Ethernet in Hazardous Areas

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. 

excom Grafik

Ex-Zone 2

Zur Montage in Zone 2 bietet Turck sein I/O-System excom mit Ethernet an. Das System kann Signale bis aus Zone 1 oder 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. 
 

Pyramide

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.

Hier bietet Turck neben seiner eigenen Cloud-Lösung mit industriespezifischer Datenvisualisierung und dem verschlüsselten Cloud-Protokoll Kolibri für höchste Sicherheitsanforderungen alternative Wege an. Über die Turck-Cloud-Hardware können Daten aber auch per MQTT oder OPC UA an in eines der großen Cloud-Systeme übertragen 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. 

Profinet-Redundanzkonzepte 

Verschiedene Netzwerktopologien:

S2 Redundancy

S2-Redundanz: 2 Master und 1 Gateway

Unter S2-Redundanz versteht die Spezifikation ein System aus zwei Steuerungen und einem Device, hier einem excom-Gateway. Die Master synchronisieren sich hier intern über einen Backbone-Bus und unterhalten beide eine Verbindung zum Teilnehmer. Mit S2-Redundanz bietet Turck auch sein IP67-IO-Link-Master-Modul TBEN-L-8IOL an.  

excom kann zudem den höchsten Redundanzstandard R2 abbilden. Hier etablieren zwei Master über Kreuz-Verbindungen zu zwei Gateways. Es kann also eine der beiden Steuerung sowie eines der beiden Gateways ausfallen, ohne dass die Kommunikation zusammenbricht. 

R2 Redundancy

Turcks eigene Redundanz-Lösung: 2 Master und 2 Gateways

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.

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

Ethernet-Produkte im Ex-Bereich

Über diese Links gelangen Sie direkt zu den Produkten in unserer Produktdatenbank

Link zum Produkt – excom Ethernet Gateway GEN-3G

Das GEN-N (dark grey) zur Montage im sicheren Bereich und das GEN-3G (hellgrau) zum Einsatz in Zone 2 


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