Ethernet

Jun 12, 2023

August 1, 2022 | By Gerd Niedermayer (BASF) and Benedikt Spielmann (Endress + Hauser)

Heutzutage stehen in Prozessanlagen riesige Datenmengen auf Feldebene von intelligenten Geräten zur Verfügung. Aufgrund der unterschiedlichen Kommunikationstechnologien zwischen den Geräten auf der Feldebene und der Ethernet-Architektur auf der Unternehmensebene sind diese Daten jedoch für andere Ebenen der Organisation kaum zugänglich. Dieser fehlende Datenzugriff behindert die Umsetzung von Digitalisierungsprojekten und verhindert, dass Prozessanlagen den größtmöglichen Nutzen aus datengesteuerten Ansätzen wie dem Einsatz digitaler Zwillinge oder Predictive-Maintenance-Modellen ziehen.

Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) überwindet diese Herausforderungen, indem es Konnektivität zwischen Felddaten und Unternehmenssystemen mit der Geschwindigkeit und Bandbreite bereitstellt, die für Anwendungen auf höherer Ebene erforderlich sind. In diesem Artikel wird erläutert, wie Ethernet APL verwendet wird, und seine Funktionen und Vorteile werden detailliert beschrieben.

Ethernet-APL überträgt Strom und Daten über ein Zweidrahtkabel und kann bei großen Kabellängen Datenraten von 10 Mbit/s erreichen. Ethernet-APL erfüllt die Eigensicherheitsanforderungen und funktionale Sicherheitslösungen sind in der Entwicklung. Abhängig vom Topologiedesign des Netzwerks können auf einem Ethernet-APL-Segment bis zu 50 APL-Geräte oder sogar mehr als 200 APL-Geräte vorhanden sein.

Die Technologie wurde 2021 auf der Achema Pulse Conference (Frankfurt, Deutschland; www.achema.de) vorgestellt [1] und wurde in einem Labor bei BASF (Ludwigshafen, Deutschland; www.basf.de) getestet. Bei dieser Evaluierung wurden viele Vorteile nachgewiesen. Es wird erwartet, dass sich die Technologie rasch ausbreitet, da viele Feldgeräte mit APL-Schnittstellen bereits verfügbar sind oder bald verfügbar sein werden.

Die industrielle Instrumentierung hat sich von der ursprünglichen pneumatischen Technologie zu analogen Geräten und weiter zu digitalen Technologien wie HART, Profibus PA oder Foundation Fieldbus weiterentwickelt. Jede neue Technologie bietet Vorteile gegenüber der vorherigen Generation, weist jedoch immer noch ihre eigenen Einschränkungen auf.

Das HART-Protokoll ist extrem langsam. Die Fehlersuche und Parametrierung muss lokal am Gerät erfolgen. Die Verkabelung ist teuer und das System erfordert komplexe Protokollkonvertierungen für den Fernzugriff. HART-Techniker müssen Messungen bei der Ersteinrichtung des Geräts sowie beim Geräteaustausch manuell skalieren. Diese Technologie wird hauptsächlich zur Parametrierung und Fehlersuche und nur sehr selten zur Prozesssteuerung eingesetzt.

Feldbus-Technologien weisen ebenfalls eine langsame Datenübertragungsrate auf, obwohl sie schneller als das HART-Protokoll ist. Allerdings sind Feldbussysteme hinsichtlich ihrer Protokollumsetzungen für den Fernzugriff, der Segmentierung und der Fehlerbehebung komplex. Aufgrund der Komplexität, die mit ihrer Verwendung verbunden ist, gibt es in der Branche einen gewissen Widerstand gegen die weit verbreitete Einführung der Feldbustechnologie.

Bestehende Industriearchitekturen verfügen über eine Elektronik- oder Feldbusschicht für Feldgeräte, ein Anlagen-Ethernet-Netzwerk für Überwachungs- und Steuerungsschichten und ein Unternehmens-Ethernet für Management und Planung. Um jedoch den nahtlosen Datenzugriff über alle Schichten hinweg zu ermöglichen, ist eine einzige Netzwerktechnologie erforderlich. Die Bereitstellung großer Datenmengen in Echtzeit für Optimierungs- und Analysemodelle bei gleichzeitiger Erfüllung der Anforderungen der rauen Umgebungen in Prozessanlagen war einer der Hauptgründe für die Entwicklung von Ethernet-APL. (Abbildung 1).

ABBILDUNG 1. Auf der Ebene der Feldgeräte besteht eine Ethernet-„Lücke“.

ABBILDUNG 1. Auf der Ebene der Feldgeräte besteht eine Ethernet-„Lücke“.

ABBILDUNG 1. Auf der Ebene der Feldgeräte besteht eine Ethernet-„Lücke“.

Standard-Ethernet scheint viele der Funktionen zu bieten, die für die nächste Generation industrieller Feldinstrumentierung erforderlich sind. Allerdings gibt es einige Nachteile, die eine direkte Implementierung in industrielle Umgebungen unmöglich machen. Beispielsweise hat 100BASE-TX-Ethernet eine Datenrate von 100 Mbit/s Vollduplex, die Kabellängen sind jedoch auf 100 m begrenzt.

Standard-Ethernet verwendet CAT5/6-Kabel mit vier internen Drähten. Dies ist nicht kompatibel mit Industrieanlagen, die eine Zweidrahtlösung für die Feldinstrumentierung erfordern. Für eine industrielle Ethernet-Lösung ist die Integration in die bestehende Zweidraht-Infrastruktur von entscheidender Bedeutung, um eine Neuverkabelung ganzer Anlagen zu vermeiden, die finanziell nicht vertretbar wäre.

Viele Feldgeräte sind schleifengespeist, d. h. sie werden über dasselbe Kabelpaar mit Strom versorgt, über das auch ihre Daten übertragen werden. Standard-Ethernet ist nicht für die Stromversorgung in dieser Größenordnung ausgelegt und kann daher bei vielen Feldinstrumenteninstallationen nicht verwendet werden.

Eines der wichtigsten Merkmale der industriellen Feldinstrumentierung in Prozessanlagen ist die Einhaltung der Eigensicherheitsanforderungen. Geräte, Schalter, Leitungen und Anschlüsse in explosionsgefährdeten Bereichen müssen je nach Bereichsklassifizierung als explosionsgeschützt oder nicht funkenbildend zertifiziert sein. Standard-Ethernet erfüllt diese Eigensicherheitsanforderungen für industrielle Anwendungen nicht.

Ethernet-APL wurde entwickelt, um diese Einschränkungen zu überwinden, ohne die Vorteile der Ethernet-Technologie für den industriellen Einsatz zu verlieren.

Große Anwenderorganisationen und führende Hersteller haben in den letzten Jahren gemeinsam an der Entwicklung eines Advanced Physical Layer für Ethernet gearbeitet, der den Anforderungen von Prozessanlagen gerecht wird. Die Anforderungen an diese neue Technologie wurden mit der NAMUR-Organisation (Nutzerverband Automatisierungstechnik in der Prozessindustrie e.V.; Leverkusen, Deutschland; namur.net) abgestimmt und in einer offiziellen NAMUR-Empfehlung festgehalten [2]. Die folgenden Standards und Richtlinien sind die wichtigsten Dokumente im Kontext Ethernet-APL:

IEEE 802.3cg-2019. Dieser neue IEEE-Standard 10BASE-T1L definiert die vollduplexe 10 Mbit/s-Datenübertragung über ein Zweidrahtkabel für lange Kabelwege. Dies ist vor allem für die PHYs relevant (die PHY-Schicht definiert die physikalischen und elektrischen Eigenschaften), die in den APL-Geräten integriert sind.

IEC TS 60079-47. Diese technische Spezifikation für ein zweiadriges, eigensicheres Ethernet gewährleistet die Installation von Zweidraht-Ethernet-Geräten in explosionsgefährdeten Bereichen. Das Konzept basiert auf dem bekannten FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept) und ermöglicht eine einfache Installation ohne Ex-Berechnungen.

APL-Portprofile. Diese Spezifikation definiert die Stromversorgung über dasselbe Zweidrahtkabel mit unterschiedlichen Leistungsprofilen. Darüber hinaus werden die bevorzugten Kabel und Anschlusstechniken definiert.

