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Auf dem Weg zum Ethernet im Feld

Gemeinsam sind die Organisationen Fieldcomm Group, ODVA und Profibus & Profinet International dabei, einen Advanced Physical Layer (APL) für den Einsatz von Ethernet in der Prozessautomatisierung zu entwickeln, der die Verbindung von Feldgeräten in explosionsgefährdeten Bereichen über lange Distanzen ermöglichen soll

Gemeinsam sind die Organisationen Fieldcomm Group, ODVA und Profibus & Profinet International dabei, einen Advanced Physical Layer (APL) für den Einsatz von Ethernet in der Prozessautomatisierung zu entwickeln, der die Verbindung von Feldgeräten in explosionsgefährdeten Bereichen über lange Distanzen ermöglichen soll

Die ODVA arbeitet zusammen mit der Fieldcomm Group und Profibus & Profinet International an der Realisierung eines Advanced Physical Layers für Ethernet. Der Ethernet-APL soll den Anschluss von Feldgeräten in entfernten und gefährlichen Umgebungen ermöglichen. Die etz-Redaktion sprach mit Olivier Wolff, den Vorsitzenden der technischen Arbeitsgruppe „Ethernet/IP für die Prozessindustrie“ der ODVA, wie weit es noch ist auf dem Weg zum Ethernet im Feld.

Welche technischen Spezifikationen sind für Ethernet-APL geplant?

O. Wolff: Ethernet-APL wird auf der künftigen Norm IEEE 802.3cg (10Base-T1L) basieren. Die Working Group der IEEE ist dabei, die Spezifikation für eine zweiadrige Ethernet-Leitung (Single Pair Ethernet, SPE) zu veröffent­lichen, die eine Full-Duplex-Übertragung mit 10 Mbit/s über bis zu 1.000 m ermöglicht. Der Abschluss ist für das vierte Quartal 2019 geplant.

Parallel dazu arbeiten Fieldcomm Group [1], Profibus/Profinet International [2] und ODVA [3] an der Aktualisierung der Ethernet/IP-Spezifikation, welche die normativen Anforderungen der IEEE 802.3cg enthält. Sie wird sich zudem auf die IEC-Spezifikation beziehen, die sich ebenfalls in der Entwicklung befindet. Diese wird definieren, wie das Frontend des Ethernet Physical Layer verändert werden muss, um die Anforderungen in Bezug auf die Eigensicherheit zu erfüllen.

Sind Sie im Zeitplan mit der Entwicklung?

O. Wolff: Ja, die ODVA beabsichtigt, die oben genannten normativen Bezüge bis Ende 2020 in die Ethernet/IP-Spezifikation einzuarbeiten. FCG und PI befinden sich auf der selben Zeitschiene. Zusätzlich zu den normativen Hinweisen auf IEEE 802.3cg Single-Pair-Ethernet und das APL-Portprofil zur Spezifikation von Leitungen, Steckverbindern und Leistungsklassen werden die Organisationen zu diesem Zeitpunkt ihre jeweiligen Mediaplanungs- und Installationsleitfäden aktualisieren, um den Endanwendern bei der Vorbereitung auf die Verfügbarkeit der Produkte zu helfen.

Erwarten Sie irgendwelche Protokollprobleme?

O. Wolff: Da Ethernet/IP auf dem unveränderten Standard-Ethernet basiert und APL Standard-Ethernet ist, erwarten wir keine Probleme.

Welche Schutzmaßnahmen für explosionsgefährdete Bereiche haben Sie geplant?

O. Wolff: Ethernet-APL wird alle relevanten Arten der Schutzmaßnahmen für Gefahrenzonen unterstützen, einschließlich der Eigensicherheit. Um die Engineeringzeit für die Berechnung eines eigensicheren Stromkreises zu verkürzen, wird es neue Tools geben. Die IEC hat einen Interessenaufruf für ein IEC-TS gestartet, das einen eigensicheren Ethernet-APL definiert, sowohl für die Produktentwicklung als auch für den Feldeinsatz. Diese neue technische Spezifikation wird gerade unter dem Namen „2WISE“ (2-wire intrinsically safe Ethernet) entwickelt.

Wird man die bestehende Ethernet-Infrastruktur verwenden können?

O. Wolff: Es wird möglich sein, die bestehende Feldbus-Kabelinfrastruktur wiederzuverwenden. Zum Beispiel kann ein Anwender eine Anschlussdose durch einen Feldschalter ersetzen oder ein Instrument oder ein Ventil durch ein neues Ethernet-APL-Gerät ersetzen, wodurch er Install­a­tionskosten spart und gleichzeitig von den neuesten Technolo­gien zur Datenerfassung im Feld profitiert.

Welche Migrationsstrategien gibt es?

O. Wolff: Im Hinblick auf Ethernet/IP hat die ODVA vor einigen Jahren eine Initiative zur Optimierung der Prozessintegration (OPI) gestartet, die die Art und Weise festlegt, wie die Organisation die Integration von Legacy-Protokollen, die in der Prozessautomatisierung verwendet werden, wie Hart, in Ethernet/IP oder Ethernet-APL unterstützt. Das bedeutet, dass es im Feld Ethernet/IP-Remote-IO-Systeme mit Hart-Übersetzung direkt auf eine Ethernet-APL-Netzwerkebene geben wird.

Wie sieht es mit der Infrastruktur und den Geräten aus?

O. Wolff: Eine Ethernet-APL-Infrastruktur besteht aus zwei Schlüsselelementen: einem APL-Leistungsschalter, der ein Standard-Ethernet mit zwei oder vier Paaren in ein Single-Pair-Ethernet umwandelt und dabei Strom in die Leitung einspeist, sowie einem Feldschalter, der mit den Feldgeräten verbunden ist. Der Feldschalter und die Feldgeräte werden über den APL-Leistungsschalter mit Strom versorgt, sodass der Anwender keine zusätzliche Stromversorgung im Feld installieren muss. Die Infrastruktur wird flexibel sein und es wird mehrere Konzepte zur Verbindung der Leistungs- und Feldschalter geben. Da es sich um Ethernet handelt, haben Anwender im Vergleich zum Feldbus oder konventioneller Technologie viel mehr Flexibilität in den Topologien, einschließlich Trunk-und-Spur- sowie Sterntopologie, sowie mit oder ohne Stromversorgung im Feld.

Wird APL mit der Namur Open Architecture kompatibel sein?

O. Wolff: Ethernet-APL ist konform zur Namur Open Architecture. Ethernet-APL wird den zweiten Datenkanal auf der Feldgeräteebene ermöglichen, um sowohl mit dem Prozessleitsystem als auch mit der Cloud und den Systemen vor Ort sicher zu kommunizieren, um auf die Daten zugreifen und Erkenntnisse gewinnen zu können. Ethernet-APL schafft also die Voraussetzung, um die Automatisierungs­architektur zu öffnen. (no)

Olivier Wolff ist Vorsitzender der technischen Arbeitsgruppe „EtherNet/IP for the Process Industries“ der ODVA sowie Global Marketing Manager Industrial Communication bei Endress+Hauser

Olivier Wolff ist Vorsitzender der technischen Arbeitsgruppe „EtherNet/IP for the Process Industries“ der ODVA sowie Global Marketing Manager Industrial Communication bei Endress+Hauser


Literatur:
[1] Fieldcomm Group, Austin/Texas: www.fieldcommgroup.org
[2] Profibus/Profinet International, Karlsruhe: www.profibus.com
[3] ODVA, Ann Arbor/Michigan: www.odva.org