Alle Signale im Kasten: HART, Feldbus oder Ethernet-APL.

Alle Signale im Kasten: HART, Feldbus oder Ethernet-APL. (Bild: Pepperl+Fuchs)

  • Mit Ethernet-APL als standardisierter Netzwerktechnologie lässt sich schon mit grundlegenden Funktionen die Prozessautomation einfacher und schlanker gestalten.
  • Feldgeräte können unabhängig von der Prozesssteuerung mit der Maintenance-Station kommunizieren und stellen mehr Informationen über ihren Zustand bereit, was die Transparenz des Systems deutlich steigert.
  • Die Möglichkeit zur digitalen Abbildung der Informationen in Echtzeit reduziert vor allem den Engineering-Aufwand für Dokumentation und Wartung eines Automationssystems.

Ethernet-APL ist eine standardisierte Netzwerktechnologie für die Prozessautomation. Schon die grundlegenden Funktionen tragen dazu bei, den Umgang mit der Instrumentierung einfacher und schlanker zu gestalten. Vor allem aber erschließt Ethernet-APL neue Möglichkeiten durch die Verbindung bewährter Technologien. Dabei wird nicht einfach Altes durch Neues ersetzt, sondern es eröffnet sich ein nahtloser Migrationspfad, der bestehende Investitionen in die Prozessautomation schützt. So lassen sich zum Beispiel bereits bestehende 4…20-mA/Hart-Feldgeräte genauso weiterverwenden wie vorhandene Feldbus-Lösungen. Diese werden über ein Remote I/O eingebunden, während der APL Field Switch den Zugriff über Profibus PA ermöglicht. Auch die vorhandene 2-Draht-Kabel-Infrastruktur kann weiterhin verwendet werden.

Wie der Name schon andeutet, beruht Ethernet-APL auf der weltweit bewährten Ethernet-Technologie, die zum absoluten Kommunikationsstandard der Office-Welt geworden ist. Damit verliert die Technologie zur Prozessautomation ihre Inselstellung und wird zu einem integrierten Bestandteil einer unternehmensweit integrierten Kommunikations-Infrastruktur.

Geschwindigkeitsgewinn der Prozesssteuerung im Laufe der Jahrzehnte.
Geschwindigkeitsgewinn der Prozesssteuerung im Laufe der Jahrzehnte. (Bild: Pepperl+Fuchs)

Volldigitale Prozessanlage wird Wirklichkeit

Ein wesentliches Merkmal von Ethernet-APL ist die damit erreichbare Anlagentransparenz. Sämtliche Feldgeräte können unabhängig von der Prozesssteuerung mit der Maintenance-Station kommunizieren. Dabei geben sie mehr Informationen über ihren Zustand preis als jede bisherige Technik. Aktuelle Betriebszustände werden laufend erfasst. Kritische Veränderungen werden frühzeitig erkannt und die betreffenden Geräte können im Rahmen geplanter Wartungsintervalle ausgetauscht werden. Dadurch werden ungeplante Anlagenstillstände minimiert und die Verfügbarkeit der gesamten Anlage erreicht ein deutlich höheres Niveau.

Dabei ist Ethernet-APL ein wesentlicher Baustein, der die volldigitale Prozessanlage Wirklichkeit werden lässt. Die Technologie ist jedoch keine eigenständige Lösung, sondern entfaltet ihr Potenzial im Zusammenspiel mit zahlreichen anderen etablierten Protokollen wie Profinet oder Ethernet/IP. Des Weiteren existieren Technologien zur Geräteintegration wie EDD, FDI oder FDT/DTM. Eine Ausprägung beschreibt die Kommunikation für funktionale Sicherheit wie Profisafe oder CIP-Safety, die es erstmalig ermöglichen, dass Prozessführung und Sicherheitssteuerung auf der gleichen Infrastruktur basieren.

In der Summe ist diese ethernet-basierte Kommunikation in Kombination mit den darauf aufbauenden Technologien der nächste Entwicklungsschritt für bessere Prozessabläufe, gesicherte Qualität und eine deutlich höhere Anlagenverfügbarkeit. Eine Integration ermöglicht es, die Prozessanlage insgesamt transparenter zu machen und alle Prozesse von der Anlagenplanung über den Anlagenbetrieb bis hin zur Wartung zu vereinfachen und kostengünstiger zu gestalten.

