Ethernet im Ex-Bereich
Ethernet im Ex-Bereich verbindet Prozessdaten mit Leitsystemen und IT-Systemen – als Basis für parallelen Datenzugriff, flexible Netzwerktopologien, zuverlässige Kommunikation und hohe Verfügbarkeit.
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Ethernet im Ex-Bereich ist eine Kommunikationstechnologie der Prozessautomation für die Datenübertragung aus explosionsgefährdeten Bereichen. TURCK bietet für Zone 2 und Zone 1 das I/O-System excom mit Ethernet an, das Signale aus Zone 0 aufnehmen kann. Das excom Ethernet-Gateway GEN überträgt Prozess-, Diagnose-, Zustands- und Zusatzdaten über einen parallelen Datenkanal. Für die Anbindung an IT- und Cloud-Systeme unterstützt excom MQTT, OPC UA, das verschlüsselte TURCK Cloud-Protokoll Kolibri sowie offene Standards. TURCK Multiprotokoll ermöglicht excom Ethernet die Kommunikation über Profinet, Modbus TCP und EtherNet/IP. MRP für Profinet und DLR für EtherNet/IP unterstützen Ringtopologien, während S2- und R2-Redundanz zusätzliche Verfügbarkeitskonzepte ermöglichen. Die Advanced Physical Layer (APL) beschreibt ein zweiadriges eigensicheres Ethernet, das Kommunikation und Energieversorgung über dieselbe Leitung führen soll.
Ethernet in der Prozessindustrie
In der Fabrikautomation ist Industrial Ethernet schon lange bekannt und mittlerweile auch recht weit verbreitet. Die speziellen Anforderungen der Prozessindustrie und insbesondere der Prozesse mit explosionsgefährdeten Bereichen ließen den Einsatz von Ethernet bislang nicht zu. Zu diesen Anforderungen zählen Eigensicherheit, Konfiguration im laufenden Betrieb, Redundanzen für höchste Verfügbarkeit, und nicht zuletzt eine hohe Leitungslänge, die bei Industrial Ethernet allerdings auf 100 Meter begrenzt ist. Bei der Beschreibung von Ethernet in der Prozessindustrie gilt es, das Potenzial im Hinblick auf die jeweiligen Zonen zu unterscheiden.
Ex-Zone 1 und 2
Zur Montage in Zone 1 und 2 bietet TURCK sein I/O-System excom mit Ethernet an. Das System kann zudem auch Signale aus Zone 0 aufnehmen. Zum Ziehen und Stecken der Ethernet-Steckverbinder- am Gateway im laufenden Betrieb muss sichergestellt werden, dass die Gateways spannungslos sind oder mit Feuerschein gearbeitet werden. Alle anderen Komponenten wie Netzteile, Gateways oder I/O-Module können im laufenden Betrieb ohne Feuerschein getauscht werden.
Ethernet für Zone 1
Ethernet in Ex-Zone 1 einzusetzen, ist technisch schwieriger. Bei verketteten Geräten muss sichergestellt sein, dass sich Leistungen nicht addieren. Ein Zusammenschluss von Automatisierungsunternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, diese Hürden zu nehmen und einen Standard für ein zweiadriges eigensicheres Ethernet zu entwickeln. Kommunikation und Energieversorgung finden über die gleiche Leitung statt. Der zukünftige Standard wird meist als Advanced Physical Layer (APL) bezeichnet. Allerdings sind diese Entwicklungen noch nicht für den breiten industriellen Einsatz in Zone 1 geeignet (Stand 03/2020). Eines Tages soll APL Ethernetverbindungen bis zu den Feldgeräten ermöglichen. Klassische 4 bis 20 mA-Technik und I/O-Systeme werden jedoch allein aus Kostengründen auch nach der Etablierung von APL noch parallel existieren.
Paralleler Datenzugriff
Mit dem excom Ethernet-Gateway GEN öffnet TURCK die Welt der Prozessindustrie für Digitalisierung und Industrie 4.0. Sämtliche Prozess-, Diagnose-, Zustands- und Zusatzdaten gelangen so erstmals in ausreichender Geschwindigkeit über einen parallelen Datenkanal, Rückwirkungsfrei in Clouds oder andere IT-Systeme zur Analyse und Auswertung – ein schneller und einfacher Weg zu effizientem Condition Monitoring und vorausschauender Wartung. Steuerungen und Leitsysteme bleiben davon vollkommen unberührt und vor Zugriffen geschützt. Die Datenübertragung in Cloud Systeme erfolgt über: MQTT, OPC UA, TURCKs verschlüsseltes Cloud-Protokoll Kolibri oder über andere offene Standards.