APL-Engineering-Richtlinie. Dieses benutzerzentrierte Dokument unterstützt Endbenutzer bei der Planung, Installation und Inbetriebnahme von APL-Netzwerken. Es bietet viele nützliche Informationen zu Topologien, Abschirmungen, Kabeln usw.

APL-Konformitätstests.Durch diese obligatorischen Konformitätstests wird sichergestellt, dass APL-Komponenten miteinander interoperabel sind

Ethernet-APL kann mit verschiedenen Topologien entworfen werden, um den Anforderungen jeder Prozessanlage gerecht zu werden. „Stern“-Topologien eignen sich für Anlagen mit kompaktem Aufbau, während „Trunk-and-Spur“-Topologien Feldbusarchitekturen ähneln (Abbildung 2). Je nach Schaltervariante besteht die Möglichkeit, APL-Feldschalter in Zone 2- oder Zone 1-Bereichen zu montieren und APL-Feldgeräte in verschiedenen Ex-Zonen, einschließlich Eigensicherheit (Ex ia), anzuschließen.

ABBILDUNG 2. Mehrere Beispiele möglicher Netzwerktopologien sind mit Ethernet-APL möglich

ABBILDUNG 2. Mehrere Beispiele möglicher Netzwerktopologien sind mit Ethernet-APL möglich

Sterntopologien erfordern extern versorgte APL-Feldschalter. Diese Schalter versorgen jedes an der Stichleitung angeschlossene APL-Feldgerät in einer Punkt-zu-Punkt-Konfiguration mit Strom. Mehrere APL-Feldschalter können über Kupferkabel oder Glasfaserleitungen in Reihe oder in Ringform verbunden werden.

Trunk-and-Spur-Topologien erfordern einen zusätzlichen APL-Leistungsschalter, der über eine gespeiste Trunk-Leitung Strom vom zentralen Kontrollraum zum Feld liefert. Sowohl APL-Feldschalter als auch APL-Feldgeräte werden über diesen APL-Trunk mit Strom versorgt. Es ist keine weitere Stromversorgung auf Feldebene erforderlich.

Es gibt keine allgemeine Regel, welche Topologie bevorzugt werden soll. Es kommt immer auf das Anlagendesign, die Kommunikationsanforderungen und die Umgebung an. Im Allgemeinen bietet die Sterntopologie mehr Flexibilität hinsichtlich Redundanz und Anzahl der Geräte pro Segment. Die Trunk-and-Spur-Topologie könnte relevanter sein, wenn eine zusätzliche Stromversorgung im Feld einen hohen Aufwand erfordert.

Ethernet-APL bietet einen Weg zur Migration einer Brownfield-Anlage auf diese neue Technologie. Power Conditioner, Anschlusskästen und Feldbarrieren müssen durch APL-Schalter ersetzt werden. Alle vorhandenen Kabel, die nicht den Spezifikationen für Ethernet-APL entsprechen, müssen ebenfalls ersetzt werden. Die bekannten Feldbus-Typ-A-Kabel, die die geforderten APL-Kabeleigenschaften erfüllen, sind der bevorzugte Kabeltyp für Ethernet-APL-Installationen. Geeignet sind auch spezielle SPE-Kabel für 10BASE-T1L.

Anbieter von APL-Switches bieten die Möglichkeit, Geräte über Profibus PA oder Profinet-APL an denselben APL-Feldswitch anzuschließen. Dadurch kann die Ethernet-APL-Technologie vor Ort installiert werden, auch wenn einige Geräte noch nicht mit einer APL-Schnittstelle verfügbar sind.

Profinet ist ein etabliertes industrielles Ethernet-Protokoll, das bereits in vielen Branchen eingesetzt wird. In Kombination mit Ethernet-APL wird Profinet auch vollständig in die Prozessindustrie vordringen. Die GSD-Datei (General Station Description) ist der Profinet-Gerätetreiber, der für die Integration in ein verteiltes Leitsystem (DCS) verwendet wird. Diese Datei wird auf jedem Gerät gespeichert, was die einfache Integration neuer Geräte in das Netzwerk erleichtert. Profinet PA Profile 4 bietet zusätzliche Vorteile, wie eine harmonisierte Integration und Diagnosenachrichten. Es unterstützt den herstellerunabhängigen Geräteaustausch, da die Parameter nach dem Austausch automatisch heruntergeladen werden, ohne dass weitere Systemanpassungen erforderlich sind.