Aufeinander aufbauende Komponenten eines Automationssystems mit Ethernet-APL-Kommunikation.
Aufeinander aufbauende Komponenten eines Automationssystems mit Ethernet-APL-Kommunikation. (Bild: Pepperl+Fuchs)

Einfache Inbetriebnahme und Konfiguration

Die strukturelle Vereinfachung der Prozessanlage beginnt bereits bei der Planung: Einfache Tabellen erlauben eine eindeutige Zuordnung von Gerät zum Controller, ohne dass dafür umfangreiche Loop-Diagramme erforderlich sind. Interoperable Feldgeräte und andere Infrastruktur-Komponenten werden mit vordefinierten und konfigurierbaren Start-Parametern in Betrieb genommen. Der Gerätetausch vor Ort kann ganz einfach per Hot Swapping ohne Eingriff in die Steuerung erfolgen, da das System die Konfiguration vorhält und einen Austausch über Gerätetyp und Anschlusspunkt erkennen kann.

Durch den Wegfall von Multi-Core-Kabeln, Rangierverteilern, I/O-Karten und Explosionsschutz-Barrieren verringert sich die Anzahl der erforderlichen Leittechnikschränke im Schaltraum. Digitale Typenschilder nach IEC-61406, Gerätetreiber und Handbücher sind direkt am Feldgerät abrufbar und können auf einem Endgerät wie Notebook oder Tablet angezeigt werden. Auch erforderliche Schulungsunterlagen und Einbauanleitungen werden in digitaler Form vorgehalten.

Experten prüfen die neuen Technologien auf ihre Tauglichkeit im Laboraufbau.
Experten prüfen die neuen Technologien auf ihre Tauglichkeit im Laboraufbau. (Bild: Bilfinger Engineering & Maintenance)

Gerätedokumentation auf dem neuesten Stand

Der direkte Zugriff des Automationssystems auf die einzelnen Feldgeräte und die digitale Abbildung aller damit zusammenhängenden Prozess- und Gerätedaten im System ist die technische Voraussetzung für effektive und zeitsparende Arbeitsprozesse. Der wohl größte Nutzen eines zusätzlichen Ethernet-APL-Kommunikationswegs liegt jedoch in der Reduzierung des Engineering-Aufwands für die erforderliche Dokumentation und Wartung des Automationssystems. Die Informationen zur Planung und zur Dokumentation des Systems werden rein digital geführt und sind stets aktuell, da alle Änderungen augenblicklich im System abgebildet werden. Dadurch lassen sich vor allem die Personalkosten für zeitraubende Routineaufgaben entscheidend reduzieren.

Alle Informationen sind in Echtzeit verfügbar und erlauben damit den Aufbau eines Systems zur proaktiven Anlagenwartung. Ein einheitlicher Datenraum mit Informationen zu Produkten und Prozessen erlaubt den Einsatz von Software-Tools zur weiteren Effizienzsteigerung. Mögliche Anwendungen über die Prozessführung und Anlagenwartung hinaus erlauben zum Beispiel die Online-Überwachung der CO2-Emissionen oder die Dokumentation der funktionalen Sicherheit.

Geräte und Systeme werden transparent

Ethernet-APL ist das technische Fundament einer ganzen Reihe weiterer Technologien, die mit dem Ziel entwickelt wurden und werden, die Funktion von Feldgeräten und Infrastruktur-Komponenten transparent zu machen und damit die Handhabung des Automationssystems entscheidend zu vereinfachen.

Die dabei entstehenden Lösungen sind das Ergebnis eines dynamischen Prozesses zwischen Anwendern, Geräteherstellern und Lösungsanbietern. Es wird daher in Zukunft weitere neue Anwendungsszenarien und standardisierte Technologien geben, um eine durchgängige Digitalisierung von Prozessanlagen der unterschiedlichsten Größen und Branchen zu erreichen.

Ethernet-APL und weitere Bausteine

Erforderlich für die Implementierung von Ethernet-APL sind neben den etablierten Netzwerkprotokollen weitere Technologiebausteine, die die Instrumentierung hersteller- und modellübergreifend zugängig machen.

Die Namur Open Architecture:

  • definiert den Zugriff auf Gerätedaten außerhalb des Prozessleitsystems.
  • definiert herstellerübergreifend semantische Modelle.
  • definiert Geräteparameter für Wartung und Instandhaltung, basierend auf einem Informationsmodell (PA-DIM).

Generische Geräteprofile wie das PA Profil:

  • liefern eine allgemein gültige elektronische Beschreibung von Gerätetypen, Druck, Temperatur, und ähnlichen Parametern im Rahmen des gewählten industriellen Protokolls.
  • ermöglichen Leitsystemen die Erfassung, Verwendung und Darstellung von Instrumenten­daten.

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