A Camada física avançada de Ethernet
Tecnologia IIoT no campo de instalações de processos
A Internet Industrial das coisas (IIoT) e a Indústria 4.0 representam o futuro da comunicação industrial. No entanto, a implementação exige uma comunicação rápida e confiável do nível de campo para aplicativos móveis baseados em nuvem.
Hoje em dia, os equipamento de campo e sensores em fábricas de processamento fornecem grandes quantidades de dados que podem ser coletados, processados e analisados no espírito da IIoT, mas grande parte deles permanece inutilizada. A Ethernet permite a rápida transmissão desses dados e a comunicação contínua entre equipamento de campo, o sistema de controle de processos e a nuvem. Por esse motivo, a Ethernet se tornou o padrão de comunicação na automação de fábrica.
Em parceria com as principais empresas e associações, a Pepperl+Fuchs estabeleceu a base para futuras aplicações de IoT no setor de processos através da camada física avançada de Ethernet (Ethernet-APL ). Ele atende a todos os requisitos centrais para instalações de processo, como cabos de dois fios com cabos longos e interoperabilidade. Pela primeira vez, a tecnologia Ethernet moderna será aplicável em áreas classificadas até a Zona 0 / Classe 1, Div. 1.
De áreas classificadas à nuvem – Comunicação sem barreiras e altamente eficiente
Comunicação rápida e eficiente
O Ethernet-APL permite a comunicação rápida e eficiente de grandes volumes de dados a uma taxa de 10 Mbit/s. O cabo de dois fios transmite até 92 W de dados e energia simultaneamente. Ele também define novos padrões em termos de alcance, pois os troncos de até 1.000 metros de comprimento são tão viáveis quanto 200 metros no espigão do equipamento de campo.
Segurança intrínseca com Ethernet-APL
Pela primeira vez, a Ethernet pode ser aplicada em áreas classificadas até a Zona 0 / Classe 1, Div. 1 com o alto grau de interoperabilidade que os usuários esperam. As linhas de espigão do comutador de campo para o dispositivo de campo podem ser projetadas para serem intrinsecamente seguras. Um capítulo para Ethernet de dois fios (Ethernet intrinsecamente segura de 2 fios, abreviada como 2-WISE) está sendo adicionado ao conhecido padrão IEC para segurança intrínseca em proteção contra explosão. Inspirado pelo FISCO, o novo padrão garante planejamento e validação simples sem cálculos.
Transparência em todos os níveis hierárquicos
A instalação no campo é simples com terminais do tipo parafuso ou com grampo de mola. É possível transmitir mais de um valor de processo e todos os parâmetros do dispositivo, o que permite fácil gerenciamento de ativos da instalação, manutenção preditiva, configuração e parametrização. Uma camada física comum para todos os dispositivos e dados permite uma comunicação transparente e contínua em todos os níveis hierárquicos, desde áreas classificadas até a nuvem. Isso torna os dados acessíveis a qualquer hora e em qualquer lugar. A interoperabilidade da instalação é garantida pela certificação do protocolo e da camada física. Isso significa que os dispositivos funcionam juntos facilmente, mesmo quando a tecnologia de diferentes fabricantes está em operação.
Modernização simples e com excelente relação custo-benefício
A Ethernet-APL aceita a tecnologia de tronco e espigão estabelecida no setor de processos e é aplicável a qualquer protocolo Ethernet industrial, como Ethernet/IP, HART-IP e PROFINET. Simplificando a integração para engenheiros, projetistas e operadores, pois as instalações e infraestruturas existentes ainda podem ser usadas, e os investimentos são poupados.
Como fornecer interoperabilidade com Ethernet-APL
Quatro aspectos devem ser definidos com precisão para criar uma infraestrutura totalmente aberta que forneça a interoperabilidade que os usuários esperam da Ethernet. Primeiro, o IEEE 802.3 cg define a comunicação de dados como 10BASE-T1L. A especificação de perfil de porta Ethernet-APL define a segunda alimentação e as conexões, cabos e acessórios, como proteção contra sobretensão em terceiro lugar. O perfil da porta será publicado em um padrão IEC. A segurança intrínseca é o quarto aspecto, em que um novo capítulo do conhecido padrão de proteção contra explosão define a mesma abordagem simples de planejamento e validação que os usuários apreciam com FISCO, consulte IEC TS60079-47, 2-WISE.
Terminologia
O APL (Advanced Physical Layer, camada física avançada) de Ethernet define a arquitetura comutada. A comunicação cruzada entre os instrumentos é impossível, o que melhora a estabilidade da comunicação e tem um efeito positivo duradouro na disponibilidade.