Profinet-Features wie S2 System Redundancy und das Media Redundancy Protocol (MRP) sorgen für eine sehr hohe Anlagenverfügbarkeit. Denn sowohl Kabelausfälle als auch Controller-Ausfälle kann das System unterbrechungsfrei verkraften.

Alle Prozessgrößen eines Gerätes stehen über Profinet in digitaler Form und ohne Umrechnungsverluste zur Verfügung.

Diese Anwendungsfälle sind remote über das Netzwerk und parallel zum Prozessleitsystem möglich, da Informationen mit Ethernet-APL deutlich schneller und leistungsfähiger zur Verfügung stehen. Dies bedeutet, dass das Wartungspersonal Fehler bei Feldgeräten aus der Ferne und effizient beheben kann, indem es auf die Ursachen- und Abhilfeinformationen für das Gerät zugreift. Sie können auch Fehler im Ethernet-Netzwerk selbst beheben, indem sie ohne den Einsatz von Oszilloskopen auf die Frames- und Paketinformationen zugreifen.

Ein Edge-Gerät im Ethernet der Anlage stellt eine Schnittstelle zur Cloud bereit. Dies bedeutet, dass übergeordnete Anwendungen direkt auf Felddaten zugreifen können, ohne den Umweg über ein Prozessleitsystem. Dieses Setup erfüllt Konzepte wie NAMUR Open Architecture (NOA) [3, 4] und verwandte Anwendungsfälle. Edge-Geräte stellen große Datenmengen in Echtzeit zur Verfügung. Die Technologie öffnet die Tür für die Implementierung digitaler Zwillinge zur Geräteüberwachung und -optimierung.

Die Sicherheitsinfrastruktur wird normalerweise getrennt von der Prozesssteuerungsinfrastruktur aufgebaut. Diese physische Trennung erhöht die Vielfalt und Unabhängigkeit, was die Verfügbarkeit des Sicherheitssystems verbessert. Sicherheitsanwendungen werden traditionell mit 4–20-mA-Technologie ausgestattet. Die Bandbreite und Zuverlässigkeit von Ethernet-APL bietet jedoch die Möglichkeit, die Infrastruktur für Sicherheits- und Prozesssteuerungsanwendungen zu vereinheitlichen und gleichzeitig die strengsten Sicherheitsstandards zu erfüllen. Der nächste logische Schritt besteht darin, den Einsatz von Ethernet-APL in Sicherheitsanwendungen zu ermöglichen. Es gibt keine Einschränkung für den Einsatz von Ethernet-APL für Sicherheitsanwendungen. Die entsprechenden Anpassungen finden überwiegend auf der Ebene der Ethernet-Protokolle statt.

Im Kontext von Profinet als Industrial-Ethernet-Protokoll über Ethernet-APL steht PROFIsafe bereits als zusätzliche Schicht zur Verfügung, die nach dem Black-Channel-Prinzip agiert. PROFIsafe ist eine etablierte Technologie, die seit vielen Jahren in der Fabrikautomation eingesetzt wird. Das bedeutet, dass Ethernet-APL in Kombination mit Profinet und seinem Black-Channel-Layer PROFIsafe die Lösung sein wird, um digitale Kommunikation auch in funktionale Sicherheitsanwendungen zu bringen.

Der Anschluss von Feldgeräten an das Ethernet-Netzwerk wirft Sicherheitsbedenken auf. Es gibt drei Bereiche, in denen die Sicherheit berücksichtigt werden muss:

IEC 62443 ist der Standard für die Cybersicherheit industrieller Automatisierungs- und Steuerungssysteme. Hersteller müssen ihren Entwicklungslebenszyklus anhand dieses Standards zertifizieren [5]. Als weitere Schutzmaßnahme zeigen Organisationen, die Gremien wie Computer Emergency Response Teams (CERT) und dem VDE (Verband der Elektrotechnik, Elektrotechnik und Informationstechnik) angehören, nach, dass sie über Systeme zur Bewältigung möglicherweise auftretender Probleme verfügen.

