Explosionsschutz

Die Kinderstube verlassen

Nach Feldbus, Ethernet und co - jetzt auch noch Wireless. Mancher Anwender sieht sich, nachdem er sich mit der neuen digitalen Feldkommunikation angefreundet hat, einer neuen Herausforderung gegenüber und winkt ab. Zu unrecht. Die auf dem Markt verfügbaren Funklösungen für die Prozessindustrie haben eindeutig die Kinderstube verlassen und sind in der Lage sowohl eine Alternative für drahtgebundene Verbindungen darzustellen, als auch völlig neue Arbeitsabläufe von Service-und Wartungspersonal zu ermöglichen.
Der Positionsschalter-Typ 8074 F arbeitet drahtlos ohne jegliche Signal- und Energieversorgungskabel

Die Funktechnik kann heutzutage bereits einen deutlichen Beitrag zur Verbesserung der Fertigungsabläufe und vorausschauender Wartung liefern und damit nicht zuletzt die Anlagenverfügbarkeit verbessern. Zudem ist Funktechnik auch immer dann interessant, wenn es um Funktionen geht, die nachträglich in eine Fertigungsanlage eingefügt werden - sei es z.B. ein zusätzlicher Schalter, ein Temperatursensor etc. Kombiniert mit einer autarken Energiequelle zeichnet sich eine solche Lösung durch eine flexible und kostengünstige Installation aus. Es steht außer Frage, dass der Anwender ein Spektrum an verschiedenen Lösungen benötigt, die auf die Erfordernisse der Prozessindustrie zugeschnitten sind: das wären robustes, für den Außenbereich geeignetes, Design, einen weiten Temperaturbereich und die Eignung für die Installation in explosionsgefährdeten Bereichen. Zudem sollten sie über Schnittstellen verfügen, die eine einfache Integration in die Prozessleitsysteme und Asset Management Systeme erlauben.

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Wo der Einsatz von Wireless Sinn macht

In der Prozessautomatisierung haben sich in den letzten Jahren eine Reihe von Anwendungsbereichen herauskristallisiert, die bereits heute mehr als nur Pilotcharakter haben. - Übertragung von Signalen zwischen Sensoren und Prozessleitsystemen - Fernüberwachung von abgesetzten Produktionsanlagen - Datenübertragung von tragbaren Geräten Jede dieser Anwendungen hat ihre ganz individuellen Anforderungen und damit wie bereits erwähnt eine passende Lösung. R. STAHL bietet eine ganze Bandbreite von verschiedenen Funklösungen an, die insbesondere den Bereich der Datenübertragung adressieren. Angefangen mit einem WirelessHART Gateway, der die Einbindung von Sensoren über ein vermaschtes und damit hochverfügbares Funknetz ermöglicht. WirelessHART hat sich als erster weltweiter Standard für die Kommunikation zu Feldgeräten in der Prozessautomatisierung etabliert und bietet damit dem Anwender den Vorteil, sich aus einer breiten Palette an Lösungen zu bedienen. WirelessHART bietet derzeit die Möglichkeit mit analogen Feldgeräten zu kommunizieren, wird aber in Kürze auch die Integration von digitalen Feldgeräten wie Schaltern und Magnetventilen ermöglichen. Die Funktechnik ist ausgelegt auf niedrigen Energieverbrauch, nicht zuletzt um die Feldgeräte autark mit Energie zu versorgen. Der von R. STAHL angebotene WirelessHART Gateway Typ 9715 ist auf den Einsatz im Außenbereich zugeschnitten. Ein Temperaturbereich von -40°C bis +60°C und ein Schutz entsprechend IP 65 unterstreichen diesen Anspruch. Als Schnittstelle zu Asset Management Systemen setzt die Lösung konsequent auf moderne Ethernet Kommunikation. Um dem Anwender eine komplette, aufeinander abgestimmte Lösung zu liefern, wird das Angebot um einen WirelessHART Adapter erweitert. Mit Hilfe dieses Gerätes können Messumformer mit einer 4..20 mA Schnittstelle in ein WirelessHART-fähiges Gerät verwandelt werden.

Wie bereits erwähnt stellt die autarke Energieversorgung von Geräten mit Funkübertragung eine Herausforderung dar. Dabei wird derzeit vor allem auf Akkus gesetzt, die jedoch je nach Übertragungszyklus nach spätestens 3-5 Jahren ersetzt werden müssen. Dadurch entsteht für den Anwender ein weiterer Aspekt, der bei der Wartung der Anlage beachtet werden muss. Einen Schritt weiter gehen die F-Reihen der Drucktaster Consig und Positionsschalter 8074 von R. STAHL. Die notwendige Energie für die Übertragung wird quasi ¿Just-in-Time¿ durch den Betätigungsvorgang selbst erzeugt. Es erübrigt sich sowohl der Einsatz von Akkus als auch der Austausch. Die nachträgliche Installation von Schaltern wird damit zu einem Kinderspiel.