Segmento é o nome de cada conexão entre comutadores ou entre comutadores e instrumentos. Tronco é o cabo de longo alcance entre os comutadores. Ele tem alta potência e força de sinal e pode ter até 1.000 m de comprimento. Espigão é o cabo de conexão de um instrumento. Ele pode ter até 200 m e tem potência e intensidade de sinal mais baixas. Os espigões podem ser selecionados como intrinsecamente seguros.
Topologia: layout de uma instalação compacta
O comutador de campo em calha Ethernet-APL fornece funcionalidade e conexões para a topologia em estrela. Cada instrumento se conecta a uma linha de espigão. O backbone pode ser configurado como um anel redundante. Os usuários escolhem essa topologia para atender aos seguintes recursos e requisitos:
- Instalações internas como vistas em indústrias químicas ou farmacêuticas ou em instalações de alimentos e bebidas
- Comutadores instalados em caixas de junção ou painéis de controle
- Cabos com comprimento de até 200 m para o instrumento
- Redundância de Ethernet geralmente necessária no nível da instalação ou dentro do gabinete de controle
- Proteção contra explosão para qualquer área classificada
Topologia — Layout de instalação de longo alcance
Ethernet-APL para instalações de longo alcance utiliza a topologia de tronco e espigão. Essa topologia pode servir instalações externas, como visto nos setores de petróleo e gás ou águas residuais. O Ethernet-APL conecta-se ao nível superior dentro do gabinete de controle através do comutador de energia do Ethernet-APL. Ele suporta redundância em anel para alta disponibilidade. O comutador de campo Ethernet-APL fornece a barreira intrinsecamente segura para as saídas do espigão e recebe energia do tronco. Isso é semelhante às soluções FieldConnex® atuais com Power Hubs, FieldBarriers e proteção de segmento.
Os usuários selecionam a topologia de tronco e espigão para atender aos seguintes recursos e requisitos:
- Cabos com comprimento de 1000 m até o campo
- Comutadores de campo alimentados por cabo de dois fios
- Distribuição para vários instrumentos por caixa de junção no campo
- Redundância de Ethernet no nível da instalação
- Proteção contra explosão para qualquer área classificada
Este layout é 100% compatível com a topologia de tronco e espigão popular em instalações de barramento de campo. Ele fornece um caminho para projetos de migração porque o cabo instalado pode ser reutilizado.
Conceitos do produto
Existem dois tipos de comutadores para dar suporte à infraestrutura Ethernet-APL e apenas três conceitos de produtos principais que permitem qualquer tipo de topologia para o campo da planta de processo. Os comutadores que se conectam ao backbone Ethernet dão suporte a conceitos de redundância e resiliência para alta disponibilidade.
Comutador de campo em calha Ethernet-APL
O comutador de campo em calha Ethernet-APL da FieldConnex® é um comutador de campo para instalação em um gabinete de controle ou caixa de junção. Ele conecta os espigões Ethernet-APL ao backbone Ethernet da instalação. Ele retira energia para si mesmo e para os espigões de energia auxiliar externa.
Comutadores de campo Ethernet-APL
Os comutadores de campo Ethernet-APL fornecem energia para a linha de derivação onde o instrumento está conectado. O espigão tem requisitos mais baixos para força e potência do sinal. Dois tipos de comutadores de campo permitem qualquer tipo de topologia — o comutador de campo Ethernet-APL e o comutador de campo em calha Ethernet-APL para montagem em calha DIN.
A instalação do comutador de campo Ethernet-APL para Zona 1/Div. 2 recebe energia do tronco. Ele conecta os espigões APL ao tronco. As saídas são intrinsecamente seguras, suportando conexões na Zona 0/Div. 1.
Comutador de energia Ethernet-APL
O comutador de energia Ethernet-APL conecta a rede Ethernet-APL ao backbone ou Ethernet da instalação. Ele também fornece energia para a linha do tronco. Esse comutador de energia é normalmente instalado no gabinete dentro da sala de controle e é alimentado externamente.
Visão geral
- Comprimentos de cabo de até 1.000 m: espigão de até 200 m, tronco de até 1.000 m
- Alimentação de até 50 equipamentos de campo. Até 90 W possíveis.
- Altas taxas de transferência: 10 Mbit/s, full-duplex
- Baixe aproximadamente 100 parâmetros de configuração por dispositivo de campo em apenas alguns segundos
- Proteção de segurança intrínseca totalmente simples de adaptar
- Transmissão simultânea de dados e energia ao longo dos mesmos cabos de dois fios
Dados técnicos
- Conexão: tipo de parafuso, grampo de mola, M12, RJ45 (apenas no armário)
- Tipo de cabo de referência: IEC 61158-2, Tipo A para segurança intrínseca
- Secção transversal do cabo: 0,324 a 2,5 mm2/AWG 22-14
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