Ethernet-APL, der Advanced Physical Layer, bietet eine neuartige physikalische Ethernet-Anbindung der Feldgeräte einer Prozessanlage. Damit wurde erstmals eine Übertragungstechnik geschaffen, die über alle Ebenen der Prozessanlage hinweg eine durchgängige Kommunikation erlaubt. Die Integration von Ethernet-APL-Feldgeräten in Automatisierungsnetzwerke kommt ohne Gateways aus. Dazu können alle Ethernet-basierten Protokolle, wie z.B. Ethernet/IP oder Profinet zum Einsatz kommen. Die Safety-Signale einer Anlage werden über dieselbe Infrastruktur wie die Prozesssignale übertragen. Die speziellen Anforderungen der funktionalen Sicherheit werden dabei durch entsprechende Protokollergänzungen, z.B. Profisafe oder CIP Safety, sichergestellt. Sie stellen eine Signalqualität nach SIL3 sicher, ohne dass dafür der physikalische Übertragungsweg oder das Transportprotokoll qualifiziert werden muss.
Funktionale Sicherheit und Datenübertragung
Safety-Protokolle zur Übertragung von sicherheitsgerichteten Daten beruhen auf der IEC 61784-3. Diese Norm beschreibt auch das Prinzip des Black Channel, der bei aktuellen Sicherheitsprotokollen genutzt wird: Dabei werden Sicherheitsdaten unabhängig von den unterlagerten Übertragungsschichten abgearbeitet. Es werden also sichere Daten, z.B. mittels Profisafe über ein nicht sicheres Protokoll wie Profinet übertragen. Die gesamte Übertragungsstrecke ist durch die in Profisafe integrierten Schutz- und Überwachungsmechanismen dennoch als SIL 3 klassifiziert. Um eine Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Versionen und Hersteller sicherzustellen streben die Marktteilnehmer eine Standardisierung in der Datendarstellung über Profile an. Diese definieren standardisierte Daten und Konfiguration zur Prozesssteuerung und zur Gewährleistung der funktionalen Sicherheit.
Ethernet-APL als evolutionäre Technologie
Ethernet-APL baut auf Technologien und Infrastrukturen auf, die sich in der Prozesstechnik seit Jahren bewährt haben. Die Datenübertragung über APL erfolgt full duplex mit einer Datenrate von 10Mbit/s. Auch die dafür erforderliche Stromversorgung wird über dieselben Leitungen zur Verfügung gestellt. Dafür kann die bereits vorhandene Installation weiterverwendet werden, solange die Übertragung über 2-Draht-Leitungen vom Typ A erfolgt. Für die Anschlüsse genügen einfache Schraubklemmen. Kennzeichnend für den Fortschritt ist, dass unterschiedliche Daten über die gleiche Infrastruktur übertragbar sind, z.B. Prozess- und Safetydaten, Daten für das Asset Management oder auch Wartungs- und Optimierungsdaten. Zusätzliche Flexibilität beim Anschluss der Feldgeräte bieten Kabellängen bis zu 200m zwischen einem Feldverteiler und den angeschlossenen Ethernet-APL-Feldgeräten. Der Explosionsschutz wird nach 2-WISE sichergestellt und erfordert keine individuellen Berechnungen. Eine einheitliche Infrastruktur für Prozessführung und funktionale Sicherheit ist für das Wartungspersonal in der Handhabung identisch. Zusätzliches Wissen und die damit verbundene Komplexität über verschiedene Infrastrukturen ist damit obsolet.
Funktionale Sicherheit vorausschauend geplant
Auch wenn alle Signale grundsätzlich über dieselben Kabelwege und Infrastruktur-Komponenten laufen, hat es sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, ganz bewusst eine Trennung zwischen den sicherheitstechnisch relevanten Feldgeräten und Kommunikationswegen und der Prozesssteuerung vorzunehmen. Dadurch wird nicht nur die eingesetzte Hardware eindeutig zugeordnet. Auch bei den Verantwortlichkeiten und Arbeitsprozessen lässt sich ganz klar zwischen sicherheitsrelevanten Funktionen und der eigentlichen Prozesssteuerung unterscheiden. Das Ergebnis ist ein deutliches Plus an Übersichtlichkeit, während sich potenzielle Risiken erheblich reduzieren lassen. Auch die regelmäßigen Sicherheitsaudits lassen sich so einfacher handhaben. Dazu kommt eine Reihe praktischer Vorteile, die sich in folgenden typischen Szenarien zeigen:
