Advanced Physical Layer (APL)

Met de standaarden zo goed als klaar en de grote namen in automatisering werkend aan de nodige switches wordt 2020 het jaar van “Ethernet in the field”. De Advanced Physical Layer (APL) is een technologie die het mogelijk maakt om Ethernet door te trekken over bestaande tweedraadsbekabeling. Zo kan de intelligentie in slimme instrumenten met een minimale aanpassing ontsloten worden.

Ethernet in the field is een term die al heel lang de ronde doet in de procesindustrie. Moderne, slimme instrumenten hebben alle de mogelijkheid om over Ethernet te communiceren en dat netwerk is ook nodig als men alle beschikbare data wil uitlezen en functionaliteiten voor asset management en diagnose ten volle wil gebruiken.

Maar in de praktijk is het niet altijd evident om doorheen grote process plants nieuwe netwerkbekabeling aan te leggen. In bestaande installaties wordt nog heel veel met tweedraadsbekabeling gewerkt die in veel gevallen zowel voeding van de instrumenten als datacommunicatie (via 4..20 mA of HART) voor zijn rekening neemt.

Met APL of Advanced Physical Layer wordt nu een oplossing aangereikt die het mogelijk moet maken om een industrieel Ethernet te runnen op een klassieke tweedraadsbekabeling. APL wordt ontwikkeld door een tiental leveranciers van instrumenten en procesautomatisering. Het initiatief wordt verder gesteund door de FieldComm Group (Foundation Fieldbus en HART), ODVA (de vereniging achter Ethernet/IP) en PI ( Profibus & Profinet International).

Klassieke veldbusbekabeling

De specificaties voor APL zijn eind vorig jaar vastgelegd in de standaard IEEE 802.3-2019 (10BASE-T1L).

APL maakt gebruik van een single-pair bekabeling (in tegenstelling tot 4 twisted pairs in UTP) waarmee een bandbreedte van 10 Mb/s gehaald kan worden over een afstand van 1000 meter.

Een speciale APL Power Switch zorgt voor de omzetting van klassiek Ethernet naar APL en levert ook de voeding voor de instrumenten. Met een vermogen van 60W zouden tot 50 instrumenten via één enkele kabel aan een Power Switch gekoppeld kunnen worden. Die kabel is dan een afgeschermde tweedraads draad volgens IEC 61158, zoals ook voor veldbussen wordt gebruikt.

2-WISE

Voor gebruik in zones met explosierisico wordt binnen IEC gewerkt aan een aparte standaard voor 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet (2-WISE). Die bouwt verder op het FISCO principe (Fieldbus Intrinsically Safe Concept) dat destijds ontwikkeld werd voor het gebruik van veldbussen in Ex-zones. FISCO biedt intrinsieke veiligheid, onder meer door in de voeding de stroom te beperken.

Voor APL en 2-WISE geldt een gelijkaardige benadering met een speciale APL Field Switch die de overgang maakt van de veilige zone naar zone 0 of 1. Vanuit die field switch kunnen instrumenten dan 1 op 1 bekabeld worden over een afstand tot 200 meter, naar analogie met hoe dat voordien gebeurde met Profibus PA en Foundation Fieldbus.

Met de introductie van Ethernet APL komt er allicht een einde aan het tijdperk van die twee veldbussen.

Praktijktest

Met een bandbreedte van 10 Mb/s biedt APL niet het strafste Ethernet maar het is wel voldoende performant om alle mogelijke intelligente functies in instrumenten op te roepen. Voor communicatie met Ex zones is de snelheid trouwens 300 keer meer dan bijvoorbeeld Profibus PA.

Overigens zijn in APL ook hogere snelheden mogelijk. Als de lengte van een kabel beperkt blijft tot 300 meter (in plaats van 1000) kan 100 Mb/s gehaald worden.

APL biedt een volledig transparante Ethernet oplossing zodat ze compatibel is met alle bestaande protocollen zoals EtherNet/IP, HART-IP en PROFINET.

Dat bleek ook bij een eerste praktijktest die vorig jaar gerealiseerd werd bij BASF. Daar werd over het netwerk bijvoorbeeld een bijkomend NOA-kanaal geïmplementeerd. NOA staat voor NAMUR open Architecture. Het bijkomend kanaal is dan bijvoorbeeld bedoeld om bepaalde data van een instrument rechtstreeks naar de cloud te sturen, los van de andere communicatie met het lokale DCS-systeem.

Een volgende ontwikkeling wordt om ook ProfiSAFE over APL aan te bieden.

© Productivity.be, Foto: Profibus & Profinet International