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Für WLAN-Lösungen im Ex-Bereich

Autor / Redakteur: Horst Friedrich / Reinhard Kluger

Modular aufgebaute HMI-Systeme Ex-Schutz muss nicht klobig und unhandlich sein. Wenn sich die Geräte im Inneren modular aus diversen Bestandteilen zusammensetzen, die unterschiedliche Zündschutzarten haben, geht es auch eleganter. Eine solche Konstruktion erlaubt sogar, ein HMI-Gehäuse auch im Ex-Bereich vor Ort zu öffnen.

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15 oder 19 Zoll - modulare Open HMI-Systeme gibt es für unterschiedliche Anwendungen.
15 oder 19 Zoll - modulare Open HMI-Systeme gibt es für unterschiedliche Anwendungen.
( Archiv: Vogel Business Media )

Modular aufgebaute HMI-Systeme

Die WLAN-Welle rollt und ist längst in die Industrie vorgedrungen. Die Vorteile sind klar – Bedien- und Beobachtungstechnik zum Beispiel lässt sich in einem drahtlosen Netz äußerst bequem mobil einsetzen, und natürlich ist keine umständliche Verkabelung mehr nötig. Im Ex-Bereich allerdings ist die Implementierung nicht ganz einfach. Auch eine drahtlose Anbindung von Bediensystemen an die übrige IT-Umgebung setzt sowohl Ex-taugliche Netzwerktechnik wie geschützte HMIs voraus. Mit der Open HMI-Baureihe liefert R. STAHL nun neuartige Lösungen, die dank modularem Design trotz explosionsgeschützter Auslegung ungewöhnliche Servicefreundlichkeit bieten.

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Man könnte meinen, mit einem WLAN erspare man sich in gefährlicher Umgebung die Umstände, die Netzwerktechnik explosionsgeschützt auslegen zu müssen. Ein WLAN baut aber auf Access Points auf, die je nach Umgebungsbedingungen nicht weiter als 30 bis 70 Meter entfernt von den Netzteilnehmern montiert sein dürfen. Nicht nur in weitläufigen Industrieanlagen hat diese maximale Reichweite zur Folge, dass APs oft selbst innerhalb eines explosionsgefährdeten Anlagenbereichs betrieben werden. Auch für sie sind dann besondere Schutzmaßnahmen unvermeidlich. Üblich ist eine druckfeste Kapselung der Gerätegehäuse und die Auslegung der Antennen der Access Points in Zündschutzart Ex e. Für Funkverbindungen in explosionsgefährdeten Bereichen sind außerdem von allen sendenden Einheiten bestimmte Strahlungsgrenzwerte strikt einzuhalten. Enthält die Umgebungsatmosphäre zum Beispiel Gase wie Wasserstoff oder Acetylen, die in die so genannte Explosionsgruppe IIC fallen, so sind im Frequenzbereich zwischen 9 kHz und 300 Ghz nach der Immissionsschutzrichtlinie VDE 0848 nur 2 W kontinuierliche Sendeleistung zulässig. Bei gepulsten Quellen sind Energiewerte bis maximal 50 µJ unbedenklich.

Servicefreundliches Moduldesign

Ist das für den Ex-Bereich zulässige Funk-Netzwerk aufgebaut, fehlt noch die andere Hälfte der Lösung. Die Ex-geschützte Auslegung eines HMI-Systems läuft bei konventioneller Bauart darauf hinaus, dass die Geräte entweder auf die Zündschutzart Ex m setzen, also der gesamte Geräteblock vergossen wird, oder dass das Gerätegehäuse mit Sand befüllt und anschließend versiegelt wird (Sandkapselung, Schutzart Ex q). Eine Reparatur oder der Ersatz interner Teile ist bei solchen HMIs entweder – im Fall von Ex m unmöglich oder bei Ex q zumindest aufwändig, weil die Geräte nur unter kontrollierten Bedingungen und in der Regel nur durch den Hersteller geöffnet und wieder sicher verschlossen werden durften. Etwas wartungsfreundlicher sind insgesamt druckfest gekapselte Systeme (Ex d), doch sind diese ab einem gewissen Ausmaß sehr klobig und unhandlich, weil sie erheblich verstärkte Wände und Scheiben erfordern. Die Open HMI-Baureihe von R. STAHL HMI Systems folgt einem eleganteren, grundsätzlich anderen Konstruktionskonzept. Die Geräte setzen sich im Inneren modular aus diversen Bestandteilen zusammen, die unterschiedliche Zündschutzarten aufweisen. Wenige Module sind in Ex m ausgeführt (Inverterverguss), einige wie CPU und Netzteil in Ex d, Verbindungsplatinen entweder in Ex e oder Ex i. Die Konstruktion erlaubt es, ein Open HMI-Gehäuse auch im Ex-Bereich vor Ort zu öffnen; viele Module können dort auch direkt getauscht werden. Zudem bieten die Geräte einen Klemmkasten in Erhöhter Sicherheit Ex e und damit besonderen Komfort speziell hinsichtlich typischer Verschleißteile die Massenspeicher nämlich finden hier ihren Platz. Mit USB 2.0 Flash Drives in Größen bis 16 GB kann zudem wahlweise auf rotierende Teile, also die Fehlerquelle Nr. 1 in PC-basierten Systemen, gänzlich verzichtet werden. Open HMIs sind äußerst robust verarbeitet und vibrationsunempfindlich, trotzen extremen Temperaturen in praktisch allen Klimazonen, tolerieren auch Lösungsmittel problemlos und werden Reinraumanforderungen sowie einschlägigen GMP-Vorschriften gerecht.

