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Ex-geschützte Bedienstationen können vom Nutzer vor Ort gewartet werden

16.09.2008
Modular und wartungsfreundlich aufgebaut ist eine Panel-PC-Baureihe für den Ex-Bereich. Diese Bedienstationen können selbst im Ex-Bereich vor Ort gewartet werden. Damit besteht für den Anwender die Möglichkeit, Reparaturen und mögliche Modulwechsel nach entsprechender Schulung selbst zu erledigen. Das soll Betriebunterbrechungen deutlich verkürzen.

Modular aufgebaut ist eine explosionsgeschützte Panel-PC-Baureihe von R. Stahl. Bislang wurden grafische Bedien- und Beobachtungssysteme dieser Leistungsklasse bei Funktionsausfällen oft entweder komplett ausgetauscht oder mehr oder weniger aufwändigen Reparaturprozeduren unterzogen. Die Bedienstationen Open HMI (Human-Machine Interface) von R. Stahl können dagegen selbst im Ex-Bereich (explosionsgeschützte Zone) direkt vor Ort gewartet werden. Betriebsunterbrechungen und Anlagenstillstände reduzieren sich so auf ein Minimum.

Vielfach lassen sich für Reparaturen erforderliche Modulwechsel sogar von Anwendern selbst erledigen, wenn das zuständige Personal eine kurze entsprechende Schulung erhalten hat. Für einen Großteil aller Anlagen mit explosionsgefährdeten Bereichen stellen die Geräte eine effiziente, unterm Strich oft auch die kostengünstigste HMI-Lösung dar.

PC-basierte Bediensysteme für die Industrie

Die neuen PC-basierten Bedien- und Beobachtungssysteme können als Standgeräte oder eingebaut in Schalttafeln in der Industrie verwendet werden. Die Baureihe ist robust ausgelegt und eignet sich deshalb selbst für sehr raue Umgebungen, in denen Vibrationen, Extremtemperaturen und/oder elektromagnetische Stör-einstrahlung hohe Ansprüche an die Automatisierungstechnik stellen. Der Name der Serie deutet auf die offene Plattform als ein besonderes Merkmal der Systeme hin: Als Betriebssystem lassen sich ein schlankes Windows XP Embedded oder Professional oder auch Unix/Linux-Varianten verwenden.

Typische Einsatzgebiete für HMI-Systeme dieses Typs finden sich in der Öl- und Gasindustrie, wo sie bei der Erkundung, Förderung, Verarbeitung und Verladung eingesetzt werden. Gerade in diesem Sektor sind – angesichts teils entlegener Standorte in extremen Klimazonen – lange Lebensdauer und Temperaturunempfindlichkeit der Geräte elementar.

Eine Vielzahl von Anwendungen für PC-basierte HMI gibt es aber auch im Maschinenbau, zum Beispiel an Zentrifugen, Mixern, Kompressoren, Beschichtern und in Lackierstraßen. Eine Schlüsselbranche ist auch die Chemie- und Pharmaindustrie: Zur Vor-Ort-Bedienung und für Batch-Prozesse ist dort Bedien- und Beobachtungstechnik gefragt, die nicht nur die genannten Qualitäten bietet, sondern zum Beispiel auch Lösungsmittel verträgt, Reinraumanforderungen erfüllt und einschlägigen GMP-Vorschriften (Good Manufacturing Practice) gerecht wird.

Servicefreundlichkeit ist Voraussetzung

Für einen Großteil der Anwendungen quer durch die angesprochenen Bereiche gilt, dass ein servicefreundliches Design der HMI-Lösung hohe Priorität genießt. Weil selbst die industrietaugliche PC-Technik, auf der moderne Bedien- und Beobachtungssysteme basieren, eine Reihe für Verschleiß anfälliger Teile einschließt, muss mit deren Ersatz während des mehrjährigen Lebenszyklus solcher Geräte gerechnet werden. Einschlägige Erfahrungen gibt es besonders mit versagenden Festplatten. Bei Reparaturbedarf sollte die Bauform des Bediengeräts nicht noch weitere Probleme aufwerfen. Leider ist gerade bei explosionsgeschützten HMI-Systemen häufig das Gegenteil der Fall.

Viele marktgängige Systeme setzen auf die Zündschutzart Ex m, also auf eine Bauart, bei der der gesamte Geräteblock vergossen wird. Reparaturen einzelner Komponenten sind dann prinzipbedingt überhaupt nicht möglich. Verbreitet ist außerdem die Sandkapselung, also die Schutzart Ex q, bei der das Gerätegehäuse befüllt und anschließend versiegelt wird. Solche Ex-Systeme dürfen nur durch den Hersteller repariert werden. Zudem können sie – unter anderem wegen der hygroskopischen Eigenschaften des Sandes – nicht überall vor Ort, sondern nur in bestimmten Umgebungen geöffnet und sicher und mit garantiert trockener Füllung wieder verschlossen werden.

