Pepperl+Fuchs für Industrie 4.0 Innovation Award 2017 nominiert

Was in der Fabrikautomation selbstverständlich ist, läuft in der Prozessautomation gerade erst an: der Einsatz von Ethernet-Technologien vom Office- bis auf den Shop-Floor. Zu hohe Installationskosten, mangelnde Robustheit und nicht zuletzt fehlende Konzepte für den Explosionsschutz sprachen bisher dagegen, eine Ethernet-basierte Kommunikation in prozesstechnischen Anlagen zu etablieren. Um die vielfältigen Vorteile von Ethernet-Technologien aber auch dort nutzbar zu machen und damit die Digitalisierung des Shop-Floors in der Prozessindustrie voranzutreiben, arbeitet Pepperl+Fuchs an der Entwicklung eines neuen Physical Layers und den dazugehörigen Komponenten. Mit diesem „Advanced Physical Layer“ (APL) werden Feldgeräte direkt an Ethernet-Netzwerke angebunden.

Power Switch und Field Switch bilden bei dem Ansatz die Kernkomponenten für eine 2-Leiter-Ethernet-Feldkommunikation . Der Power Switch befindet sich im nicht explosionsgefährdeten Bereich und verbindet Standard-Ethernet-Netzwerke mit dem Physical Layer. Über bis zu 1000 Meter lange, zweiadrige Leitungen versorgt er den Field Switch und angeschlossene Feldgeräte mit Strom. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer zusätzlichen Stromversorgung. Der Field Switch übernimmt diese Funktion im explosionsgefährdeten Bereich und stellt sowohl die Signalübertragung als auch die Energieversorgung von bis zu zwölf eigensicheren Feldgeräten sicher. Hier können die Leitungen zwischen Switch und Feldgeräten bis zu 200 Meter lang sein. 

Die mit Field und Power Switch realisierte direkte Anbindung von Feldgeräten an das Ethernet ermöglicht eine durchgängige transparente Kommunikation vom Prozessleitsystem bis auf die Feldebene. Gateways werden dabei nicht benötigt. So können Feldgeräte direkt mit dem Prozessleitsystem kommunizieren und werden dadurch zu Industrie-4.0-Komponenten. Mit 10 Mbit/s erfolgt die Datenübertragung dabei fast 10 000 Mal schneller als mit HART, wodurch zusätzliche Funktionen möglich sind, etwa der Zugriff auf den Webserver, der Gerätedokumentationen zur Verfügung stellt, oder die Anzeige von Prozess-, Parameter- und Diagnosedaten in Echtzeit.

Power Switch und Field Switch unterstützen alle gängigen Ethernet-Protokolle, so zum für Beispiel PROFINET, Ethernet/IP oder EtherCat, aber auch IT-Protokolle wie MQTT oder OPC UA. Mit letzteren ist auch die Anbindung an cloudbasierte Systeme möglich.

Da bei dem Advanced Physical Layer Standard-Feldbuskabel verwendet werden können, ist die Migration von klassischen Feldbussystemen zu Ethernet-Technologien einfach vorzunehmen: Die vorhandene Verdrahtung kann bestehen bleiben. Der Field Switch unterstützt sowohl Ethernet-2-Leiter-Geräte als auch konventionelle Feldbus-Geräte. Automatisch erkennt der Switch, welcher Gerätetyp angeschlossen ist. So können bereits existierende Feldbuskomponenten einfach durch Ethernet-fähige Feldgeräte ergänzt werden. Da zudem keine Gateways mehr notwendig sind, sinken insgesamt Investitions- und Betriebskosten und Industrie-4.0-Anwendungen machen wirtschaftlich Sinn.