La couche physique avancée Ethernet
Technologie pour l'Internet des objets industriel dans les usines de traitement
Les technologies de l'Internet des objets industriel (IIoT) et Industry 4.0 représentent l'avenir de la communication industrielle. Toutefois, leur mise en œuvre nécessite une communication rapide et fiable, du terrain aux applications mobiles sur le cloud.
De nos jours, les appareils de terrain et les détecteurs des usines de traitement fournissent de grandes quantités de données qui pourraient être collectées, traitées et analysées dans le cadre de l'Internet des objets industriel, mais la plupart d'entre elles restent inutilisées. Ethernet permet une transmission rapide de ces données et une communication transparente entre les appareils de terrain, le système de commande des procédés et le cloud. Pour cette raison, Ethernet est devenu la norme en matière de communication dans l'automatisation industrielle.
En partenariat avec des sociétés et des associations de premier plan, Pepperl+Fuchs pose les bases des futures applications Internet des objets dans l'industrie des procédés grâce à Ethernet-APL (Ethernet Advanced Physical Layer). Ce procédé répond à toutes les exigences centrales des usines de traitement, telles que les câbles à deux fils avec de grandes longueurs de câbles et l'interopérabilité. Pour la toute première fois, la technologie Ethernet moderne pourra être appliquée dans les zones à risque d'explosion jusqu'à la Zone 0/Classe 1, Div. 1.
Des zones à risque d'explosion au cloud : communication sans barrière et très efficace
Communication rapide et efficace
Ethernet-APL permet d'échanger rapidement et efficacement de grands volumes de données à un débit de 10 Mbits/s. Le câble à deux fils transmet jusqu'à 92 W de données et de puissance simultanément. Il établit également de nouvelles normes en matière de portée, car des troncs pouvant atteindre 1 000 mètres sont tout aussi réalisables que des branches de 200 mètres vers l'appareil de terrain.
Sécurité intrinsèque avec Ethernet-APL
Pour la première fois, la technologie Ethernet peut être appliquée dans les zones à risque d'explosion jusqu'à la Zone 0/Classe 1, Div. 1 avec le haut degré d'interopérabilité attendu par les utilisateurs. Les lignes de branche entre le commutateur de terrain et l'appareil de terrain peuvent être conçues pour être intrinsèquement sûres. Un chapitre sur l'Ethernet à deux fils (Ethernet à sécurité intrinsèque à deux fils ou 2-WISE) est actuellement en cours d'ajout à la norme CEI connue pour la sécurité intrinsèque en matière de protection contre le risque d'explosion. Inspirée par FISCO, la nouvelle norme garantit une planification et une validation simples, sans calculs.
Transparence à tous les niveaux hiérarchiques
L'installation sur le terrain est facile à réaliser avec des bornes à vis ou à ressort. Il est possible de transmettre plus d'une valeur de processus et tous les paramètres de l'appareil, ce qui permet la gestion des actifs de l'usine, la maintenance préventive, la configuration et le paramétrage en toute simplicité. Une couche physique commune pour tous les appareils et toutes les données offre une communication fluide et transparente à tous les niveaux hiérarchiques, des zones à risque d'explosion au cloud. Les données sont ainsi accessibles à tout moment, où que vous soyez. L'interopérabilité de l'installation est assurée par la certification du protocole et de la couche physique. Cela signifie que les appareils fonctionnent ensemble en toute simplicité, même lorsque des technologies issues de différents fabricants sont exploitées.
Modernisation simple et économique de l'usine
Ethernet-APL inclut la technologie dite du tronc et des branches de l'industrie des procédés et s'applique à tout protocole Ethernet industriel tel qu'Ethernet/IP, HART-IP et PROFINET. Cela simplifie l'intégration pour les planificateurs, concepteurs et opérateurs usine, car les installations et infrastructures peuvent encore être utilisées et les investissements sont protégés.
Comment assurer l'interopérabilité avec Ethernet-APL
Quatre aspects doivent être définis avec précision pour créer une infrastructure entièrement ouverte qui offre l'interopérabilité que les utilisateurs attendent d'Ethernet. Tout d'abord,IEEE 802.3 cg définit la communication des données comme 10BASE-T1L. La spécification du profil de port Ethernet-APL définit ensuite l'alimentation, puis les connexions, les câbles et les accessoires tels que la protection contre les surtensions. Le profil de port sera publié selon une norme CEI. La sécurité intrinsèque est le quatrième aspect, où un nouveau chapitre de la norme connue pour la protection contre le risque d'explosion définit la même approche simple de planification et de validation que les utilisateurs apprécient avec FISCO. Reportez-vous à CEI TS60079-47, 2-WISE.
Terminologie
La couche physique avancée Ethernet (APL) définit l'architecture commutée. La diaphonie est impossible entre les instruments, ce qui améliore la stabilité de la communication et a un effet positif durable sur la disponibilité.
Chaque connexion entre les commutateurs ou entre les commutateurs et les instruments est appelée segment. Le tronc correspond au câble longue portée entre les commutateurs. Il a une puissance et une intensité de signal élevées et peut mesurer jusqu'à 1 000 m de long. La branche correspond au câble de connexion d'un instrument. Il peut atteindre 200 m et présente une puissance et une intensité de signal moins élevées. Les branches peuvent être sélectionnées comme étant intrinsèquement sûres.