Eine ganz andere Aufgabenstellung stellt die Übertragung von Daten aus abgesetzten Produktionsanlagen wie unbemannten Pump- und Verdichterstationen dar. GSM oder GPRS bieten sich hier als Alternative zu den bisher häufig eingesetzten Standverbindungen an. Der ausschlagebende Punkt für die Wahl von Mobilfunk sind die mittlerweile niedrigen monatlichen Kosten. Die Funknetzbetreiber haben diesen Bereich als neuen Markt entdeckt und warten mit entsprechend zugeschnittenen Angeboten auf. Der große Vorteil von GSM ist die Tatsache, dass die Infrastruktur von einem Netzbetreiber zur Verfügung gestellt wird. Die Kosten für die Installation und Wartung entfallen. Geräte wie das GSM/GPRS Modem Typ 9719 können direkt in der Zone 1 eingesetzt werden und stellen mittels einer RS 232 Schnittstelle die über GSM übertragene Daten für Analysegeräte oder eine SPS bereit.

Der Einsatz von Wireless LAN erfordert eben diese Investition in die Infrastruktur aufgrund der Installation von den auch aus dem privaten Umfeld bekannten WLAN Access Points. Für lokal begrenzte Anwendungen mit hoher Datenrate, wie der Einsatz von Barcodescannern und tragbaren Bediengeräten, stellt es die am besten geeignete Lösung dar. Da hier oft ein gesamter Produktionsbereich mit WLAN abgedeckt werden soll, sind Geräte erforderlich, die sowohl in Zone 2 als auch Zone 1 eingesetzt werden können. Es hat sich erwiesen, dass der Einsatz von Geräten verschiedener Hersteller zu Kommunikationsproblemen führen kann, ganz abgesehen von dem zusätzlichen Aufwand bei der Ersatzteilbevorratung. Das Angebotsspektrum von R. STAHL umfasst aus diesem Grund beide Bereiche mit einem Gerät, das sich durch einen robusten industrietauglichen Aufbau auszeichnet.

Ohne Explosionsschutz geht es nicht

Prozesstechnische Anlagen enthalten zu einem beträchtlichen Teil explosionsgefährdete Bereiche. Die Vorschriften für die Installation von drahtgebundener Technik sind klar umrissen und stellen für Planer und Anwender heutzutage keine unlösbare Aufgabe dar. Mit der Anwendung von Funktechnik stellten sich aber eine ganze Reihe neuer Fragen. Was muss beachtet werden, wenn eine Funklösung in explosionsgefährdeten Bereichen installiert werden soll?

Als größte Herausforderung hat sich die Schnittstelle zur Antenne erwiesen. Die internationale Norm IEC EN 60079-0 führt Grenzwerte für die maximal abgestrahlte Leistung auf. Diese Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden. In der Zone 2 muss das für den Normalbetrieb sichergestellt werden, was für die meisten Funktechnologien kein Problem darstellt. Wird die Schnittstelle zur Antenne in der Schutzart Eigensicherheit Ex ic ausgeführt (wie beim WirelessHART Gateway 9715), dann ist es dem Anwender freigestellt, an den Verbindungen zur Antenne zu arbeiten, ohne das Gerät vorher abschalten zu müssen. Da die Positionierung der Antenne ein wichtiges Qualitätsmerkmal darstellt, ist die Möglichkeit, die Antenne vom Gerät zu trennen ohne es vorher Abschalten zu müssen, von großem Vorteil während der Inbetriebnahme des Gerätes.

Dies gilt natürlich umso mehr für Installationen in der Zone 1. Geräte wie das GSM Modem 9719 bieten deshalb entsprechende Schnittstellen und eröffnen damit auch die Möglichkeit auf alle industrietauglichen Antennen zurückzugreifen. Die Ausführung einer eigensicheren Antennenschnittstelle erfordert jedoch die Entwicklung eines auf den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen zugeschnittenen Gerätes mit einer entsprechenden Zulassung. Die Erfahrung der letzten Jahre zeigen jedoch, dass Anwender auch Nicht-Ex Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ertüchtigen wollen. In diesem Fall müssen passende und nach Möglichkeit flexible Zündschutzkonzepte wie Ex d oder Ex p zum Einsatz kommen. Der Anwender muss aber derzeit noch Abstriche bei der Auswahl der Antenne hinnehmen, da in diesem Fall nur ATEX konforme Antennen zum Einsatz kommen dürfen. Es zeichnen sich aber auch hier Lösungen ab, die ähnlich wie die bekannte Sicherheitsbarriere ein Antennensignal auf die zugelassenen Werte begrenzen.

Fazit

Die Möglichkeiten für den Einsatz für Wireless Lösungen sind bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Wie bei jeder neuen Technologie muss sich Wireless den Fragen nach Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit stellen. Die auf dem Markt verfügbaren Lösungen geben bereits passende Antworten, das haben nicht zuletzt Feldversuche wie der Namur WirelessHART Feldversuch erwiesen. Die Planung, Auswahl und die Inbetriebnahme sind jedoch für die meisten Anwender noch neue Herausforderungen. Hier ist es an den Anbietern dieser Technologien wie R. STAHL den Anwender mit einem kompletten Spektrum an Lösungen, Beratung und Dienstleitungen zur Seite zu stehen.

Der Appetit kommt bekanntlich beim Essen und so werden sich weitere Anwendungsbereiche eröffnen, die bisher nicht abzusehen sind. Die Wireless Lösungen werden ihren Platz im Repertoire der Prozessautomatisierung finden. lg

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