Mit der fortschreitenden Digitalisierung in der Prozessindustrie steigen auch die Datenmengen, die durch intelligente Sensoren und Aktoren zur Verfügung gestellt werden. Lange fehlte jedoch ein Kommunikationsstandard, um diese Daten schnell und über mehrere Ebenen der Automatisierungsstruktur zu übermitteln. Für den Einsatz in prozesstechnischen Anlagen müssen bestimmte Eigenschaften erfüllt werden, wie die Anbindung von Feldgeräten über lange Distanzen und das Sicherstellen des Explosionsschutzes.
Entsprechend dieser Anforderungen haben Organisationen und Unternehmen aus der Prozessindustrie den Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet-APL) entwickelt. Diese neue Kommunikationstechnologie basiert auf dem Ethernet-Standard 10BASE-T1L, welcher eine maximale Kabellänge von 1000 m und eine Übertragungsrate von 10 MBit/s erlaubt. Grenzwerte für die Energieversorgung in allen Zonen des explosionsgefährdeten Bereichs werden durch die IEC-Spezifikation 60079-47 (2-WISE) festgelegt. Energie und Daten werden mit Ethernet-APL über dasselbe Adernpaar (Single Pair Ethernet) übertragen. Um die Installation zu vereinfachen und die Konnektivität der eingesetzten Geräte zu verbessern, wurde zusätzlich in der technischen Spezifikation TS10186 Port-Profile definiert: Ein Port-Profil umfasst neben Informationen zur Anschluss- und Segmentklasse auch die Ex-Zulassung des jeweiligen Geräteanschlusses.
- Energie- und Datenübertragung über ein Adernpaar
- lückenlose Kommunikation aller Feldgerätedaten
- hohe Reichweite dank flexibler Topologien
- Übertragungsrate bis zu 300 Mal schneller als bestehende Kommunikationsstandards in der Prozessindustrie
- flexibel anwendbar für verschiedene Protokolle wie Profinet, EtherNet/IP oder OPC UA
- Nachweis der Eigensicherheit entfällt durch definierte Eigenschaften der Anschlüsse und Kabel
- schnelle Integration in bestehende Anlagen durch Verwendung bestehender Kabel
- einfache Umsetzung der NAMUR Open Architecture
Ethernet-APL modular realisieren mit Beckhoff
Die Vision des Ethernet-APL-Konzeptes ist es, die gesamte Kommunikation in prozesstechnischen Anlagen – von der Feldebene bis in übergeordnete Leitsysteme – Ethernet-basiert umzusetzen. Um ganze Anlagen umzurüsten, sind auch neue APL-fähige Feldgeräte notwendig. Aufgrund der noch jungen Technologie und dem hohen Entwicklungsaufwand bietet der Markt bisher noch kein breites Geräte-Portfolio. Auch der Mehrwert einer Übertragungsrate von 10 MBit/s ist für einfache digitale Sensoren begrenzt.
Beckhoff integriert die Ethernet-APL-Technologie deshalb in sein modulares Klemmenportfolio. Die kompakte ELX6233 kann in Kombination mit weiteren EtherCAT-Klemmen im Schaltschrank montiert werden. Pro ELX6233-Klemme lassen sich zwei Ethernet-APL-Feldgeräte anbinden. Wie alle EtherCAT-Klemmen der ELX-Baureihe ermöglicht die ELX6233 den direkten Anschluss von eigensicheren Feldgeräten aus Zone 0 und Zone 1. Für Applikationen mit weniger hohen Explosionsschutzanforderungen steht die EtherCAT-Klemme EL6233 zur Verfügung. Sie erlaubt den Anschluss von Feldgeräten aus den explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 2 und lässt sich ebenso modular in den Klemmenstrang integrieren.
Vorteile der Ethernet-APL-Integration mit Beckhoff
Modular und flexibel kombinierbar
Dank der Beckhoff Systemlösung lassen sich alle EtherCAT-Klemmen ohne spezielles Werkzeug miteinander verbinden. Die ELX6233 sowie die EL6233 verfügen über ein Standardgehäuse und können somit einfach in bestehende Klemmstränge integriert werden. Besonders die direkte Anbindung an Embedded-PCs der CX-Serie bietet im Kontext der Digitalisierung viele Vorteile: So können z. B. Gateway-Applikationen die Daten aus dem Feld verarbeiten und gefiltert weitergeben.
Anschluss eigensicherer Feldgeräte
Wie viele unserer EtherCAT-Klemmen dürfen die EL6233 und die ELX6233 in Zone 2 des explosionsgefährdeten Bereichs montiert werden. Darüber hinaus bieten die Anschlüsse der ELX-Klemme dank spezieller Schaltungen die höchste Explosionsschutzklasse und erlauben den Anschluss eigensicherer Feldgeräte aus Zone 0. Die Parameter sind dabei an die Vorgaben der IEC 60079-47 angepasst und folgen dem Port-Profil SPAA.
