La capa física avanzada de Ethernet
Tecnología para IIoT en las plantas de procesos
La Internet de las cosas industrial (IIoT) y la Industria 4.0 representan el futuro de la comunicación industrial. Sin embargo, su implementación requiere una comunicación rápida y confiable desde el nivel de campo hasta aplicaciones móviles basadas en la nube.
Hoy en día, los dispositivos de campo y los sensores en las plantas de procesos proporcionan grandes cantidades de datos que se pueden recopilar, procesar y analizar con el espíritu de IIoT, pero gran parte de ellos permanece sin usar. Ethernet permite una rápida transmisión de estos datos y una comunicación sin problemas entre los dispositivos de campo, el sistema de control de procesos y la nube. Por este motivo, Ethernet se ha convertido en el estándar de comunicación en la automatización de las fábricas.
En conjunto con empresas y asociaciones líderes, Pepperl+Fuchs estableció las bases para futuras aplicaciones de IoT en la industria de procesos a través de la capa física avanzada Ethernet (Ethernet-APL). Cumple con todos los requisitos esenciales para las plantas de procesos, como cables de dos hilos con tendidos largos e interoperabilidad. Por primera vez, la tecnología Ethernet moderna se aplicará en áreas peligrosas hasta la Zona 0/Clase 1, Div. 1 1.
Desde áreas peligrosas hasta la nube: comunicación sin barreras y altamente eficiente
Comunicación rápida y eficiente
Ethernet-APL permite una comunicación rápida y eficiente de grandes volúmenes de datos a una velocidad de 10 Mbit/s. El cable de dos hilos transmite hasta 92 W de datos y energía de forma simultánea. También establece nuevos estándares en términos de rango, ya que las longitudes del tronco de hasta 1000 metros son tan viables como 200 metros en la rama hacia el dispositivo de campo.
Seguridad intrínseca con Ethernet-APL
Por primera vez, se puede aplicar Ethernet en áreas peligrosas hasta Zona 0/Clase 1, Div. 1 con el alto grado de interoperabilidad que los usuarios esperan. Las líneas con ramas desde el switch de campo al dispositivo de campo se pueden diseñar para que sean intrínsecamente seguras. Actualmente, se agrega un capítulo de Ethernet de dos hilos (Ethernet intrínsecamente segura de 2 cables o 2-WISE para abreviar) a la norma IEC conocida por su seguridad intrínseca en la protección contra explosiones. Inspirado en FISCO, la nueva norma garantiza una planificación y una validación sencillas sin cálculos.
Transparencia en todos los niveles jerárquicos
La instalación en el campo es simple con terminales de tipo tornillo o de resorte. Es posible transmitir más de un valor de proceso y todos los parámetros del dispositivo, lo que permite una sencilla administración de activos de la planta, mantenimiento predictivo, configuración y parametrización. Una capa física común para todos los dispositivos y datos permite una comunicación transparente e ininterrumpida en todos los niveles jerárquicos, desde áreas peligrosas hasta la nube. Esto hace que los datos sean accesibles en cualquier momento y lugar. La interoperabilidad de la instalación se garantiza mediante la certificación del protocolo y la capa física. Esto significa que los dispositivos funcionan fácilmente, incluso cuando la tecnología de diferentes fabricantes está en funcionamiento.
Modernización sencilla y rentable de las plantas
Ethernet-APL es compatible con la tecnología de tronco y ramas establecida en la industria de procesos y es aplicable a cualquier protocolo Ethernet industrial, como Ethernet/IP, HART-IP y PROFINET. Esto simplifica la integración para planificadores y diseñadores y operadores de plantas, ya que las instalaciones e infraestructuras existentes aún se pueden utilizar y las inversiones están protegidas.
Cómo proporcionar interoperabilidad con Ethernet-APL
Se deben definir con precisión cuatro aspectos para crear una infraestructura completamente abierta que proporcione la interoperabilidad que los usuarios esperan de Ethernet. En primer lugar,IEEE 802.3 cg define la comunicación de datos como 10BASE-T1L. La especificación del perfil del puerto Ethernet-APL define la segunda fuente de alimentación y las conexiones, los cables y los accesorios, como la tercera protección contra sobretensión. El perfil de puerto se publicará en una norma IEC. La seguridad intrínseca es el cuarto aspecto, donde un nuevo capítulo de la conocida norma de protección contra explosiones define el mismo enfoque simple para la planificación y validación que los usuarios aprecian con FISCO. Consulte IEC TS60079-47, 2-WISE.
Terminología
La capa física avanzada (APL) de Ethernet define la arquitectura conmutada. No es posible realizar un cruce entre instrumentos, lo que mejora la estabilidad de la comunicación y tiene un efecto positivo duradero en la disponibilidad.
