Wat is Ethernet-APL?
Ethernet-APL (Ethernet Advanced Physical Layer) is een fysieke laag voor Ethernet die veldinstrumenten in de procesindustrie via één getwist aderpaar van data én voeding voorziet, met 10 Mbit/s over kabellengtes tot 1000 meter en met intrinsieke veiligheid voor explosiegevaarlijke zones. Ethernet-APL bouwt voort op 10BASE-T1L uit IEEE 802.3cg-2019 en voegt daar de eisen van de procesautomatisering aan toe: lange kabels, voeding over de lijn en explosieveiligheid. Daarmee vervangt het op termijn de klassieke 4-20 mA-lus en veldbussen als PROFIBUS PA en FOUNDATION Fieldbus H1. Sinds de lancering in juni 2021 loopt Ethernet zo van het bedrijfsnetwerk tot in de transmitter of klep.
🔧 Hoe werkt Ethernet-APL?
Ethernet-APL gebruikt de 10BASE-T1L-PHY: full-duplex Ethernet met 10 Mbit/s over één afgeschermde tweedraadskabel. Over dezelfde twee aders loopt ook de voeding van het veldinstrument. Elke verbinding is punt-tot-punt; er is geen gedeelde bus zoals bij een veldbus, maar een geschakeld netwerk van switches.
Het netwerk kent twee soorten segmenten en twee soorten switches:
- Trunk — de ruggengraat tussen switches, tot 1000 meter, met een hogere signaalamplitude (2,4 V piek-piek) en een voedingsbudget tot circa 60 W; reikt tot in Zone 1
- Spur — de aftakking naar één instrument, tot 200 meter, met lager vermogen (1,0 V piek-piek) en optioneel intrinsiek veilig; reikt tot in Zone 0
- Power switch — voedt de trunk en koppelt aan het gewone Ethernet in de rekkenkamer
- Field switch — staat in het veld, wordt via de trunk of extern gevoed en levert spurs naar de instrumenten
| Kenmerk | Ethernet-APL |
|---|---|
| Basisstandaard | IEEE 802.3cg-2019 (10BASE-T1L) |
| Snelheid | 10 Mbit/s, full duplex |
| Kabel | Eén afgeschermd aderpaar, referentie: veldbuskabel type A (IEC 61158-2) |
| Trunk / spur | Tot 1000 m / tot 200 m |
| Explosieveiligheid | 2-WISE volgens IEC TS 60079-47 |
| Poortprofielen | IEC TS 63444 (2023, editie 2 in 2026) |
| Aansluiting | Schroef- of veerklem, M8/M12-connector, polariteitsonafhankelijk |
Omdat de referentiekabel dezelfde is als bij PROFIBUS PA en FOUNDATION Fieldbus, kan bestaande veldbusbekabeling vaak worden hergebruikt.
🧱 Wie staat achter Ethernet-APL?
Ethernet-APL is geen product van één leverancier. Na een evaluatieproject van apparaatfabrikanten (2011–2016) startte in 2018 het officiële APL Project, gedragen door vier standaardisatieorganisaties: FieldComm Group (HART, FOUNDATION Fieldbus), ODVA (EtherNet/IP), de OPC Foundation (OPC UA) en PI – PROFIBUS & PROFINET International. Twaalf leveranciers deden mee, onder wie ABB, Emerson, Endress+Hauser, Krohne, Pepperl+Fuchs, Phoenix Contact, R. Stahl, Rockwell Automation, Samson, Siemens, Vega en Yokogawa.
| Jaar | Mijlpaal |
|---|---|
| 2011 | Start evaluatieproject van apparaatfabrikanten |
| 2018 | Officiële start APL Project |
| 2019 | IEEE 802.3cg-2019 met 10BASE-T1L gepubliceerd |
| 2021 | IEC TS 60079-47 (2-WISE) in februari; lancering op 15 juni tijdens ACHEMA Pulse |
| 2023 | Poortprofielen vastgelegd in IEC TS 63444 |
Ethernet-APL is ook een bouwsteen van de NAMUR Open Architecture en Open Process Automation, die beide uitgaan van open, Ethernet-gebaseerde toegang tot velddata.
