Prozessautomatisierung mit Ethernet-APL

Mit der digitalen Transformation in der Prozessindustrie ist inzwischen die IP-basierte Kommunikation in den Vordergrund gerückt. Aus den Daten-mengen sollen Mehrwerte generiert werden – und das bestenfalls ohne eine Vielzahl der sonst benötigten und aufwändig zu konfigurierenden Gateways. Als Konsequenz daraus ist die Forderung nach einer sicheren und leistungsfähigen Ethernet-Anbindung für die Feldgeräte entstanden.

Zweidraht-Ethernet für die Prozessindustrie

Seit über fünf Jahren arbeitet Phoenix Contact zusammen mit Zulieferern und Anwendern der über die NAMUR (Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie e.V.) organisierten Chemischen Industrie daran, Ethernet für die raue Umgebung der Prozessindustrie nutzbar zu machen. Die notwendigen Standards der APL-Technologie entstehen in einem gemeinschaftlichen Projekt von vier Feldbus-Organisationen und zwölf Industriepartnern. Der Grundstein dafür wurde bereits vor gut 15 Jahren geschaffen, als der Arbeitskreis Feldbus der NAMUR einige einfache Regeln aufstelle. Diese waren ursprünglich für einen Feldbus gedacht – sie lassen sich aber 1:1 auf die Anforderungen an ein Prozess-Ethernet anwenden.

Was bedeutet APL für die Feldgeräte?

Will man unter Einhaltung der Ex-Schutz-Grenzen in der bestehenden Topologie Feldgeräte mit Ener-gie versorgen, benötigt man nach dem Ohmschen Gesetz für eine Übertragungsstrecke von 1000 Meter ein Kabel mit einem Querschnitt von mindestens 1,5 Quadratmillimeter. Eine weitere Herausforderung liegt darin, dass der Anschluss durch weltweit unterschiedlich qualifizierte Fachkräfte erfolgt. Zudem wird häufig unter erschwerten Bedingungen gearbeitet: mit Arbeitshandschuhen, bei schlechter Beleuchtung, stehend auf einer Leiter an einer Rohrbrücke oder liegend unter einer Pipeline, bei 45 Grad in gleißender Sonne oder bei -45 Grad in extremer Kälte.

Auch wenn die neue APL-Spezifikation Leiterquer-schnitte im Bereich von 0,14…2,5 Quadratmillimeter nach AWG26-14 zulässt, sind größere Querschnitte in der Feldinstallation die bessere Wahl. Darauf deutet auch das vom APL-Projekt als Referenz dokumentierte Feldbuskabel nach IEC 61158-2, Type A, für die eigensichere Anwendung hin. Das Kabel mit den zwei Leitern plus Schirm wird in der Regel durch eine M20-Kabelverschraubung geführt und dann im engen Anschlussraum der Feldgeräte angeklemmt. Mit den dürren Drähten eines Standard-Datenkabels und angelegter Schutzkleidung ist das nicht möglich.

Phoenix Contact hat schon früh erkannt, dass vorhandene Netzwerkstecker die hohen Anforderungen der Prozessindustrie nicht erfüllen können – und dass eine völlige Neukonzeption aber auch nicht erforderlich ist. Daher hat das Unternehmen sich darauf konzentriert, bereits bewährte Anschlussklemmen für den neuen Ethernet-Einsatz zu qualifizieren. Dieser Weg ist nicht nur im Sinne der Anwender, deren Personal keine neuen Schulungen und Werkzeuge benötigt. Vorteilhaft ist dies auch für die Hersteller der Feldgeräte, die bestenfalls keine neuen Komponenten einführen und lagern müssen.

Auf dieser Basis bietet Phoenix Contact bereits heute ein Produktprogramm an Anschlussklemmen, wie sie typischerweise in Feldgeräten genutzt werden. Die Klemmen, die unterschiedliche Anschlusstechniken wie Schraube oder Push-in umfassen, wurden gemäß der APL-Port-Profile-Spezifikation getestet. Die Auswahl und Qualifikation beinhalten vor allem die Fähigkeit der störungsfreien Datenübertragung sowie die applikationsgerechte Bedienbarkeit der Anschluss-technik. Zusätzlichen Anschlusskomfort bieten Klemmen, die gemäß der Aderfarben eingefärbt, bedruckt und geblockt sind, um Anschlussfehler – etwa bei schlechtem Licht – zu vermeiden.

Schutz vor Störeinflüssen

Eine konstruktive Herausforderung, vor der Gerätehersteller und Schaltschrankplaner auch weiterhin stehen, ist die Schirmung. Wie jedes Kommunikationssystem ist APL zwar robuster als so mancher Feldbus, aber nicht immun gegen elektro-magnetische Störeinflüsse. Insbesondere in der Großindustrie spielen diese jedoch eine bedeu-tende Rolle – von Schalthandlungen in den Stromnetzen über Elektrolyse-Anwendungen bis hin zu riesigen frequenzgeregelten Antrieben. So müssen die Hersteller der entsprechenden Geräte neben der Nutzung von qualifizierten Anschluss-klemmen auch die Anschlussräume so gestalten, dass eine vollflächige und vor allem einfache Schirmverbindung zustande kommt. Auch hier bietet Phoenix Contact qualifizierte Unterstützung und entsprechende Komponenten. Damit steht dem Ethernet-Einsatz im Feld aus elektromechanischer Sicht nichts mehr im Weg.

Fazit

Ethernet-APL wurde speziell für die Prozess-industrie entwickelt – es erlaubt auch in explosionsgefährdeten Bereichen eine Ethernet-Kommunikation mit hoher Geschwindigkeit sowie über große Entfernungen bis 1000 Meter. Diesen Möglichkeiten muss die Anschlusstechnik der Schnittstellen folgen. Phoenix Contact bietet ein spezielles Produktprogramm handhabungsoptimierter Klemmen und Steckverbindungen für die sichere Daten- und Leistungs-Verbindung von Feldgeräten – Sensorik, Aktorik, Switches – gemäß der APL-Port-Profile-Spezifikation.