Platzsparende Lösung
Mit der ELX6233 oder der EL6233 schaffen Sie genau die Anzahl an Ethernet-APL-Kanälen in Ihrem Schaltschrank, die Sie benötigen. Dabei sparen Sie durch die kompakte Bauform nicht nur Platz, sondern auch Kosten. Und mit nur 12 bzw. 24 mm Breite passen die EtherCAT-Klemmen in jede Applikation, egal ob große prozesstechnische Anlage oder kompakter Testaufbau.
Schnelle Kommunikation mit EtherCAT
Anders als in vielen PROFINET-Architekturen befindet sich der Controller direkt in der EtherCAT-Klemme und nicht in der übergeordneten Steuerung. Da EtherCAT im Vergleich zu PROFINET eine kompaktere Datengröße des Prozessabbilds ermöglicht, kann die Performance im Bezug auf Zykluszeiten deutlich erhöht werden. Auch die Sicherheit der Daten ist durch das Trennen der einzelnen Ports und Protokolle höher als bei klassischen geswitchten Netzwerken.
Funktionale Sicherheit mit PROFIsafe
Viele der zukünftig über Ethernet-APL angebundenen Feldgeräte erfüllen sicherheitstechnische Funktionen. Somit ist die Kommunikation mittels PROFIsafe ein wichtiger Bestandteil des Technologiepakets Ethernet-APL. Die Integration der PROFIsafe-Geräte erfolgt dabei weiterhin über die EL6233 oder die ELX6233. In der Applikation ist lediglich eine EL6930 zu ergänzen.
Einfacher Umstieg von HART auf Ethernet-APL
Die modulare Bauweise der EtherCAT-Klemmen ermöglicht die Kombination der EL6233 oder ELX6233 mit weiteren EtherCAT-Klemmen, wie beispielweise der EL3184 bzw. ELX3184. Besonders in Brownfield-Anlagen kann es aufgrund von Lagerhaltung und installierter Basis sinnvoll sein, schrittweise von dem bekannten HART-Protokoll auf Ethernet-APL umzusteigen. Für diese Anwendungen können die Stationen (Kleinsteuerung + Klemmen) vorkonfiguriert werden, sodass ein Technologiewechsel im Rahmen eines einfachen Gerätetauschs durch das Wartungspersonal vollzogen werden kann.
FAQ zu Ethernet-APL
In vielen Applikationen soll Ethernet-APL neben bestehenden Kommunikationstechnologien, wie HART, Profibus oder digitalen Signalen, eingesetzt werden. Für diesen Mischbetrieb bietet der Markt bisher jedoch keine Lösungen. Beckhoff integriert Ethernet-APL deshalb modular in das bestehende Klemmenportfolio, in dem verschiedene Signaltypen flexibel kombiniert werden können.
Auf Basis der IEC-Spezifikation 60079-47 schreibt Ethernet-APL verschiedene Energiepegel für eigensicheres Ethernet vor. Diese Pegel werden in sogenannten Portprofil-Spezifikationen aufgegriffen, denen jeder APL-Port eines Netzwerkes entsprechen muss. Zudem ist definiert, welche Ports miteinander verbunden werden dürfen. Eine gesonderte Berechnung des Eigensicherheitsnachweises ist deshalb nicht notwendig.
Tutorial: Getting started with ELX6233 (Video in Englisch)
Erfahren Sie, wie Sie die ELX6233 in TwinCAT in Betrieb nehmen und Feldgeräte über Ethernet-APL einbinden können. Im Video-Tutorial führen wir Sie Schritt für Schritt durch den Installationsprozess und geben nützliche Tipps zur Konfiguration und Fehlersuche. Wir zeigen Ihnen, wie Sie die Kommunikation zwischen der ELX6233 und angeschlossenen Geräten effektiv einrichten und optimieren.
Die ELX6233 erlaubt den direkten Anschluss Ethernet-APL fähiger Feldgeräte aus den explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 0/20 und 1/21. Die Sensoren werden gemäß des Port-Profils SPAA (TS10186) versorgt und über PROFINET eingebunden. Durch die flexible EtherCAT-Systemarchitektur und das ELX-Portfolio können Ethernet-APL-, HART- oder einfache digitale Signale in dem selben Klemmenstrang eingebunden werden.
Weitere Produkte und Lösungen für Ihre Anlage
NAMUR Open Architecture (NOA)
Realisierung von NOA-Konzepten zur lückenlosen Anlagenüberwachung und Datenerfassung in Brownfield- und Greenfield-Anwendungen.
Module Type Package (MTP)
TwinCAT MTP integriert das Module Type Package-Konzept in das Engineering und ermöglicht die effiziente Entwicklung modularer Anlagen.
ELXxxxx | Explosionsschutz (Ex i)
Die EtherCAT-Klemmen der ELX-Serie, mit eigensicheren Ein-/Ausgängen, erlauben den Anschluss von Feldgeräten bis in Zone 0/20.
EPXxxxx | Explosionsschutz (Ex i)
Die EtherCAT-Box-Module der EPX-Serie, mit eigensicheren Ein-/Ausgängen, erlauben den Anschluss von Feldgeräten bis in Zone 0/20.