Ethernet im Ex-Bereich

Dort wurde ein möglicher Migrationspfad auf dem Weg von Profibus PA hin zu einem eigensicheren, ex-geschützten 2-Leiter-Ethernet auf Basis des Protokolls Profinet skizziert. Doch hinter den Kulissen ringen die Hersteller zäh um die Physik für die künfige Netzwerk-Lösung für Feldgeräte.

Und das hatten sich viele Anwender anders vorgestellt: So verblüfften die Teilnehmer einer CT-Umfrage zum Thema Durchflussmessgeräte – allesamt Anwender aus der Chemie- und Pharmaindustrie – die Redaktion im vergangenen Herbst dadurch, dass sie sich schon heute für Neuanlagen sehr konkret Ethernet-Kommunikation wünschen. Auf die Frage „Welche Kommunikationskonzepte sind für Sie bei der Beschaffung von Durchflussmessgeräten wichtig?“ antworteten 58 % der Befragten mit der Aussage „Ethernet“. Nur fünf Prozent mehr fordern Profibus PA, und der Wunsch nach Ethernet-Kommunikation liegt sogar deutlich (11 %) über dem nach einem Foundation-Fieldbus-Anschluss.

Sowohl PA als auch FF halten viele Anwender aufgrund der niedrigen Bandbreite nicht mehr für zeitgemäß. Denn nicht nur der Wunsch nach Einbindung von Analysegeräten mit ihrem hohen Datenvolumen, sondern auch die wachsende Datenflut an Geräteparametern oder aber Konzepte, bei denen die Gerätebeschreibung eines Feldgeräts von diesem oder in diese geladen wird (z. B. künftige FDI-DTMs), verursachen aufgrund der niedrigen Bandbreite unerwünschte Wartezeiten. Dieses Problem soll eine „Ethernet in the Field“-Lösung beheben. Doch bis das Realität wird, werden noch Jahre vergehen.

Die Knackpunkte sind einerseits die Restriktionen der explosionsfähigen Umgebung und andererseits – wie so oft in der Prozessautomatisierung – die Forderung der Anwender nach einem einheitlichen Standard. Denn schließlich gibt es mehrere Möglichkeiten für die Physik des Ethernets (z. B. Anzahl der Drähte), außerdem auch für die Art und Weise der Datenübertragung: In der Industrie werden bereits heute mehr als 30 Ethernet-Protokolle genutzt. Zumindest für Letztere ist der Weg aus Sicht der Profibus-Nutzerorganisation klar: Auch das Netzwerk für die Prozessindustrie soll künftig das Protokoll „Profinet“ nutzen. Der Schritt scheint logisch, immerhin hat Profinet in der Industrie weltweit einen Marktanteil von
30 % – schätzen die Marktforscher von IMS-Research. Aber eben auch „nur“ 30 %. Gleichauf liegt die Kommunikation via Ethernet-IP und immerhin 17 % verbucht auch noch Modbus TCP/IP.

Zähes Ringen um den „Advanced Physical Layer“
Doch während die Einigung auf ein oder zwei Protokolle für einen Prozess-Feldbus noch vergleichsweise einfach erscheint, ringen die Automatisierungsanbieter hinter den Kulissen um die Drähte. Die Wichtigsten treffen sich regelmäßig in der sogenannten APL-Gruppe. Das Kürzel steht für „Advanced Physical Layer“. In wechselnder und wachsender Besetzung werden aktuell zwei 2-Leiter-Konzepte diskutiert: einerseits eine auf Basis der zur Namur-Hauptsitzung 2013 gezeigten Konzeptstudie, die mit Mikroprozessoren des Prozessorherstellers Broadcom arbeitet, deren Backbone bei 10 Mbit/s bis zu 1.000 m weit reicht (Spur: 400 m bis 100 Mbit/s) und die bereits für den Nicht-Ex-Bereich vermarktet wird. Außerdem eine durchgängig mit 10 Mbit/s arbeitende Lösung, die neben der Anbindung von Feldgeräten mit großem Parameterumfang (z. B. Coriolisgeräten) auch den preisgünstigen Anschluss von Druck- und Temperatursensoren erlaubt. Letztere verzichtet außerdem auf proprietäre Mikroprozessoren und war auf der Hannover Messe im Rahmen einer Multivendor-Demonstrator-Installation in Halle 9, D76 zu sehen.

Beide Lösungen haben ihre Vor- und Nachteile, sie unterscheiden sich im Wesentlichen in der Bandbreite, im Leistungsbedarf, der übertragbaren Energie und den Kosten. Und selbst bei einzelnen, in der APL-Group vertretenen Herstellern herrscht intern Uneinigkeit darüber, welcher Ansatz weiter verfolgt werden soll. Das Grundproblem: Wo liegt der optimale Kompromiss zwischen Bandbreite und Leistung? Denn je höher die geforderte Bandbreite, desto größer die erforderliche Leistung, was wiederum der Forderung nach „Eigensicherheit“ entgegensteht. Auch die Frage, was ein Anschluss an einem Druck- oder Temperatursensor kosten darf, spielt eine Rolle. Und so stellt sich die Grundfrage: Soll die Ethernet-Anbindung nur für komplexe Geräte mit großem Parameterumfang wie z. B. Coriolis-Durchflussmessgeräte geschaffen werden, oder aber auch noch den letzten Temperaturtransmitter erreichen? Müssen Spektrometer- oder Videosignale ebenfalls übertragen werden? Dazu kommt, dass die Lösung den Anwendern über Jahrzehnte Investitionssicherheit bieten soll. Und nicht zuletzt spielen vermutlich auch unternehmenspolitische Aspekte eine Rolle.

Im Juni will sich die APL-Gruppe wieder treffen. Unter anderem, um auszuloten, ob eine Kombination aus den beiden diskutierten Konzepten realistisch ist und Vor- und Nachteile beider Lösungen beseitigen kann. „Uns hält der Wille zusammen, eine Lösung zu finden. Aber das kann jederzeit auseinanderbrechen“, äußerte sich ein In­sider gegenüber der CT-Redaktion. Parallel werden die oben genannten Konzepte für eine Ethernet-Lösung für den Ex-Bereich von den jeweiligen Herstellern weiterentwickelt. Wir werden diese in den kommenden Ausgaben vorstellen.

Zur Anwendersicht
Namur pocht auf Forderungen der NE 74
Auf der Namur-Hauptsitzung im November hatte Stefan Schmitz, BASF, die Forderungen der Anweder an eine Ethernet-Lösung für die Prozessindustrie im Rahmen eines Workshops vorgestellt. Wie bereits 2011 fordert die Interessensgemeinschaft, dass es für ein „Ethernet in the Field“
lediglich eine technische Umsetzung geben darf, die Anforderungen gemäß Namur-Emfpehlung NE 74 erfüllt werden müssen und die „angeblichen Vorteile im industriellen Umfeld“ erst unter Beweis gestellt werden sollen.
„Bitte vergessen Sie neben der Diskussion des Physical Layer nicht die Protokolle und schaffen Sie ein durchgängiges und modulares Gesamtkonzept“, adressierte Schmitz an die Hersteller.

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