Mit R. STAHLs Softwarelösung Remote-PC-Viewer können die HMIs über das WLAN beispielsweise mit Windows XP Professional Hosts oder VNC-Servern im sicheren Bereich kommunizieren. Sollen Zugriffe nicht über eine solche Viewer-Software erfolgen, sondern die Ex-Bedienstationen als Thin Clients eingesetzt werden, können Open HMI-Systeme auch unterschiedliche virtuelle Workstations in einem einzigen physikalischen Server ansprechen, der zum Beispiel als Windows Server 2003 aufgesetzt ist. Sowohl Remote Desktop-Funktionalität als auch die Thin Client-Technologie werden von modernen Betriebssystemen von Haus aus unterstützt – eigentlich sollten sich derartige Lösungen also mit jedem Bediengerät realisieren lassen, auf dem ein aktuelles Embedded-OS läuft. Fehlt ein entsprechendes Angebot, findet sich der Grund gelegentlich im Kleingedruckten: Manche dem ersten Anschein nach offenen Bediengeräte setzen das nominell angegebene Betriebssystem nur in einer eingeschränkten Implementation ein, die Applikationen wie etwa den komfortablen Fernzugriff nicht unterstützt. Beim Windows XP Embedded der Open HMI-Systeme handelt es sich zwar ebenfalls um eine abgespeckte Version, doch geht dies nicht zu Lasten der Funktionalität. Entfernt wurden in der handoptimierten Ausgabe des Betriebssystems lediglich völlig überflüssige Treiberbibliotheken und ähnliche Platz- und Leistungsfresser. Ähnlich wurde beim BIOS der Geräte verfahren, das man mit Blick auf erhöhte Stabilität und Sicherheit auf das Wesentliche verschlankte.

Schlank und frei mit Fernzugriff

HMIs können über das WLAN beispielsweise mit Windows XP Professional Hosts oder VNC-Servern im sicheren Bereich kommunizieren. Sollen dabei die Ex-Bedienstationen als Thin Clients eingesetzt werden, können Open HMI-Systeme auch unterschiedliche virtuelle Workstations in einem einzigen physikalischen Server ansprechen, der zum Beispiel als Windows Server 2003 aufgesetzt ist. Eigentlich sollten sich derartige Lösungen mit jedem Bediengerät realisieren lassen, auf dem ein aktuelles Embedded-OS läuft. Fehlt ein entsprechendes Angebot, findet sich der Grund gelegentlich im Kleingedruckten: Manche dem ersten Anschein nach offenen Bediengeräte setzen das nominell angegebene Betriebssystem nur in einer eingeschränkten Implementation ein, die Applikationen wie etwa den komfortablen Fernzugriff nicht unterstützt. Beim Windows XP Embedded der Open HMI-Systeme handelt es sich um eine handoptimierte Ausgabe des Betriebssystems. Es ist lediglich von völlig überflüssigen Treiberbibliotheken und anderen Platzfressern befreit. Ähnlich schlank ist auch das BIOS ausgeführt. Die Folge: hohe Stabilität und Sicherheit.

Dipl.-Ing. Horst Friedrich, Leiter Produktmanagement und SW-Entwicklung R. STAHL HMI Systems

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