🔥 Hoe werkt intrinsieke veiligheid met 2-WISE?
In een Ex-zone mag een elektrisch circuit niet genoeg energie bevatten om een explosief mengsel te ontsteken. Dat principe heet intrinsieke veiligheid (Ex i) uit de IEC 60079-reeks. Voor veldbussen bestond daarvoor FISCO; voor Ethernet-APL is dat 2-WISE (2-Wire Intrinsically Safe Ethernet), vastgelegd in IEC TS 60079-47.
2-WISE werkt met vooraf gedefinieerde parameters per poort. U hoeft de kabelcapaciteit en -inductantie niet meer per circuit door te rekenen: als de poortmarkeringen van switch en instrument op elkaar aansluiten, is de combinatie intrinsiek veilig. Een spur in vermogensklasse A (Ex ia, geschikt voor Zone 0) levert circa 0,54 W aan het instrument; klasse C (Ex ic, Zone 2) circa 1,1 W. Dat is aanzienlijk meer dan een 4-20 mA-lus en geeft ruimte voor slimmere sensoren. Voor installaties in de EU blijft daarnaast de ATEX-certificering van apparatuur gewoon gelden.
🏭 Waar zit Ethernet-APL in het OSI- en Purdue-model?
Ethernet-APL is uitsluitend laag 1 van het OSI-model. Alles daarboven is standaard Ethernet en IP, dus elk Ethernet-protocol kan erover lopen:
- ProfiNET — met het PA-profiel als opvolger van PROFIBUS PA
- IP — de ODVA-route voor de procesindustrie
- HART-IP — de IP-variant van HART, met behoud van bestaande devicekennis
- OPC UA — voor directe, informatiegerichte toegang tot instrumentdata
In het Purdue Model verschuift Ethernet daarmee naar niveau 0 en 1: de sensor zelf krijgt een IP-adres. Een besturing en een asset-managementsysteem kunnen tegelijk met hetzelfde instrument praten, zonder gateway of multiplexer.
🔄 Wat is het verschil met 4-20 mA, HART en veldbussen?
| Kenmerk | 4-20 mA + HART | PROFIBUS PA / FF H1 | Ethernet-APL |
|---|---|---|---|
| Snelheid | 1,2 kbit/s (HART) | 31,25 kbit/s | 10 Mbit/s |
| Topologie | Punt-tot-punt | Bus, trunk en spurs | Geschakeld, trunk en spurs |
| Spurlengte | n.v.t. | Tot 120 m | Tot 200 m |
| Toegang tot data | Via multiplexer of gateway | Via gateway of koppelaar | Direct via IP |
| Ex-concept | Ex i per lus | FISCO / Entity | 2-WISE |
Ethernet-APL is daarmee ruim 300 keer sneller dan PROFIBUS PA en Foundation Fieldbus. Belangrijker is dat de vertaalslag tussen veldbus en Ethernet verdwijnt: één netwerktechniek van veld tot bedrijfsnetwerk.
🔐 Hoe veilig is Ethernet-APL?
Ethernet-APL zelf voegt geen beveiliging toe: het is een fysieke laag. De keerzijde van “IP tot in de sensor” is dat elk instrument een netwerkapparaat wordt met een aanvalsoppervlak. Een 4-20 mA-signaal is lastig op afstand te manipuleren; een Ethernet-instrument met een webserver of open configuratiepoort wel. Beveiliging moet daarom uit de architectuur en de protocollen komen:
- Netwerksegmentatie — plaats APL-netwerken in eigen zones volgens het zone- en conduitmodel van IEC 62443, met gecontroleerde conduits naar besturing en asset management
- Beheerde field switches — gebruik beheerfuncties zoals VLAN’s, uitschakelen van ongebruikte poorten en logging
- Protocolbeveiliging — PROFINET-securityklassen, CIP Security (TLS/DTLS) voor EtherNet/IP en de beveiligingsmodi van OPC UA
- Apparaathardening — kies instrumenten waarvan de leverancier ontwikkelt volgens IEC 62443-4-1 en die voldoen aan IEC 62443-4-2
🛠️ Hoe pakt u een Ethernet-APL-project aan?