Vorteile
Cloud-Anbindung – auch on premises
Neben der Übertragung der zeitkritischen Nutzdaten zum Leitsystem kann excom über den parallelen Datenzugriff Analysedaten an ein beliebiges IT-System im Netzwerk übertragen. Es bietet sich aber an, Daten zunächst in einem Edge Device zu analysieren und nur deren Ergebnisse dann in die Cloud zu senden. Die Cloud kann wiederum als „private Cloud“ ohne Internet-Zugang (on premises) oder klassisch realisiert werden.
Höchste Verfügbarkeit dank Redundanz
Der integrierter Ethernet-Switch ermöglicht einfachen Linientopologie Aufbau ohne externe Switches. Eine Erweiterung der Linientopologie zu einer Ringtopologie ist unter Verwendung des Redundanzprotokolls jederzeit möglich. Dazu müssen nur alle Teilnehmer das Redundanzprotokoll MRP (Profinet) DLR (Ethernet/IP) unterstützen. Excom etabliert darüber hinaus Gateway- und Netzteil-Redundanz, was die Ausfallsicherheit des Systems zusätzlich erhöht und unterstützt weitere Redundanzkonzepte.
Flexible Netzwerktopologie
Die Gateways verfügen über einen integrierten 2-Port Switch und können somit wie klassische Feldbusse in Linienstruktur installiert werden. Weitere Standard-Ethernet-Topologien wie Stern-, Baum- und Ringstrukturen werden genauso unterstützt.
Profinet-Redundanzkonzept
Verschiedene Netzwerktopologien:
Dank TURCK Multiprotokoll ermöglicht excom Ethernet die Kommunikation über Profinet, Modbus TCP und EtherNet/IP. MRP für Profinet und DLR für EtherNet/IP unterstützen Ringtopologien, während Profinet S2-Redundanz eine höhere Verfügbarkeit ermöglichen. Die Advanced Physical Layer (APL) beschreibt ein zweiadriges eigensicheres Ethernet, das Kommunikation und Energieversorgung über dieselbe Leitung führen soll.
Multiprotokoll
Ein Gateway, Drei Protokolle – TURCKs Multiprotokoll-I/O-Geräte erkennen den Master nach dem Hochfahren und stellen sich selbstständig auf das jeweilige Protokoll Profinet, Modbus TCP oder Ethernet/IP ein. excom Ethernet profitiert von diesem bewährten Standard und kann aus dem Stand mit allen Leitsystemen eingesetzt werden, die Ethernet/IP, Profinet oder Modbus TCP unterstützen.
Zum Beispiel:
- Siemens
- Honeywell
- Rockwell
- Yokogawa
- Emerson
- Supcon
- ABB
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Ethernet im Ex-Bereich bei TURCK: Häufig gestellte Fragen
1. Was ist Ethernet im Ex-Bereich und wofür wird es eingesetzt?
Ethernet im Ex-Bereich ist eine Kommunikationstechnologie für die Prozessautomation in explosionsgefährdeten Bereichen. TURCK setzt Ethernet mit dem I/O-System excom ein, um Signale aus den Ex-Zonen aufzunehmen und Prozessdaten an Leitsysteme zu übertragen. Der parallele Datenzugriff des excom Ethernet-Gateway GEN kann zusätzlich Prozess-, Diagnose-, Zustands- und Zusatzdaten an Clouds oder andere IT-Systeme weitergeben.
2. Welche TURCK-Hardware unterstützt Ethernet im Ex-Bereich in Zone 2?
Für Ethernet im Ex-Bereich in Zone 2 bietet TURCK das I/O-System excom mit Ethernet an. excom kann Signale bis aus Zone 1 oder Zone 0 aufnehmen. Netzteile, Gateways und I/O-Module lassen sich laut Quelltext im laufenden Betrieb ohne Feuerschein tauschen. Für Ethernet-Steckverbinder am Gateway gelten dabei besondere Bedingungen, weil die Gateways spannungslos sein müssen oder mit Feuerschein gearbeitet werden muss.
3. Welche Rolle spielt APL für Ethernet im Ex-Bereich in Zone 1?
Advanced Physical Layer, kurz APL, soll Ethernet im Ex-Bereich bis zu Feldgeräten in Zone 1 ermöglichen. Der im Quelltext beschriebene Ansatz nutzt zwei Adern für Kommunikation und Energieversorgung. Der Quelltext stellt zugleich klar, dass APL mit Stand 03/2020 noch nicht für den breiten industriellen Einsatz in Zone 1 geeignet ist und klassische 4-bis-20-mA-Technik sowie I/O-Systeme parallel bestehen sollen.
