Vorteile von Ethernet-APL und Zukunftssicherheit
Hintergrund: Anders als bei 4 … 20 mA werden Signalstörungen oder Drift sofort erkannt, was die Zuverlässigkeit der Prozessmessung erhöht.
Ethernet-APL ist bei der Hardware rund 5 % teurer als Remote-I/O, bleibt aber günstiger als die klassische Direktverdrahtung. Im Vergleich zu 4 … 20 mA oder HART sind die Hardwarekosten höher, dafür spart APL aber bei Engineering, Integration und Inbetriebnahme: Hohe Datenrate, einfache Verkabelung und vollständige Datentransparenz beschleunigen Abläufe und reduzieren Fehler. Diese Einschätzung basiert auf Studien, Kostenanalysen und Pilotprojekten sowie Erfahrungen aus realen Anlagen.
Effizienzgewinne gleichen die leicht höheren Anschaffungskosten aus, während zusätzliche Vorteile wie einheitliche Gerätedaten, erweiterte Diagnosemöglichkeiten und einfacher Gerätetausch langfristig wirken.
Fazit: Wirtschaftlich lohnt sich Ethernet-APL – insbesondere durch Zeitersparnis, geringere Fehleranfälligkeit und vereinfachte Abläufe im Vergleich zu allen etablierten Technologien.
Ethernet-APL wird von allen großen System- und Feldgeräteherstellern unterstützt und kontinuierlich weiterentwickelt. Zahlreiche Pilotprojekte bestätigen die hohe Akzeptanz der Technologie. Für Anwender bedeutet das: Geräte verschiedener Hersteller arbeiten problemlos zusammen, sind einfach zu integrieren und bieten langfristige Verfügbarkeit – ideal für stabile, zukunftssichere Anlagen.
Durch die Standardisierung ist sichergestellt, dass Geräte auch in kommenden Generationen von Leitsystemen und Automatisierungslösungen integriert werden können.
Ethernet-APL gilt als besonders zuverlässig, da es auf eine verlässliche Datenübertragung über robuste 2-Draht-Leitungen setzt, wodurch Signalstörungen stark reduziert werden. Auch bei langen Leitungen oder in störintensiven Umgebungen bleibt die Kommunikation stabil, was schnelle Reaktionszeiten unterstützt und geplante Wartungsintervalle zuverlässig ermöglicht.
Darüber ist die bewährte Ethernet-Technologie speziell für die Anforderungen der Prozessindustrie entwickelt worden: So gewährleisten die integrierte Eigensicherheit und der Ex-Schutz einen sicheren Einsatz auch in explosionsgefährdeten Bereichen.
Integration in bestehende Anlagen und Dokumentation
APL unterstützt die automatische Geräteerkennung über GSDML-Dateien, Webserver oder Backup-Funktionen. Das System kann ein neu installiertes Gerät automatisch konfigurieren und die bestehenden Parametrierungen übernehmen. Dies erleichtert den Austausch von Sensoren oder Aktoren erheblich, insbesondere in großen Anlagen mit vielen Feldgeräten.
Hintergrund:
Durch die folgenden drei Mechanismen erkennt das System automatisch, welches Gerät angeschlossen wurde, lädt die passenden Parameter und integriert es in die Anlage – ohne manuelle Neuprogrammierung. Dies spart Zeit, reduziert Fehler und ist besonders vorteilhaft in großen Anlagen mit vielen Feldgeräten.
1. Gerätebeschreibung über GSDML-Dateien
- GSDML-Datei: Jedes APL-Gerät enthält eine standardisierte XML-Datei, die dessen Eigenschaften, Kommunikationsparameter und Konfigurations-möglichkeiten beschreibt.
- Geräteanschluss: Beim Anschluss überträgt das Gerät seine GSDML-Daten an das Leitsystem.
- Systemintegration: Das Leitsystem liest die Datei aus, erkennt das Gerät, kennt die verfügbaren Parameter und bindet es korrekt ins System ein.
2. Webserver im Gerät
- VEGA-APL-Geräte verfügen über einen integrierten Webserver.
- Der Anwender kann über das Leitsystem direkt auf das Gerät zugreifen, dessen Eigenschaften abfragen und Konfigurationen vornehmen.
3. Backup- und Konfigurationsfunktionen
- Das Gerät überträgt bestehende Parametrierungen an die Leittechnik. Dabei werden die übertragenen Daten in einer Datenbank oder Projektdatei gespeichert, sodass sie bei Bedarf wieder auf das Gerät zurückgespielt werden können.
- Bei Austausch eines Geräts werden diese Parameter automatisch auf das neue Gerät übertragen.
Die Anzahl hängt von der Power-over-APL-Leistung und der Stromverteilung über den Switch ab. Typischerweise können zwischen 8 – 24 Geräte pro Segment betrieben werden, wobei Leitungswiderstände und Leistungsbudget berücksichtigt werden müssen.
Viele bestehende 2-Draht-Leitungen können weiterverwendet werden. Voraussetzung ist allerdings, dass die Steuerungssysteme und Switch-Infrastruktur APL-kompatibel sind.
Hintergrund: APL nutzt das gleiche physikalische 2-Draht-Prinzip wie klassische Feldgeräte, ermöglicht aber höhere Datenraten und Power-over-APL. Dadurch kann in vielen Fällen die Verkabelung behalten und es müssen nur die Endgeräte oder Switches ausgetauscht werden, ohne dass die gesamte Anlage modernisiert werden muss.
APL verlangt definierte Kabellängen, Segmentierung und Topologien. Planungssoftware unterstützt die Netzgestaltung sowie die Simulation von Leistungsgrenzen, Bandbreitenbedarf und Fehlerdiagnosepfaden. Durch den Einsatz von 2 wise wird die Planung und Dokumentation zusätzlich erleichtert, da Stromversorgung und Datenübertragung über zwei Leitungen standardisiert abgebildet werden können.