El segmento es el nombre de cada conexión entre los switches o entre los switches y los instrumentos. El tronco es el cable de largo alcance entre los switches. Tiene alta potencia y potencia de señal, y puede medir hasta 1000 m de largo. La rama es el cable de conexión para un instrumento. Puede ser de hasta 200 m y tiene menor potencia y fuerza de señal. Los estímulos se pueden seleccionar como intrínsecamente seguros.
Topología: diseño de planta compacta
El switch de campo de carril Ethernet-APL proporciona funcionalidad y conexiones para la topología de estrella. Cada instrumento se conecta a una línea de derivación. La red troncal se puede configurar como un anillo redundante. Los usuarios eligen esta topología para cumplir con las siguientes características y requisitos:
- Instalaciones interiores como se ven en industrias químicas, farmacéuticas o en instalaciones de alimentos y bebidas.
- Switches instalados en cajas de conexiones o paneles de control
- Longitudes de cable de hasta 200 m hasta el instrumento
- A menudo, se requiere la redundancia de Ethernet a nivel de planta o dentro del gabinete de control
- Protección contra explosiones para todas las áreas peligrosas
Topología: diseño de planta de largo alcance
Ethernet-APL para plantas de largo alcance utiliza la topología de tronco y ramas. Esta topología puede servir para instalaciones en exteriores, como se ve en las industrias de petróleo y gas o aguas residuales. Ethernet-APL se conecta al nivel superior dentro del gabinete de control a través del switch de alimentación Ethernet-APL. Es compatible con redundancia de anillo para alta disponibilidad. El switch de campoEthernet-APL proporciona la barrera intrínsecamente segura para las salidas de las ramas y recibe energía del tronco. Esto es similar a las soluciones FieldConnex® actuales con Power Hubs, FieldBarriers y Segment Protectors.
Los usuarios seleccionan la topología de tronco y ramas para cumplir con las siguientes características y requisitos:
- Longitudes de cable de hasta 1000 m hasta el campo
- Switches de campo alimentados mediante cables de dos hilos
- Distribución a varios instrumentos a través de la caja de conexiones en el campo
- Redundancia de Ethernet a nivel de la planta
- Protección contra explosiones para todas las áreas peligrosas
Este diseño es 100 % compatible con la topología popular de tronco y ramas en instalaciones de bus de campo. Proporciona una ruta para los proyectos de migración, ya que el cable instalado se puede reutilizar.
Conceptos de productos
Existen dos tipos de switches que admiten la infraestructura Ethernet-APL y solo tres conceptos de productos principales que permiten cualquier tipo de topología para el campo de la planta de procesos. Los switches que se conectan a la red troncal Ethernet admiten conceptos de redundancia y resistencia para alta disponibilidad.
Switch de campo de carril Ethernet-APL
El switch de campo de carril Ethernet-APL de FieldConnex® es un switch de campo para la instalación en un gabinete de control o caja de conexiones. Conecta las ramas Ethernet-APL a la red troncal Ethernet de la planta. Extrae energía para sí mismo y para las ramas de la alimentación auxiliar externa.
Switches de campo Ethernet-APL
Los switches de campo Ethernet-APL proporcionan energía a la línea de derivación donde se conecta el instrumento. La rama tiene requisitos más bajos para la fuerza y el poder de la señal. Dos tipos de switches de campo permiten cualquier tipo de topología: el switch de campo Ethernet-APL y el switch de campo de carril Ethernet-APL para montaje en carril DIN.
La instalación del switch de campo Ethernet-APL para Zona 1/Div. 2 recibe energía del tronco. Conecta las ramas APL al tronco. Las salidas son intrínsecamente seguras, lo que respalda las conexiones en la Zona 0/Div. 1.
Switch de alimentación Ethernet-APL
El switch de alimentación Ethernet-APL conecta la red Ethernet-APL a la red Ethernet o troncal de la instalación. También proporciona energía a la línea troncal. Este switch de alimentación normalmente se instala en el gabinete dentro de la sala de control y se alimenta de forma externa.
De un vistazo
- Longitudes de cables de hasta 1000 m: rama de hasta 200 m, tronco de hasta 1000 m
- Fuente de alimentación de hasta 50 dispositivos de campo. Hasta 90 W posibles.
- Alta velocidad de transferencia: 10 Mbit/s, dúplex completo
- Descarga aprox. 100 parámetros de configuración por dispositivo de campo en solo unos segundos
- Protección de seguridad intrínseca fácil de aplicar
- Transmisión simultánea de datos y energía a lo largo del mismo cable de dos hilos.
Datos técnicos
- Conexión: tipo tornillo, abrazadera de resorte, M12, RJ45 (solo en gabinete)
- Tipo de cable de referencia: IEC 61158-2, tipo A para seguridad intrínseca
- Sección transversal del cable: 0,324 ... 2,5 mm2 /AWG 22-14
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