Wartungsfreundlichkeit setzt deshalb ein grundsätzlich anderes, nämlich modulares Design voraus. Der Explosionsschutz für ein Gerät lässt sich dabei prinzipiell durch ein druckfest gekapseltes Gehäuse ermöglichen. Leider führt dieser Ansatz in der Praxis zu recht unhandlichen Systemen: Je größer der umschlossene Ex-d-Raum, desto größer das potenzielle Explosionsvolumen. Mit entsprechend dicken Gläsern und Wanddicken für eine Ex-d-Auslegung des Gehäuses kann ein 15-Zoll-HMI deshalb schnell über 30 kg auf die Waage bringen.

Mit der wartungsfreundlichen Bedienstation-Serie gibt es nun eine weit elegantere und im Vergleich auch nur halb so schwere Alternative. Im Inneren setzen sich die Geräte modular aus diversen Bestandteilen zusammen, die unterschiedliche Zündschutzarten aufweisen. Wenige Module sind in Ex m (Inverterverguss) ausgeführt, einige wie CPU (zentrale Prozessoreinheit) und Netzteil in Ex d, Verbindungsplatinen entweder in Ex e oder Ex i.

USB-2.0-Flash-Drives ohne mechanischen Verschleiß

Die Konstruktion ermöglicht es, das Gehäuse auch im Ex-Bereich vor Ort zu öffnen; viele Module können dann auch direkt getauscht werden. Zudem haben die Geräte einen Klemmkasten in erhöhter Sicherheit Ex e, der gerade hinsichtlich der typischen Verschleißteile Komfort bietet – die Massenspeicher nämlich finden dort ihren Platz. Mit USB-2.0-Flash-Drives in Größen bis 8 GByte kann auf rotierende Teile, also die Fehlerquelle Nr. 1 in PC-basierten Systemen, vielfach ganz verzichtet werden. Bei größerem Platzbedarf sind alternativ SATA-Festplatten bis 60 GByte verfügbar. Sollten diese dann doch einmal ausfallen, können sie zumindest sehr schnell ausgetauscht werden.

Hohe Rechenleistung bei geringem Energiebedarf

Kern der explosionsgeschützten Panel-PC-Baureihe ist ein Pentium-M-Prozessor mit einer Taktfrequenz bis 1,6 GHz. Bei geringem Energiebedarf bietet dieser Intel-Chip eine sehr hohe Rechenleistung. Wegen der niedrigen Energieaufnahme kann auf einen Prozessorlüfter komplett verzichtet werden, was die Ausfallwahrscheinlichkeit der CPU erheblich senkt. Der Pentium M arbeitet wartungsfrei und erreicht eine lange Lebensdauer.

Die vorgestellten Bedienstationen sind mit vorinstalliertem, aber um überflüssige Treiber abgespecktem Windows XP Embedded oder Professional SP 2 oder Unix/Linux erhältlich und bringen auf Wunsch betriebsbereit eingerichtete Stan-dardapplikationen wie Siemens Win CC flexible oder Rockwell RS View mit. Der Einschaltvorgang ist innerhalb von 40 s erledigt. Das Bios wurde angepasst und geschützt, auch die System-Partition eines Open HMI ist gegen Viren, Würmer und Systemkorruption gesichert.

Mit Crash-Recovery-USB-Sticks steht Anwendern zudem ein äußerst praktisches, integriertes Backup/Restore-Konzept für individuell konfigurierte Systeme zur Verfügung. Open-HMI-Systeme arbeiten multilingual mit 25 Sprachen. Das Touch-Keyboard unterstützt für den reibungslosen, weltweiten Einsatz 150 unterschiedliche Sprachenlayouts bereits beim Windows-Login.

Internationale Zulassungen für den weltweiten Einsatz

Dank einer ganzen Reihe internationaler Zulassungen ist ein breiter Einsatz dieser explosionsgeschützten Panel-PC-Baureihe möglich. Je nach Ex-Zone kann auf Modelle mit unterschiedlichen Zertifizierungen zurückgegriffen werden. Die Exicom-Varianten sind ohne speziell zugelassenes Gehäuse in Staub- und Gas-Ex-Bereichen verwendbar. Sie tragen die Kennzeichnung Atex II 2 (2) G Ex d e mb ib [ib] [op is] IIC T4 oder Atex II 2 D Ex tD A21 IP65 T90°C. Für die ProVicom-Modelle ist Schutz gemäß Atex II 3 (2) G Ex nA nL [ib] IIC T4 oder Atex II 3 D IP65 T90°C gewährleistet. Außer der Schiffszulassung durch DNV liegen für die Exicom-Geräte auch Inmetro- und Gost-R-Zertifikate vor, zudem IEC Ex, KTL, TIIS (in Vorbereitung) und die Bescheinigung für UL Class 1, Zone 1 AEx d e ib [ib] IIC T4.

Dipl.-Ing. Horst Friedrich ist Leiter Produktmanagement und Software-Entwicklung bei der R. Stahl AG in 74638 Waldenburg.

Horst Friedrich | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/fertigungsautomatisierung/articles/144956/

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