klasyfikacje i dopuszczenia dotyczące obszarów niebezpiecznych oraz iskrobezpieczeństwa.
• Stabilność elektryczna:: Stabilność elektryczna: zabezpieczenie przed przepięciami i odporność na zakłócenia elektromagnetyczne.
• Pomoc w procesie migracji: umożliwia potencjalne ponowne użycie kabli magistrali Fieldbus typu A, co ułatwia przejście na nowy system.

Ethernet-APL obsługuje różne topologie: topologia typu trunk-and-spur lub gwiaździsta. Połączenia są tylko punktowe między poszczególnymi połączeniami za pomocą przełączników tworzących segment.

Każdy przełącznik Ethernet-APL izoluje transmisję między segmentami, dzięki czemu nie występują zakłócenia, takie jak przenikanie sygnałów. Zabezpiecza również komunikację przed wszelkimi problemami lub zakłóceniami ze strony urządzeń w poszczególnych segmentach.

Tutaj można znaleźć parametry techniczne mające zastosowanie w standardzie Ethernet-APL:

Gdy mówimy o przełącznikach, mamy też dwa elementy umożliwiające elastyczność topologiczną. Po pierwsze, posiadamy przełączniki zasilania, które dostarczają zasilanie i komunikację do jednego lub więcej portów magistrali. Są one zasilane zewnętrznie.

Po drugie, posiadamy przełączniki, które zapewniają porty tam, gdzie możemy mieć odgałęzienia. Zasilanie, w tym przypadku, jest doprowadzane z magistrali lub ze źródła zewnętrznego.

Ten rysunek przedstawia przykład topologii typu trunk-and-spur:

Jest to topologia gwiaździsta:

Twórcy tej technologii chcieli zwiększyć szanse na jej szerokie upowszechnienie w branży, toteż zastosowali dobrze znane rodzaje złączy, takie jak zaciski śrubowe, zaciski sprężynowe oraz złącza M8 i M12.

Kabel do podłączenia Ethernet-APL to również dobrze znany kabel typu A Fieldbus (oporność 100 omów, z tolerancją +/-20 omów), IEC 61158-2 stosowany jako kabel wzorcowy dla klas AWG 26-14 i przekroju przewodów od 0,324 do 2,5 mm².

Aby ograniczyć błędne połączenia przewodów zdarzające się w innych technologiach, Ethernet-APL zapewnił niezależność biegunowości. Urządzenia obiektowe nie mogą wzajemnie zakłócać swojego działania, a ich konfiguracja odbywa się wyłącznie w trybie peer-to-peer.

Specyfikacja 2-WISE jest dodatkową cechą zintegrowaną ze standardem Ethernet-APL, która definiuje parametry obwodów iskrobezpiecznych. Koncepcja ta wywodzi się ze specyfikacji FISCO. Wszystkie zasady dotyczące iskrobezpieczeństwa są takie same, ponieważ inżynierowie zajmujący się urządzeniami obiektowymi i technicy są już z nimi zaznajomieni.

Konfiguracja urządzeń obiektowych jest szybka dzięki aplikacji kreatora i funkcji automatycznej konfiguracji; Ethernet-APL umożliwia wysoką prędkość przesyłu danych, dzięki czemu uruchomienie jest proste i szybkie. Tablety przemysłowe, takie jak Field Xpert, wraz ze smartfonami i urządzeniami do testowania kabli, staną się codziennymi narzędziami pracy techników terenowych posługujących się narzędziami cyfrowymi.

Tę technologię opracowano, by natychmiast wykorzystać ją w rzeczywistych koncepcjach przemysłowego internetu rzeczy, w celu ułatwienia budowy, uruchamiania i działania zakładów przetwórczych. W celu ułatwienia tego procesu możemy wykorzystać architekturę otwartą NAMUR (NOA) oraz otwarte standardy automatyki procesowej (O-PAS™) opracowane przez Open Process Automation Forum (OPAF).

Dzięki usługom opartym na chmurze IIoT, takim jak ekosystem Netilion IIoT firmy Endress+Hauser, wkrótce będziemy dysponować aplikacjami Ethernet-APL wspierającymi łączność między urządzeniami obiektowymi a chmurą, zapewniającymi odpowiednie usługi do różnych celów, jak na przykład diagnostyka i konserwacja predykcyjna.

Aplikacje te umożliwiają przejrzystą integrację systemów OT i IT, koncentrując się na tworzeniu jednolitej technologii sieciowej. Obserwuj nas – wkrótce przedstawimy więcej informacji na temat standardu Ethernet-APL, zastosowań i porad technicznych.