Auf Geräteebene wird die Sicherheit an verschiedenen Berührungspunkten beeinträchtigt. Firmware-Update-Dateien müssen vor dem Laden auf ein Gerät als authentisch zertifiziert werden. Authentifizierung und Autorisierung verhindern unbefugten Zugriff auf Feldgeräte. Sicherheit ist ein wichtiger Schwerpunkt der Branche und es werden weiterhin erhebliche Investitionen für zukünftige Entwicklungen getätigt.

Die Implementierung von Ethernet-APL ist in jeder Lebenszyklusphase einer Anlage kosteneffizient. Während des Engineerings sind APL-Komponenten möglicherweise teurer, aber die vollständige Netzwerkinfrastruktur, der Verzicht auf EX-Berechnungen und die vollständig erweiterbare Architektur beschleunigen den Engineering-Prozess und senken die Kosten. Die Installation ist fehlerfrei und die Inbetriebnahmephase profitiert von einem schnellen Fernzugriff zur Parametrierung. Das bedeutet kürzere Inbetriebnahmezeiten und einen früheren Produktionsstart. Während des Betriebs und der Wartung ermöglicht die Verfügbarkeit von Daten eine verbesserte Optimierung und vorausschauende Wartung.

Ethernet-APL überwindet die Einschränkungen aktueller Feldebene-Technologien. Ethernet-APL mit 10 Mbit/s ist 300-mal schneller als die Feldbustechnologie und sogar 8.000-mal schneller als das HART-Protokoll. Diese Geschwindigkeit bietet erhebliche Vorteile bei Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung. So kann beispielsweise ein Parameterbericht innerhalb von Sekunden – auch aus der Ferne – statt innerhalb weniger Minuten lokal am Gerät erstellt werden.

Geschwindigkeit ist nicht der einzige Vorteil von Ethernet-APL. Die Anzahl der Geräte pro Schleife wird deutlich erhöht. Mithilfe einer Trunk-and-Spur-Topologie können bis zu 50 Feldgeräte an ein Ethernet-APL-Segment angeschlossen werden. Dies ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber der 16-Geräte-Grenze für ein entsprechendes Foundation Fieldbus-Segment. Wenn Sie eine Sterntopologie verwenden, können Sie mehrere APL-Feldschalter in Reihe schalten und APL-Geräte bis zur Grenze eines Controllers hinzufügen. Diese Grenze kann durch Hinzufügen einer weiteren Ethernet-Schnittstelle innerhalb der Steuerung noch erweitert werden.

Ethernet-APL basiert auf dem Fieldbus Intrinsically Safe Concept (FISCO) für Zweidraht-Feldbuslösungen, das in Prozessanlagen bereits bekannt ist. Für Ethernet-APL werden die gleichen elektrischen Parameter verwendet und in 2-WISE (zweiadriges eigensicheres Ethernet) spezifiziert. Dadurch sind keine Ex-Berechnungen erforderlich, was den Engineering-Aufwand bei der Umsetzung eigensicherer Lösungen deutlich reduziert.

Das mit Ethernet-APL verfügbare Volumen und die Geschwindigkeit der Datenübertragung ermöglichen einige übergeordnete Anwendungen, die die Industrie seit einiger Zeit fordert. Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung sind Paradebeispiele dafür, wie die umfassenden Daten intelligenter Geräte überwacht, analysiert und zur Bestimmung des Gerätezustands verwendet werden können. Vorausschauende Wartungstechniken ermöglichen es Benutzern, Probleme zu erkennen, bevor sie sich auf die Geräteleistung auswirken, sodass Geräte repariert werden können, bevor sie sich negativ auf die Produktion auswirken (Abbildung 3).

ABBILDUNG 3. Das Diagramm zeigt einen Vergleich von Technologien auf Feldebene in Prozessanlagen

ABBILDUNG 3. Das Diagramm zeigt einen Vergleich von Technologien auf Feldebene in Prozessanlagen

ABBILDUNG 4. Hier ist das BASF APL-Bewertungslabor dargestellt

ABBILDUNG 4. Hier ist das BASF APL-Bewertungslabor dargestellt

Historisch gesehen geschah die Entwicklung neuer Produkte im Geheimen und mit einer kleinen Gruppe von Forschern und Entwicklern. Ein moderner Ansatz umfasst jedoch Pilotkunden, Produktmanager, Marktspezialisten und Verkäufer. Mit diesem Ansatz im Hinterkopf hat BASF ein APL-Labor eingerichtet, um an der Entwicklung von Ethernet-APL mitzuwirken. Dieses APL-Evaluierungslabor wird von den Elektro-, Instrumentierungs- und Automatisierungsspezialisten Mathias Koch und Philip Kling unter der Aufsicht eines der Autoren (Niedermayer) geleitet.

BASF startete 2005 mit Foundation Fieldbus und Profibus PA die digitale Kommunikationsreise für die Feldinstrumentierung. Doch erst 2016 wurde Ethernet durch die Entwicklung von Ethernet-APL erstmals als realistische Alternative für die digitale Feldkonnektivität vorgeschlagen. Bis 2019 hatte BASF ein Testlabor für Ethernet-APL mit Prototypengeräten mehrerer Anbieter eingerichtet (Abbildung 4). Der Zweck des Labors bestand darin, die Ethernet-APL-Technologie für die Kommunikation zwischen verteilten Steuerungssystemen und Feldsendern und -ventilen zu evaluieren. Diese Tests waren sehr erfolgreich und es konnten viele Vorteile der Ethernet-basierten Kommunikation festgestellt werden.

ABBILDUNG 4. Hier ist das BASF APL-Bewertungslabor dargestellt

Labortests zeigen, dass Ethernet-APL im Vergleich zur Analogtechnik und Profibus PA oder Foundation Fieldbus erhebliche Verbesserungen bietet. Es ist möglich, Sensorinformationen in verschiedenen Formaten, einschließlich PDF, hoch- und herunterzuladen, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die 300-mal höher ist als die, die BASF mit Feldbustechnologien erreichen könnte.

Die Verwendung der Zweidrahttechnologie von Ethernet-APL vereinfacht die Installations- und Wartungsaktivitäten für Außendiensttechniker. Es gibt keinen Unterschied zwischen dem Anschluss eines analogen Senders und eines Ethernet-APL-Geräts. Die Polarität spielt keine Rolle, sodass die Drähte an beide Anschlüsse angeschlossen werden können, ohne dass sich dies auf den Messwert auswirkt. Motorsteuerungen und Frequenzumrichter können ebenfalls an denselben (oder an einen separaten Ethernet-Ring) angeschlossen werden, sodass alle Instrumente und elektrischen Geräte dieselbe Netzwerktechnologie verwenden.

Profinet als industrielles Ethernet-Protokoll über Ethernet-APL, einschließlich PA-Profil 4, bietet viele Vorteile, um den Anforderungen der Standardisierung und Hochverfügbarkeit gerecht zu werden.

Der Austausch eines fehlerhaften Geräts in einem Ethernet-APL-Netzwerk mit Profinet-Protokoll erfordert lediglich das Trennen des alten Geräts und das Anschließen des neuen Geräts. Das DCS schreibt die Konfiguration auf das Gerät, sodass dieses direkt nach dem Hochfahren mit dem DCS kommunizieren kann. Dies funktioniert sogar bei einem herstellerübergreifenden Geräteaustausch.

Profinet-Systeme kompensieren Leitungsbrüche automatisch durch Medienredundanz. Wenn im Feld ein Kabel bricht, verfügt das Gerät immer noch über einen Pfad zur Übertragung der Informationen an das DCS. Auch Controller-Redundanz ist in die Profinet-Lösung integriert. Wenn ein Controller ausfällt, übernimmt der Redundanzpartner und die Geräte kommunizieren automatisch mit dem alternativen Controller. Diese Funktion erfüllt die hohen Verfügbarkeitsanforderungen von Prozessanlagen.

Im BASF-Labor wurden verschiedene Arten von APL-Feldschaltern getestet, was zu einigen Empfehlungen an die Anbieter führte. Proxys innerhalb der APL-Feldswitches ermöglichen beispielsweise den Anschluss von PROFIBUS PA-Geräten an den Switch, was den Umstieg auf Ethernet-APL noch einfacher macht.

