L'Ethernet Advanced Physical Layer
Tecnologia per IIoT nel campo degli impianti di processo
L'IIoT (Industrial Internet of Things) e l'Industry 4.0 rappresentano il futuro della comunicazione industriale. Tuttavia, la loro implementazione richiede una comunicazione rapida e affidabile dal livello di campo alle applicazioni mobili basate su cloud.
Oggi, i dispositivi di campo e i sensori negli impianti di processo forniscono grandi quantità di dati che possono essere raccolti, elaborati e analizzati secondo l'IIoT, ma la maggior parte di essi rimane inutilizzata. Ethernet consente la trasmissione rapida di questi dati e la comunicazione uniforme tra i dispositivi di campo, il sistema di controllo dei processi e il cloud. Per questo motivo Ethernet è diventato lo standard di comunicazione nell'automazione industriale.
In collaborazione con le principali aziende e associazioni, Pepperl+Fuchs sta ora gettando le basi per future applicazioni IoT nell'industria di processo, attraverso l'Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet-APL). Soddisfa tutti i requisiti fondamentali degli impianti di processo, come cavi a due fili con lunghe sequenze, e interoperabilità. Per la prima volta in assoluto, la moderna tecnologia Ethernet sarà applicabile nelle aree pericolose fino alla Zona 0 / Classe 1, Div. 1.
Dalle aree pericolose al cloud: comunicazione senza barriere altamente efficiente
Comunicazione rapida ed efficiente
Ethernet-APL permette la comunicazione rapida ed efficiente di grandi volumi di dati a una velocità di 10 Mbit/s. Il cavo a due fili trasmette fino a 92 W di dati e di potenza simultaneamente. Inoltre, fissa nuovi standard in termini di portata, poiché rende possibili lunghezze di trunk fino a 1.000 metri proprio come lunghezze di 200 metri su spur al dispositivo di campo.
Sicurezza intrinseca con Ethernet-APL
Per la prima volta, Ethernet sarà applicabile nelle aree pericolose fino alla Zona 0 / Classe 1, Div. 1 grazie all'elevato grado di interoperabilità che gli utenti si aspettano. Le linee di spur dall'interruttore di campo al dispositivo di campo possono essere progettate a sicurezza intrinseca. Un capitolo per Ethernet a due fili (Ethernet a sicurezza intrinseca a 2 fili o in breve "2-WISE") è attualmente in fase di aggiunta al noto standard IEC per la sicurezza intrinseca nella protezione contro le esplosioni. Ispirato da FISCO, il nuovo standard garantisce pianificazione e convalida semplici senza calcoli.
Trasparenza su tutti i livelli gerarchici
L'installazione sul campo è semplice grazie ai terminali a vite o con morsetto a molla. È possibile trasmettere più di un valore di processo e tutti i parametri dei dispositivi, il che permette una semplice gestione delle risorse dell'impianto, manutenzione predittiva, configurazione e parametrizzazione. Un physical layer comune a tutti i dispositivi e dati consente una comunicazione trasparente e uniforme su tutti i livelli gerarchici, dalle aree pericolose al cloud. Ciò rende i dati accessibili sempre e ovunque. L'interoperabilità dell'installazione è garantita dalla certificazione del protocollo e del physical layer. Ciò significa che i dispositivi funzionano insieme in modo più semplice che mai, anche in presenza di tecnologie di produttori diversi.
Ammodernamento dell'impianto semplice ed economico
Ethernet-APL supporta la tecnologia "trunk-and-spur", stabilita nell'industria di processo e applicabile a qualsiasi protocollo Ethernet industriale come ad esempio EtherNet/IP, HART-IP, e PROFINET. Semplifica l'integrazione per programmatori, progettisti e gestori dell'impianto dal momento che le installazioni e le infrastrutture esistenti possono comunque essere utilizzate proteggendo così gli investimenti.
Come garantire l'interoperabilità con Ethernet-APL
È necessario definire con precisione quattro aspetti per creare un'infrastruttura completamente aperta che offra l'interoperabilità che gli utenti si aspettano da Ethernet. In primo luogo,IEEE 802.3 cg definisce la comunicazione dei dati come 10BASE-T1L. La specifica del profilo della porta Ethernet-APL definisce l'alimentatore come secondo aspetto e i collegamenti, i cavi e gli accessori come la protezione contro le sovratensioni come terzo fattore. Il profilo della porta sarà pubblicato in uno standard IEC. La sicurezza intrinseca è il quarto aspetto, in cui un nuovo capitolo del noto standard per la protezione contro le esplosioni definisce lo stesso semplice approccio alla pianificazione e alla convalida che gli utenti apprezzano con FISCO; vedere IEC TS60079-47, 2-WISE.
Terminologia
L'APL (Advanced Physical Layer) Ethernet definisce l'architettura di commutazione. Sono impossibili interferenze tra gli strumenti, il che aumenta la stabilità della comunicazione e ha un effetto positivo duraturo sulla disponibilità.