Topologie : agencement compact de l'usine
Le commutateur de terrain avec rail Ethernet-APL fournit des fonctionnalités et des connexions pour la topologie en étoile. Chaque instrument se connecte à une ligne de branche. L'épine dorsale peut être configurée comme un anneau redondant. Les utilisateurs choisissent cette topologie pour répondre aux caractéristiques et exigences suivantes :
- Installations intérieures présentes dans les industries chimiques ou pharmaceutiques, ou dans les installations agroalimentaires
- Commutateurs installés dans des boîtes de jonction ou des panneaux de commande
- Longueurs de câble pouvant atteindre 200 m jusqu'à l'instrument
- Redondance Ethernet souvent requise au niveau de l'usine ou à l'intérieur de l'armoire de commande
- Protection contre le risque d'explosion pour toutes les zones à risque d'explosion
Topologie : agencement d'usine longue portée
Ethernet-APL pour les usines longue portée utilise la topologie dite du tronc et des branches. Cette topologie peut être utilisée dans les installations extérieures, comme on le voit dans les industries des hydrocarbures ou des eaux usées. Ethernet-APL se connecte au niveau supérieur à l'intérieur de l'armoire de commande via le commutateur d'alimentation Ethernet-APL. Il prend en charge la redondance en anneau pour une haute disponibilité. Le commutateur de terrain Ethernet-APL fournit la barrière de sécurité intrinsèque pour les sorties des branches et reçoit l'alimentation du tronc. Ce processus est similaire aux solutions FieldConnex® actuelles avec des éléments Power Hub, FieldBarrier et des protecteurs de segment.
Les utilisateurs sélectionnent la topologie dite du tronc et des branches pour répondre aux caractéristiques et exigences suivantes :
- Longueurs de câble de 1 000 m jusqu'au terrain
- Commutateurs de terrain alimentés via le câble à deux fils
- Distribution vers plusieurs instruments via une boîte de jonction sur le terrain
- Redondance Ethernet au niveau de l'usine
- Protection contre le risque d'explosion pour toutes les zones à risque d'explosion
Cette configuration est entièrement compatible avec la topologie dite du tronc et des branches, qui est largement utilisée dans les installations de bus de terrain. Elle ouvre la voie aux projets de migration, car le câble installé peut être réutilisé.
Concepts de produit
Il existe deux types de commutateurs pour prendre en charge l'infrastructure Ethernet-APL et seulement trois concepts de produits principaux qui permettent d'utiliser n'importe quel type de topologie pour le terrain de l'usine de traitement. Les commutateurs qui se connectent à l'épine dorsale Ethernet prennent en charge les concepts de redondance et de résilience pour une haute disponibilité.
Commutateur de terrain avec rail Ethernet-APL
Le commutateur de terrain avec rail Ethernet-APL de FieldConnex® est un commutateur de terrain à installer dans une armoire de commande ou une boîte de jonction. Il connecte les branches Ethernet-APL à l'épine dorsale Ethernet de l'usine. Il puise l'énergie nécessaire à son alimentation et celle des branches de l'alimentation auxiliaire externe.
Commutateurs de terrain Ethernet-APL
Les commutateurs de terrain Ethernet-APL alimentent la ligne de branche sur laquelle l'instrument est connecté. La branche a des exigences moins élevées en matière de puissance et de signal. Deux types de commutateurs de terrain permettent d'utiliser tout type de topologie : le commutateur de terrain Ethernet-APL et le commutateur de terrain avec rail Ethernet-APL pour montage sur rail DIN.
Le commutateur de terrain Ethernet-APL pour une installation en Zone 1/Div. 2 et reçoit l'alimentation du tronc. Il connecte les branches APL au tronc. Les sorties sont de sécurité intrinsèque, et prennent en charge les connexions dans la zone 0/div. 1.
Commutateur d'alimentation Ethernet-APL
Le commutateur d'alimentation Ethernet-APL connecte le réseau Ethernet-APL à l'Ethernet ou à l'épine dorsale de l'installation. Il alimente également la ligne du tronc. Ce commutateur est généralement installé dans l'armoire à l'intérieur de la salle de commande et est alimenté en externe.
En bref
- Longueurs de câble jusqu'à 1 000 m : branche jusqu'à 200 m, tronc jusqu'à 1 000 m
- Alimentation jusqu'à 50 appareils de terrain. Jusqu'à 90 W possibles.
- Vitesses de transfert élevées : 10 Mbit/s, duplex intégral
- Téléchargez environ 100 paramètres de configuration par appareil de terrain en quelques secondes seulement
- Protection de sécurité intrinsèque facile à appliquer
- Transmission simultanée des données et de puissance sur le même câble à deux fils
Caractéristiques techniques
- Connexion : à vis, à ressort, M12, RJ45 (dans l'armoire uniquement)
- Type de câble de référence : CEI 61158-2, type A pour la sécurité intrinsèque
- Section de câble : 0,324 à 2,5 mm2 / AWG 22-14
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