4. Welche Protokolle unterstützt TURCK für Ethernet im Ex-Bereich?
TURCK unterstützt bei Ethernet im Ex-Bereich mit excom Ethernet die Protokolle Profinet, Modbus TCP und EtherNet/IP. Die Multiprotokoll-I/O-Geräte erkennen den Master nach dem Hochfahren und stellen sich selbstständig auf das jeweilige Protokoll ein. Für den parallelen Datenzugriff nennt
der Quelltext außerdem MQTT, OPC UA, das verschlüsselte TURCK Cloud-Protokoll Kolibri und weitere offene Standards.
5. Wie wird Ethernet im Ex-Bereich mit TURCK-Produkten programmiert oder konfiguriert?
Der Quelltext beschreibt keine Programmierung und nennt keine Programmiertools für Ethernet im Ex-Bereich. Für TURCK excom Ethernet ist lediglich belegt, dass Multiprotokoll-I/O-Geräte den Master nach dem Hochfahren erkennen und sich selbstständig auf Profinet, Modbus TCP oder EtherNet/IP einstellen. Aussagen zu Engineering-Software, Programmiersprachen, Konfigurationsabläufen oder Lizenzmodellen lassen sich aus der vorliegenden Quelle nicht ableiten.
6. Wie lassen sich Daten aus Ethernet im Ex-Bereich visualisieren und auswerten?
Ethernet im Ex-Bereich stellt mit dem TURCK excom Ethernet-Gateway GEN Prozess-, Diagnose-, Zustands- und Zusatzdaten für Analyse und Auswertung bereit. Der parallele Datenkanal kann Analysedaten an ein IT-System im Netzwerk übertragen. Der Quelltext empfiehlt als Möglichkeit, Daten zunächst in einem Edge Device zu analysieren und nur Ergebnisse an eine klassische oder private Cloud ohne Internet-Zugang zu senden. Eine konkrete Visualisierungssoftware nennt die Quelle nicht.
7. Wie schützt TURCK Daten und Steuerungen bei Ethernet im Ex-Bereich?
Ethernet im Ex-Bereich trennt beim TURCK excom Ethernet-Gateway GEN den parallelen Datenzugriff von Steuerungen und Leitsystemen. Laut Quelltext bleiben Steuerungen und Leitsysteme durch die Datenübertragung unberührt und vor Zugriffen geschützt. Für die Übertragung an Cloud-Systeme nennt TURCK MQTT, OPC UA, offene Standards und das verschlüsselte Cloud-Protokoll Kolibri. Weitere Sicherheitsmechanismen oder Vorgaben nennt die Quelle nicht.
8. Welche Redundanzkonzepte bietet TURCK für Ethernet im Ex-Bereich?
TURCK bietet für Ethernet im Ex-Bereich mit excom mehrere Redundanzkonzepte. Ringtopologien können MRP bei Profinet oder DLR bei EtherNet/IP nutzen, sofern alle Teilnehmer das jeweilige Protokoll unterstützen. excom unterstützt außerdem Gateway- und Netzteil-Redundanz. Bei S2-Redundanz verbinden sich zwei Steuerungen mit einem excom-Gateway. Bei R2-Redundanz stellen zwei Master Kreuzverbindungen zu zwei Gateways her.
9. Welche Kosten und Lizenzen entstehen für Ethernet im Ex-Bereich mit TURCK?
Der Quelltext enthält keine Preise, Lizenzkosten oder Lizenzmodelle für Ethernet im Ex-Bereich mit TURCK excom. Belegt ist lediglich die Einschätzung, dass klassische 4-bis-20-mA-Technik und I/O-Systeme aus Kostengründen auch nach der Etablierung von Advanced Physical Layer parallel existieren werden. Für Beschaffung und Budgetplanung liefert die Quelle daher keine belastbaren Angaben zu Hardwarekosten, Softwarelizenzen oder laufenden Gebühren.
10. Für welche Praxisanwendungen eignet sich Ethernet im Ex-Bereich mit TURCK excom?
Ethernet im Ex-Bereich mit TURCK excom eignet sich für Prozessanlagen, die Signale aus Zone 1 oder Zone 0 aufnehmen und über ein in Zone 2 montiertes I/O-System übertragen. Der Quelltext nennt außerdem Ethernetkommunikation für Skids im Ex-Bereich, Prozessdatenzugriff in Zone 2 sowie ein platzsparendes I/O-System im Schaltraum. Das excom Ethernet-Gateway GEN unterstützt zusätzlich Condition Monitoring und vorausschauende Wartung durch parallelen Datenzugriff.