BASF ist begeistert von der Fähigkeit, die Ethernet-APL für die vorausschauende Wartung bietet. Eine schnelle Datenübertragung bedeutet, dass Anwendungen auf höherer Ebene mehr Informationen verarbeiten können, um den Gerätezustand zu analysieren und Probleme zu identifizieren, bevor sie einen Ausfall verursachen. Edge-Geräte stellen eine Verbindung zu einem Ethernet-APL-Ring her und übertragen Daten direkt in die Cloud. Dies bedeutet, dass Felddaten nahezu augenblicklich von überall auf der Welt sichtbar sind.

Zukünftige Entwicklungen für Ethernet-APL werden den Einsatz dieser Technologie auf funktionale Sicherheitsanwendungen erweitern. Dieser Ansatz bietet erhebliche Vorteile, darunter die Single-Network-Technologie, eine größere Flexibilität beim Anlagendesign und geringere Lageranforderungen, da das gleiche Gerät für Sicherheits- und Nicht-Sicherheitsfunktionen verwendet werden könnte. BASF profitiert bereits von den Vorteilen der digitalen Messung, wie z. B. höherer Ausstoß- und Produktqualität, höherer Wartungseffizienz durch detaillierte Diagnoseinformationen und erhöhter Anlagenverfügbarkeit. Die Organisation arbeitet mit Anbietern zusammen, um die Vorteile von Ethernet-APL auch für die funktionale Sicherheit zu nutzen [6].

Ethernet-APL ist eine schnell wachsende neue Technologie, die die Zukunft der Felddatenarchitektur prägen wird. Die hohe Geschwindigkeit und Bandbreite von Ethernet-APL ermöglicht Digitalisierungsinitiativen wie digitale Zwillinge und vorausschauende Wartung. Die ersten APL-Geräte sind bereits verfügbar, weitere APL-Geräte für andere Messungen wie Durchfluss, Füllstand, Druck und Temperatur werden noch in diesem Jahr verfügbar sein. Damit sind nun Projekte mit Ethernet-APL realisierbar.

Auch die Sicherheit für Ethernet-APL-Systeme und -Geräte wird in zukünftigen Entwicklungen weiter zunehmen. Standards werden regelmäßig aktualisiert, um neuen Bedrohungen Rechnung zu tragen und Lücken in der Technologie zu schließen. Daher werden Anbieter im Laufe der Zeit ihre Geräte und Lösungen kontinuierlich um neue Sicherheitsfunktionen erweitern.

Auch funktionale Sicherheitslösungen sind in der Entwicklung, so dass Ethernet-APL-Geräte sowohl für Sicherheits- als auch für Nicht-Sicherheitsanwendungen eingesetzt werden können. Dies hat mehrere Vorteile für die Industrie, darunter die Vereinfachung von Feldnetzwerken in einer einzigen Schicht und die Reduzierung der Anforderungen an die Ersatzteilhaltung.

Die einfache Installation und die Vorteile der Datenintegration von der Feld- bis zur Unternehmensebene machen Ethernet-APL zu einer Schlüsseltechnologie für die Zukunft der Branche.

Herausgegeben von Scott Jenkins

Erfahren Sie mehr über Endress+Hauser:

Gerd Niedermayer ist Senior Electrical and Instrumentation (E&I) Engineering Manager in der Abteilung Anlagenbau der BASF SE (Ludwigshafen, Deutschland; E-Mail: [email protected]). Niedermayer schloss sein Studium an der Universität Karlsruhe mit Schwerpunkt Elektrische Systeme und Automatisierungstechnik ab und begann anschließend als Elektro-, Mess- und Regelungstechniker in der globalen Anlagenbauabteilung der BASF SE zu arbeiten. Kurz darauf war er für das E&I-Engineering und die Durchführung globaler Anlagenbauprojekte der BASF in Europa, Nord- und Südamerika sowie Asien verantwortlich.

Benedikt Spielmann hat einen Abschluss als M.Sc. in Betriebswirtschaft und Ingenieurwesen. Er arbeitet als Marketing Manager Industrial Communication bei Endress+Hauser in Reinach, Schweiz. Seit 2019 koordiniert er die Ethernet-APL-Aktivitäten innerhalb von Endress+Hauser und ist Experte für industrielle Ethernet-Protokolle wie Profinet.