Mit Ethernet-APL entwickelt sich die digitale Prozesssteuerung endgültig zum neuen Standard in der Prozessindustrie. Die Field Switches von Pepperl+Fuchs haben jetzt bereits in einem vierten Skalierungstest ihre Standhaftigkeit bewiesen. Bei diesem Test ging es vor allem um die Zuverlässigkeit von Ethernet-APL in Extremsituationen. Es ging aber auch um das problemlose Zusammenspiel von Infrastruktur-Komponenten unterschiedlicher Hersteller. Damit wurde ein realistisches Szenario durchgespielt, das wohl am ehesten der Praxis entspricht, wie sie in der Prozesssteuerung heute angetroffen wird. Um es vorwegzunehmen: Alle in diesem Test beteiligen Sensoren und andere Infrastruktur-Komponenten haben ihre Leitungsfähigkeit auch unter extrem anspruchsvollen Bedingungen bewiesen.
Die Anforderungen für den Skalierungstest wurden vom Chemieunternehmen BASF definiert und entsprechen einem für die Branche typischen Anwendungsprofil. Insgesamt waren nahezu 240 Messgeräte in das Testumfeld eingebunden. Die Durchfluss-, Druck-, Temperatur- und Füllstandssensoren, sowie die Stellungsregler stammten von führenden Herstellern, wie Endress+Hauser und Samson.
Zuverlässigkeit bis zum Anschlag
Alle Feldgeräte wurden über ein Emerson Leitsystem „DeltaV DCS“ mit Profinet System Redundanz (S2) sowie ein AMS Device Manager System betrieben. Für die Signalverteilung innerhalb einer ringförmigen Topologie und die Einbindung der parallel laufenden Ethernet-Struktur sorgten mehrere Ethernet-APL Field Switches von Pepperl+Fuchs.
Eine Test-Konfiguration dieser Größenordnung geht weit über die üblichen Versuchsaufbauten hinaus. Hier geht es darum die Grenzen auszuloten und nachzuweisen, dass Ethernet-APL auch den Bedingungen eines umfangreichen Leitsystems gewachsen ist, bei dem mehr als zehntausend Signale verarbeitet werden müssen. Es geht um den Nachweis, dass das Netzwerk und das hier eingesetzte Delta V-Leitsystem in der Lage sind, mit dem erheblich höheren Datenvolumen umzugehen, das eine maximale Anzahl von Feldgeräten mit sich bringt.
Switches im absoluten Stresstest
Die Pepperl+Fuchs Switches kamen ihrer Aufgabe mit Bravour nach. Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit kannten währen des gesamten Prozessablaufs keinerlei Einschränkungen. Wichtige Performance-Merkmale, wie Redundanz-Umschaltzeiten und die generelle Netzlast unter den Testbedingen wurden jederzeit erfüllt oder gar übertroffen. Die zyklische Kommunikation - also die Übertragung von Mess- und Sollwerten zwischen der Steuerung und den Feldgeräten - blieb selbst in dieser simulierten Stresssituationen stabil.
Zu den Testroutinen zählte auch die Überlastung des Ethernet Netzwerkes verbunden mit Sturmangriffen auf die Switches und Feldgeräte, die ein separater Rechner in das Netzwerk injiziert. In der Praxis muss ein Automationssystem solche Situation aushalten, auch wenn sie bestenfalls in einem extrem kritischen Betriebszustand der Anlage auftauchen können. Hier zeigte sich der generelle Vorteil der Art und Weise, wie ein Ethernet-APL-Switch mit den angeschlossenen Feldgeräten kommuniziert. Es handelt sich hier um absolut robuste Punkt-zu-Punkt Verbindungen, die in jeder Situation frei von allen äußeren Einflüssen bleiben. Wobei der Switch spezielle Filter bei der Kommunikation enthält, der einen besonderen Schutz für die Feldgeräte darstellen.
Redundanzumschaltungen im Ethernet-Ring sind ein Standardmerkmal einer Ethernet-APL-Konfiguration. Das versetzt Netzwerkarchitekten in die Lage, mit überschaubarem Aufwand eine hoch verfügbare Infrastruktur aufzubauen, die auch bei unvorhergesehenen Störfällen einen ungestörten Betrieb aufrecht erhält.
