Ethernet-Leitung

Zukunftssichere Vernetzung für die Prozessindustrie

In der Prozessindustrie dominieren weiterhin die Feldbusse, vor allem in explosionsgefährdeten Bereichen. Mit Ethernet Advanced Physical Layer kommt nun die Wachablösung. Lapp ist vorbereitet.

Der Siegeszug von Ethernet lässt sich nicht aufhalten. Hohe Übertragungsraten und ein einheitliches Protokoll über alle Ebenen der Automatisierungspyramide hinweg, sprechen unter anderem dafür. Ganz unten allerdings, in der Feldebene, dort wo einzelne Sensoren ihre Schaltsignale und Messwerte melden, konnte Ethernet die klassischen Feldbussysteme noch nicht ganz verdrängen, vor allem die Prozessindustrie zögert. Es gebe keine Verbindungssysteme für Ethernet, die alle Anforderungen der Feldebene erfüllten, sagen Produktionsexpert*innen. Es fehle an platzsparenden Leitungen und Leitungslängen mit deutlich über 100 Metern. Vor allem aber bemängeln sie den fehlenden Explosionsschutz dieser Verbindungen.

Distanzen bis 1000 Meter

Mit den Ausreden hat es nun ein Ende. Ethernet Advanced Physical Layer (kurz: Ethernet APL) bringt leistungsfähige Vernetzung endlich auch in explosionsgefährdete Bereiche. Es bietet mehr Sicherheit gegen Funkenschlag und Brand. Außerdem erweitert es die physikalische Schicht von Ethernet um wichtige Eigenschaften wie die Zweiwege-Kommunikation über Distanzen bis 1000 Meter mit bis zu 10 Mbit/s und die Energieversorgung angeschlossener Geräte, ideal für große Anlagen etwa in Chemiewerken. Ethernet APL unterstützt jedes Ethernet-basierte Protokoll. Daher arbeiten mehrere Nutzerorganisationen gemeinsam an Ethernet APL, darunter die OPC Foundation und Profibus/Profinet International.

Die elektrischen Parameter für Kabel wie Kapazität und Induktivität sind in der neuen Richtlinie eng gefasst, außerdem soll die Schirmung Störsignale zuverlässig blocken. In besonders explosionsgefährdeten Bereichen soll die ganze Installation intrinsisch sicher sein. Dort darf es nicht zu Funkenbildung oder Bränden kommen, selbst wenn das Kabel durchgeschnitten wird oder wenn dort defekte Geräte im laufenden Betrieb ausgetauscht werden. Maßgeblich ist hier IEC TS 60079-47, auch 2-WISE genannt. Das Kürzel steht für Two-wire Intrinsically Safe Ethernet. 2-WISE macht genaue Vorgaben für intrinsisch sicheres Ethernet APL, sowohl für die technischen Eigenschaften der Komponenten als auch für Konzeption, Installation und Dokumentation eines Netzwerks.

Die Vernetzung für Ethernet APL erfolgt mit Single-Pair-Ethernet-Leitungen. SPE-Leitungen haben statt vier Aderpaaren nur ein Aderpaar, entsprechend weniger Platz brauchen sie, was in engen Maschinen die Installation erleichtert. Über diese beiden Adern erfolgt auch die Stromversorgung angeschlossener Geräte.

Universelle Leitungen von Lapp

Lapp ist einer der Pioniere bei Single Pair Ethernet und Ethernet APL. Der Anbieter von integrierten Lösungen und Markenprodukten im Bereich der Kabel- und Verbindungstechnologie arbeitet auch zu Ethernet APL in den Nutzergremien mit. Lapp hat zwei Leitungen speziell für Ethernet APL vorgestellt: Etherline T1L Y FC 1x2x18/1 AWG und Etherline T1L Y 1x2x18/7 AWG. Beide Leitungen erfüllen ISO/IEC 11801 und EN 50173 und die Übertragungseigenschaften nach IEC-61156-13CD, außerdem sind sie UL-zertifiziert, sie eignen sich also für den Einsatz in Nordamerika – ein großer Vorteil für exportorientierte Unternehmen.

Sie sind für Distanzen bis 1000 Meter geeignet, sind flammwidrig, UV- und Öl-resistent. Beide können per Power over Dataline (PoDL) Geräte mit bis zu einer Leistung von 92 Watt versorgen. Auch sind beide mit dem von LAPP entwickelten Fast-Connect-Design ausgestattet und können somit besonders leicht abisoliert sowie montiert werden. Einziger Unterschied: Etherline T1L Y FC 1x2x18/1 AWG hat Leiter aus Massivdraht für die feste Verlegung, während sich Etherline T1L Y 1x2x18/7 AWG mit seinem siebendrähtigen Leiteraufbau für den gelegentlich bewegten Einsatz eignet. Um die Praxistauglichkeit der Leitungen sicherzustellen, wurden sie nach den Anforderungen eines führenden deutschen Chemieunternehmens entwickelt und gemeinsam getestet.

Unterschiede innen und außen

Ethernet APL Leitungen sind auf den ersten Blick an ihrem blauen Mantel erkennbar. Im Inneren gibt es kleinere Unterschiede zu herkömmlichen SPE-Leitungen wie Durchmesser der Adern, die Verseilung des Twisted Pairs und die Dicke der Isolierung. Diese Anpassungen waren nötig, um die gestiegenen Anforderungen an den intrinsischen Explosionsschutz zu erfüllen. „Die Herausforderung ist, alle diese Parameter so in Einklang zu bringen, dass sie die Anforderungen für Ethernet APL erfüllen“, sagt Christian Illenseer, Produktmanager Industrial Communication bei Lapp.

Illenseer betont, dass die beiden Leitungen universell verwendbar sind, zum Beispiel in einer offenen Kabelpritsche neben einer Powerleitung und das dank umfangreicher Zertifizierung in jedem Land der Welt. Unternehmen speziell aus der Prozessindustrie sowie Installateure sollten sich jetzt mit Ethernet APL befassen, rät Christian Illenseer, weil es nützliche Neuerungen für mehr Sicherheit bei der Vernetzung in der Feldebene bringe: „Ethernet APL ist das Upgrade für die Feldebene, das der Prozessindustrie mehr Leistung und mehr Möglichkeiten für die Digitalisierung bringt bei gleichzeitig maximaler Sicherheit.“