Wenn Fabriken vernetzt werden, fällt die Wahl heute meist auf Ethernet. Es reicht von der Bedienebene mit den ERP- und Office-Systemen in den Büros über die Schaltschränke in der Steuerungsebene bis hinunter zu – ja bis wohin eigentlich? In der Feldebene, dort wo einzelne Sensoren ihre Schaltsignale und Messwerte melden, hat sich Ethernet bisher kaum durchsetzen können, dort dominieren immer noch klassische Feldbussysteme. Zumindest gilt das für die Prozessindustrie.
Doch den Anforderungen einer smarten Fabrik genügen Feldbusse wie Profibus PA mit maximal 31,25 kBit/s längst nicht mehr. Und sie brauchen Gateways, die das Feldbusprotokoll in das Ethernetprotokoll übersetzen, damit die Informationen oben in der Automatisierungspyramide weiterverarbeitet werden können.
Fragt man Experten, warum sie an Feldbussen festhalten, heißt es: Weil es keine Verbindungssysteme für Ethernet gibt, die alle Anforderungen der Feldebene erfüllen. Neben fehlender kompakter Bauweise und Leitungslängen mit deutlich unter 100 m führen die Skeptiker vor allem den fehlenden Explosionsschutz dieser Verbindungen an.
Ethernet bis 1000 Meter
Das ist nun Vergangenheit. Ethernet Advanced Physical Layer (kurz: Ethernet APL) erweitert die physikalische Schicht von Ethernet um wichtige Eigenschaften wie die Zweiwege-Kommunikation über Distanzen bis 1000 m mit bis zu 10 Mbit/s und die Energieversorgung angeschlossener Geräte. Ethernet APL unterstützt jedes ethernetbasierte Protokoll. Hier zahlt sich aus, dass mehrere Nutzerorganisationen gemeinsam an Ethernet APL arbeiten, darunter die OPC Foundation und Profibus/Profinet International.
Laut Experten ist Ethernet-APL ein Gamechanger für die Prozessindustrie, vor allem für Betriebe, die explosionsgefährdete Anlagen betreiben. Für sie war „normales“ Ethernet bisher tabu, weil es keine ausreichende Sicherheit gegen Funkenschlag und Brand bietet. Die neue Richtlinie schreibt daher hohe Anforderungen an den Explosionsschutz fest.
Die im Kabel gespeicherte Energie wird begrenzt und es dürfen sich keine Funken entladen. Dazu sind die elektrischen Parameter für Kabel wie Kapazität und Induktivität eng gefasst, außerdem soll die Schirmung Störsignale zuverlässig blocken. In besonders explosionsgefährdeten Bereichen soll die ganze Installation intrinsisch sicher sein. Dort darf es nicht zu Funkenbildung oder Bränden kommen, selbst wenn das Kabel durchgeschnitten wird oder wenn dort defekte Geräte im laufenden Betrieb ausgetauscht werden.
Maßgeblich ist hier IEC TS 60079-47, auch 2-Wise genannt. Das Kürzel steht für Two-wire Intrinsically Safe Ethernet. 2-Wise macht genaue Vorgaben für intrinsisch sicheres Ethernet-APL, sowohl für die technischen Eigenschaften der Komponenten als auch für Konzeption, Installation und Dokumentation eines Netzwerks.
2-Draht-Leitung spart Kupfer
Ethernet-APL braucht keine neuen Leitungsstandards. Basis sind 2-Draht-Ethernet-Leitungen, die sich zunehmend in der Feldebene durchsetzen. Die Leitungen haben statt vier Aderpaaren nur ein Aderpaar – sie brauchen daher weniger Platz, was in engen Maschinen die Installation erleichtert. Über diese beiden Adern erfolgt auch die Stromversorgung angeschlossener Geräte.
Lapp hat früh auf Single Pair Ethernet und Ethernet-APL gesetzt, das Familienunternehmen sieht darin ein wichtiges Zukunftsfeld. Der Anbieter von integrierten Lösungen und Markenprodukten im Bereich der Kabel- und Verbindungstechnologie arbeitet zu Ethernet-APL in den Nutzergremien mit. Lapp hat zwei Leitungen speziell für Ethernet-APL vorgestellt: Etherline T1L Y FC 1x2x18/1 AWG und Etherline T1L Y 1x2x18/7 AWG. Beide Leitungen erfüllen ISO/IEC 11801 und EN 50173 und die Übertragungseigenschaften nach IEC-61156-13CD, außerdem sind sie UL-zertifiziert, sie eignen sich also für den Einsatz in Nordamerika – ein großer Pluspunkt für exportorientierte Unternehmen.
Sie sind für Distanzen bis 1000 m geeignet, flammwidrig, UV- und ölresistent. Beide können per Power-over-Dataline-Geräte (PoDL) mit bis zu einer Leistung von 92 W versorgen. Auch haben beide das Fast-Connect-Design, können also leicht abisoliert und montiert werden.
Einziger Unterschied: Etherline T1L Y FC 1x2x18/1 AWG hat Leiter aus Massivdraht für die feste Verlegung, während sich Etherline T1L Y 1x2x18/7 AWG mit seinem siebendrahtigen Leiteraufbau für den gelegentlich bewegten Einsatz eignet. Um die Praxistauglichkeit der Leitungen sicherzustellen, wurden sie nach den Anforderungen eines führenden deutschen Chemieunternehmens entwickelt und gemeinsam getestet.
Kleine Änderungen, große Wirkung
Leitungen für Ethernet-APL haben einen blauen Mantel, das unterscheidet sie von herkömmlichen Ethernet- oder Profinet-Leitungen. Innen gibt es kleinere Unterschiede wie Durchmesser der Adern, die Verseilung des Twisted Pairs und die Dicke der Isolierung. Diese Anpassungen waren nötig, um die gestiegenen Anforderungen an den intrinsischen Explosionsschutz zu erfüllen. Die Kunst ist, alle diese Parameter so in Einklang zu bringen, dass sie die Anforderungen für Ethernet-APL erfüllen.
Beide Leitungen von Lapp sind universell verwendbar, zum Beispiel in einer offenen Kabelpritsche neben einer Powerleitung und das dank umfangreicher Zertifizierung in wohl jedem Land der Welt.
Fazit
Unternehmen speziell aus der Prozessindustrie sowie Installateure sollten sich jetzt mit Ethernet-APL befassen, weil es nützliche Neuerungen für mehr Sicherheit bei der Vernetzung in der Feldebene bringt. Ethernet APL ist das Upgrade für die Feldebene, das der Prozessindustrie mehr Leistung und mehr Möglichkeiten für die Digitalisierung bringt bei gleichzeitig maximaler Sicherheit.
U.I. Lapp GmbH, Stuttgart
Autorin: Friederike Schmidt
Projektmanagerin Marketing Communications,
Lapp
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