Gemeinsam zu einem neuen Standard
Ethernet-APL ist keine proprietäre Lösung. Dahinter steckt nicht die Entwicklung eines einzelnen Anbieters. Vielmehr ist Ethernet-APL das Ergebnis einer langjährigen und ergebnisfokussierten Zusammenarbeit zwischen Endanwendern wie der BASF und verschiedenen führenden Herstellern aus dem Prozessbereich. Auch Pepperl+Fuchs war maßgeblich an der Entwicklung und Standardisierung dieser Technologie beteiligt.
Damit sind beste Voraussetzungen für ein offenes System gegeben. Der Markt honoriert das und erkennt darin ein starkes Zeichen auf dem Weg zur Digitalisierung der Prozess-Instrumentierung. Man kann also davon ausgehen, dass Ethernet-APL genau die Vorteile ermöglicht, auf die man in der Prozessindustrie schon lange gewartet hat. Dazu kommt, dass Ethernet-APL nicht nur auf bestehenden Standards und Infrastrukturen aufsetzt und damit bestehende Investitionen schützt. Die neue Netzwerklösung nimmt dem Automationssystem auch viel von seiner Komplexität. Und das über den gesamten Lebenszyklus hinweg, also von der Konzeption über die Implementation bis hin zum laufenden Betrieb.
So erhält der Anwender zum Beispiel über eine einfach handhabbare Weboberfläche des Ethernet-APL Field Switches Zugriff auf Kommunikations- und Diagnoseinformationen. Damit ist es auch weniger spezialisierten Mitarbeitern ermöglich, ohne tiefgehende Kenntnisse und spezielle Tools ein Kommunikationssystem aufzubauen und in Betrieb zu nehmen. Die Daten sind darüber hinaus in das Asset-Management integrierbar. Diese nahtlos zugängige Information und deren Integration in übergeordnete Systeme ist Teil eines Konzepts der generellen Vereinfachung und gehört gewissermaßen zu den Genen von Ethernet-APL.
Interaktion ohne Kompromisse
Gerd Niedermayer, Senior Expert Emerging Automation Technologies bei BASF, erklärt: „Mit Hilfe der digitalen Feldgeräte sind wir in der Lage, diverse Themen rund um Engineering, Inbetriebnahme und Lifecycle in BASF-Anlagen zu optimieren und Capex- und Opex-Kosten zu senken.“ Für Karl Büttner von Endress+Hauser ist der Skalierungstest „einer von mittlerweile 4 ähnlich angelegten Tests, mit denen zweifelsfrei nachgewiesen wurde, dass Ethernet-APL bereit für einen breiten Einsatz in der Prozessindustrie ist.“
Ethernet-APL bietet entscheidende Voraussetzungen, um eine Prozessanlage bis hinunter zum einzelnen Feldgerät transparenter zu machen, als das mit den bisherigen analogen Techniken möglich war. Diese digitale Technologie trägt ganz entscheidend dazu bei, effizientere und kostengünstiger industrielle Automationssysteme zu realisieren. Sie ist der technologische Türöffner für eine Fülle neuer Anwendungen wie sie bisher schlicht und einfach nicht möglich waren.
Schon jetzt bildet Ethernet-APL den Kern eines breiten Ökosystems, dem sich immer mehr Hersteller von Infrastruktur-Komponenten anschließen. Erste erfolgreiche Implementierungen schaffen Vertrauen und zeigen, dass die Ethernet-basierte Kommunikation in der Prozessautomatisierung stark im Kommen ist. „Ethernet-APL hat das Zeug dazu, um vor allem im Prozessbereich mit seinen oftmals hochkritischen Anwendungen zu einem Standard zu werden. Wir ermutigen Planer und Endanwender dazu mit Hilfe eines Testaufbaus oder einer kleinen Installation Ethernet-APL und die Integrationstechnologien kennenzulernen und die Vorteile zu erschließen.“, meint daher Andreas Hennecke von Pepperl+Fuchs.