Segmento è il nome di ogni connessione tra interruttori o tra interruttori e strumenti. Trunk è il cavo a lungo raggio tra gli interruttori. Presenta un'alta potenza e intensità del segnale, e può essere lungo fino a 1000 m. Spur è il cavo di collegamento di uno strumento. Può essere lungo fino a 200 m, e presenta una potenza e intensità del segnale inferiori. Gli spur possono essere selezionati a sicurezza intrinseca.
Topologia - Layout impianto compatto
L'interruttore campo guida Ethernet-APL fornisce funzionalità e collegamenti per la topologia a stella. Ogni strumento si collega a una linea di spur. La dorsale può essere configurata come anello ridondante. Gli utenti scelgono questa topologia per soddisfare le seguenti caratteristiche e requisiti:
- Installazioni all'interno come quelle utilizzate nel settore chimico o farmaceutico o in installazioni nel settore di alimenti e bevande
- Interruttori installati in scatole di derivazione o pannelli di controllo
- Cavi lunghi fino a 200 m fino allo strumento
- Ridondanza Ethernet spesso necessaria a livello di impianto o all'interno del quadro elettrico
- Protezione contro le esplosioni per qualsiasi area pericolosa
Topologia - Layout impianto a lungo raggio
L'Ethernet-APL per impianti a lungo raggio utilizza la topologia trunk-and-spur. Questa topologia può essere utilizzata per installazioni all'aperto, come si può osservare nei settori del petrolio e del gas o delle acque reflue. Ethernet-APL si collega al livello superiore all'interno del quadro elettrico tramite l'interruttore di alimentazione Ethernet-APL. Supporta la ridondanza ad anello per un'elevata disponibilità. L'interruttore di campo Ethernet-APL fornisce la barriera a sicurezza intrinseca per le uscite spur e riceve la potenza dal trunk. È simile alle attuali soluzioni FieldConnex® con Power Hub, FieldBarrier e Segment Protector.
L'utente seleziona la topologia trunk-and-spur per soddisfare le seguenti funzioni e requisiti:
- Cavi lunghi 1000 m per il campo
- Interruttori di campo alimentati tramite il cavo a due fili
- Distribuzione su più strumenti tramite la scatola di derivazione sul campo
- Ridondanza Ethernet a livello di impianto
- Protezione contro le esplosioni per qualsiasi area pericolosa
Questo layout è compatibile al 100% con la topologia trunk-and-spur popolare nelle installazioni di bus di campo. Offre un percorso per i progetti di migrazione, poiché il cavo installato può essere riutilizzato.
Concetti del prodotto
Esistono due tipi di interruttori che supportano l'infrastruttura Ethernet-APL e solo tre concetti di prodotto principali che consentono qualsiasi tipo di topologia per il campo degli impianti di processo. Gli interruttori che si collegano alla dorsale Ethernet supportano concetti di ridondanza e resilienza per un'elevata disponibilità.
Interruttore di campo per guida Ethernet-APL
L'interruttore campo guida Ethernet-APL di FieldConnex® è un interruttore di campo per l'installazione in un quadro elettrico o in una scatola di derivazione. Collega gli spur Ethernet-APL alla dorsale Ethernet dell'impianto. Ricava l'energia per se stesso e gli spur dell'alimentazione ausiliaria esterna.
Interruttori di campo Ethernet-APL
Gli interruttori di campo Ethernet-APL forniscono alimentazione alla linea di spur alla quale è collegato lo strumento. Lo spur ha requisiti inferiori per l'intensità e la potenza del segnale. Due tipi di interruttori di campo consentono qualsiasi tipo di topologia: l'interruttore di campo Ethernet-APL e l'interruttore di campo guida Ethernet-APL per il montaggio su guida DIN.
L'interruttore di campo Ethernet-APL per l'installazione in Zona 1/Div. 2 riceve l'alimentazione dal trunk. Collega gli spur APL al trunk. Le uscite sono a sicurezza intrinseca e supportano le connessioni nella Zona 0 / Div. 1.
Interruttore di alimentazione Ethernet-APL
L'interruttore di alimentazione Ethernet-APL collega la rete Ethernet-APL all'Ethernet o alla rete dorsale dell'impianto. Fornisce inoltre alimentazione alla linea di trunk. Questo interruttore di alimentazione è installato in genere nell'armadio elettrico all'interno della sala di controllo, ed è alimentato esternamente.
In breve
- Lunghezze cavi fino a 1.000 m: spur fino a 200 m, trunk fino a 1.000 m
- Alimentazione di 50 dispositivi di campo al massimo. Fino a 90 W possibili.
- Velocità di trasferimento elevate: 10 Mbit/s, full-duplex
- Scarica circa 100 parametri di configurazione per dispositivo di campo in pochi secondi
- Protezione di sicurezza intrinseca facile da applicare
- Trasmissione simultanea di dati e alimentazione sullo stesso cavo a due fili
Caratteristiche tecniche
- Collegamento: a vite, morsetto a molla, M12, RJ45 (solo in armadio elettrico)
- Tipo di cavo di riferimento: IEC 61158-2, Tipo A per sicurezza intrinseca
- Sezione trasversale cavo: 0,324 ... 2,5 mm2 / AWG 22-14
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