Sicherheit, Normen und Standards
Ethernet-APL reduziert die Anzahl der benötigten Gateways, weil Geräte direkt in die Leitebene eingebunden werden können. Sicherheitsrelevante Daten (Safety) lassen sich über dasselbe Netzwerk verlässlich und zertifiziert übertragen. Die hohe Bandbreite von 10 Mbit/s ermöglicht, dass Prozessdaten, Diagnosen und IIoT-Anwendungen parallel laufen, ohne die Steuerung zu beeinträchtigen. Zusätzlich tragen segmentierte Netzwerke, kontrollierte Switches und Verschlüsselung zur Cybersecurity bei.
Konkret heißt das: Sie benötigen weniger Hardware, können sicherheitsrelevante Prozesse direkt ins Netzwerk einbinden und gleichzeitig Mess- und Analysedaten parallel auswerten, während das Netzwerk gegen unerlaubte Zugriffe geschützt bleibt.
APL-Geräte können in Ex-Zonen bis Zone 0 eingesetzt werden, wenn sie nach dem 2 wise-Prinzip zertifiziert sind. Bei 2 wise werden über nur zwei Leitungen gleichzeitig Stromversorgung und sichere Datenübertragung realisiert, sodass in explosionsgefährdeten Bereichen keine Funkenbildung oder unzulässige Energie auftreten können.
Hintergrund: Die Normen für intrinsische Sicherheit (IS) in Verbindung mit den Ethernet-APL-physikalischen Spezifikationen gewährleisten so den sicheren Betrieb der Geräte.
Moderne Wartungs- und Instandhaltungsstrategien
APL unterstützt PA-DIM und OPC UA. Es passt in den Kontext von Industrie 4.0 und NAMUR Open Architecture (NOA), da Prozess- und Diagnosedaten transparent für Leitsysteme, Analyseplattformen oder Cloud-Anwendungen bereitgestellt werden können.
Hintergrund: Die Einhaltung dieser Standards sorgt dafür, dass Geräte verschiedener Hersteller interoperabel sind und Diagnosedaten standardisiert verarbeitet werden können.
Echtzeitdiagnosen ermöglichen eine gezielte Wartung. Warnungen nach NAMUR NE 107 oder über PA-DIM können zentral ausgelesen und automatisiert verarbeitet werden. Aktuell werden dabei vor allem statische Werte wie Gerätestatus oder Messwertzustände übertragen, wodurch Ausfälle schnell erkannt und Reparaturen gezielter geplant werden können.
Perspektivisch geht die Entwicklung in Richtung predictive maintenance, bei der Geräte durch kontinuierliche Datenanalyse bevorstehende Störungen vorhersagen können.
Mit Ethernet-APL lassen sich dafür mehr Informationen direkt aus dem Feld bereitstellen, ohne dass zusätzliche Gateways erforderlich sind. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für eine effizientere Instandhaltungsstrategie, bei der ungeplante Stillstände reduziert und Wartungsmaßnahmen optimal aufeinander abgestimmt werden können.
Wenn Sie Ethernet-APL in Ihrer Anlage einsetzen möchten, sollten Sie sich gezielt vorbereiten. Auch VEGA bietet praxisorientierte Schulungen an, die das Thema APL miteinbeziehen - sowohl online als auch in Präsenz. Sie lernen dabei nicht nur die Theorie, sondern auch den praktischen Umgang mit VEGA-Feldgeräten und Software-Tools.
Folgende Themen sind generell wichtig:
- Grundlagen der Technologie – Verständnis der physikalischen Eigenschaften von APL, deterministischer Datenübertragung und Netzwerksegmentierung.
- Integration in bestehende Systeme – Kenntnisse, wie APL-Feldgeräte in bestehende Leitsysteme, SPS und Asset-Management-Systeme eingebunden werden.
- Gerätekonfiguration und Diagnose – Umgang mit GSDML-Dateien, Webservern, Backup-Funktionen und die Nutzung von Diagnosedaten für Wartung und Optimierung.
- Sicherheitsaspekte – Explosionsschutz, Netzwerksicherheit und Cybersecurity-Maßnahmen.
- Praxisanwendungen und Best Practices – Anwendungsfälle in Greenfield- und Bestandsanlagen, parallele Datenflüsse zu SPS und IIoT-Plattformen, Predictive Maintenance.
Digitalisierung und IIoT-Anwendungen
Mit Ethernet-APL können schon heute IIoT-Anwendungen viel einfacher und zuverlässiger umgesetzt werden – auch in explosionsgefährdeten Bereichen, da mit Ethernet-APL erstmals Ethernet durchgängig bis in die Feldgeräte-Ebene kommt und „Daten-Hürden“ wie Gateways oder Wandler mit stark eingeschränkter Datenbandbreite der Vergangenheit angehören.
Durch diese direkte Ethernet-Verbindung in die Feldebene können IIoT-Anwendungen mit bspw. NOA-Prinzipien oder direkte Cloud-/Asset-Management-System-anbindungen realisiert werden.
Hintergrund: APL unterstützt mehrere Kommunikationskanäle gleichzeitig, sodass klassische Steuerungsaufgaben und Datenanalyse/Optimierung im IIoT unabhängig voneinander laufen können.
Beispiel: Ein Drucksensor kann seine Messwerte gleichzeitig an die SPS für Steuerungsaufgaben und an eine Cloud-Plattform für Analyse und Optimierung senden, ohne dass die Prozesse sich gegenseitig beeinflussen.
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