- Inventariseer — bepaal welke instrumenten nieuw zijn en waar bestaande veldbuskabel type A herbruikbaar is.
- Kies de topologie — trunk-en-spur voor uitgestrekte installaties, of een compacte ster met field switches dicht bij de rekkenkamer.
- Bepaal de Ex-zones — trunk tot in Zone 1, intrinsiek veilige spurs tot in Zone 0; controleer de poortprofielen volgens 2-WISE.
- Reken het vermogen door — tel het verbruik van instrumenten per field switch op tegen het trunkbudget.
- Ontwerp de securityzones — leg zones, conduits en toegestane protocollen vast vóór de installatie.
- Test en documenteer — gebruik de ingebouwde diagnose van switches voor signaalkwaliteit en leg de netwerktopologie vast.
Voor brownfield-installaties is een gemengde aanpak gebruikelijk: nieuwe units op Ethernet-APL, bestaande lussen op 4-20 mA met HART tot het einde van hun levensduur.
❓ Veelgestelde vragen
Is Ethernet-APL hetzelfde als Single Pair Ethernet?
Ethernet-APL is een specifieke toepassing van Single Pair Ethernet. Het gebruikt de 10BASE-T1L-variant uit IEEE 802.3cg en voegt daar procesindustrie-eisen aan toe, zoals poortprofielen, voeding over de lijn en intrinsieke veiligheid via 2-WISE.
Kan ik bestaande veldbuskabel gebruiken voor Ethernet-APL?
Ethernet-APL gebruikt veldbuskabel type A volgens IEC 61158-2 als referentiekabel, dezelfde kabel als PROFIBUS PA en FOUNDATION Fieldbus. Bestaande bekabeling kan daardoor vaak worden hergebruikt, mits de kabel in goede staat is en de lengtes binnen de grenzen van trunk en spur blijven.
Hoe ver reikt een Ethernet-APL-verbinding?
Een Ethernet-APL-trunk tussen switches kan tot 1000 meter lang zijn, een spur van field switch naar instrument tot 200 meter. Elke switch begint een nieuw segment, dus langere afstanden overbrugt u met een extra switch of met glasvezel tot dicht bij het veld.
Mag Ethernet-APL in Zone 0 worden gebruikt?
Ethernet-APL-spurs kunnen intrinsiek veilig worden uitgevoerd volgens 2-WISE (IEC TS 60079-47) en reiken zo tot in Zone 0. De trunk mag tot in Zone 1 lopen, met field switches in een geschikte beschermingswijze.
Welke protocollen werken over Ethernet-APL?
Ethernet-APL is een fysieke laag en draagt daarom elk Ethernet-protocol. In de praktijk zijn dat PROFINET, EtherNet/IP, HART-IP en OPC UA, de protocollen van de vier organisaties achter het APL Project.
Vervangt Ethernet-APL de 4-20 mA-lus?
Ethernet-APL is bedoeld als opvolger van 4-20 mA, HART en veldbussen, maar die vervanging gaat geleidelijk. Bestaande installaties blijven vaak jarenlang analoog, terwijl nieuwe installaties en uitbreidingen steeds vaker op Ethernet-APL worden gebouwd.
📌 Samengevat
Ethernet-APL brengt standaard Ethernet met 10 Mbit/s en voeding over twee draden tot in het procesveld, ook in Zone 0, en vervangt zo stap voor stap 4-20 mA en veldbussen. Elke sensor wordt daarmee een netwerkapparaat; segmentatie en beveiliging volgens IEC 62443 horen dus vanaf het eerste ontwerp bij een Ethernet-APL-project.