R. Stahl Schaltgeräte Wireless-Technik und Ex-Schutz in der Prozessautomation

Im Kernbereich der Prozessautomation dominieren nach wie vor fest verdrahtete Komponenten. Je nach Art, Umfang und Topologie einer Prozessanlage kann aber die größere Flexibilität drahtloser Kommunikation auch für diese Geräte interessant sein: Wireless-Komponenten sind besser zugänglich, kommen der Forderung nach Mobilität entgegen und erleichtern oder ermöglichen erst die Gewinnung zusätzlicher Daten für die Optimierung von Fertigungsprozessen.

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Bei manchen Aufgaben ist die drahtlose Datenübertragung in der Prozessindustrie längst Alltag – nicht nur in Gestalt der Sprachkommunikation über Sprechfunk und Mobiltelefone. Auch Bedien- und Visualisierungsdaten lassen sich oft drahtlos von und zu mobilen HMI-Geräten und Laptops übermitteln. Zunehmend werden außerdem Kameras zur Anlagenüberwachung über Wireless-Netze eingebunden, besonders, wenn bei ihrer nachträglichen Installation die Verlegung von Kabeln unwirtschaftlicher und/oder technisch zu aufwändig wäre.

Im Kernbereich der Prozessautomation hingegen dominieren nach wie vor fest verdrahtete Komponenten, die wahlweise über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, Feldbusnetze sowie Remote I/O-Systeme Daten austauschen. Je nach Art, Umfang und Topologie einer Prozessanlage kann aber die größere Flexibilität drahtloser Kommunikation auch für diese Geräte interessant sein: Wireless-Komponenten sind besser zugänglich, kommen der Forderung nach Mobilität entgegen, und sie erleichtern oder ermöglichen erst die Gewinnung zusätzlicher Daten für die Optimierung von Fertigungsprozessen.

Zwar werden noch auf absehbare Zeit heterogene Strukturen aus verdrahteter und drahtloser Kommunikation das Bild bestimmen. In den kommenden Jahren werden Anwender jedoch über neue, technologisch ausgereifte und auch wirtschaftlich immer attraktivere Wireless-Lösungen verfügen können. So werden zum Beispiel die bewährten Remote I/O-Systeme für den Wireless-Einsatz ausgebaut. Den Trend zu sogenannten WIOs treibt beispielsweise die Fieldbus Foundation in einer Working Group zu dieser Technologie voran.

Per Antenne eigensicher kommunizieren

Viele Bereiche in Prozessanlagen allerdings sind auf explosionsgeschützte Technik angewiesen. Auch funkfähige Geräte - etwa im Wireless LAN - kommen an entsprechenden Anforderungen nicht vorbei. Aktuelle Lösungsansätze widmen sich unter anderem einem der neuralgischen Punkte der Datenübertragung in Funknetzen: den Antennen. Für Geräte in gekapselten Gehäusen werden derzeit Antennendurchführungen entwickelt, die Zündschutzart Ex ib (Eigensicher) implementieren und damit die Kommunikation über ein eigensicheres HF-Signal ermöglichen.

Bislang werden für Zone 1-Anwendungen Ex-geschützte Antennen genutzt, von denen es nur eine sehr begrenzte Auswahl gibt. Da aber die Antennen für die Leistungsfähigkeit der Funkverbindungen von entscheidender Bedeutung sind, wäre der Zugriff auf das komplette Spektrum gängiger Antennen von Vorteil. Natürlich stellen Explosionsschutzvorschriften aber nicht nur an WLAN-Systeme anspruchsvolle Anforderungen, sondern sind auch für andere drahtlose Übertragungstechniken wie GPRS-Verbindungen über Mobilfunknetze zu beachten. Daher sind etwa für Geräte zur Maschinenüberwachung, die drahtlos ihre Daten übermitteln sollen, GPRS-Modems mit eigensicherer Technik erhältlich.

Die drahtlose Zukunft

Laut einer 2008 veröffentlichten Studie des Marktforschungsunternehmens ARC Advisory Group erwarten die Anbieter von Wireless-Technik, dass der Markt für die drahtlose Automatisierung in jedem der kommenden Jahre um etwa 30 Prozent gegenüber dem Vorjahr wachsen wird. 2007 machte das Gesamtvolumen noch unter 300 Mio. US-Dollar aus. Gemäß der ARC-Prognose wird es im Jahr 2012 deutlich die Milliardengrenze überschreiten.

Bestehende Einsatzfelder und Technologien vom RFID-Label bis zum Wireless LAN sollen ausgebaut werden, Anwender erhalten mehr Komfort, Flexibilität und neue Optionen. Zu rechnen ist damit zum Beispiel bei Ferndiagnose- und Fernwartungssystemen. Ähnliches gilt unter anderem für die Funkanbindung tragbarer Geräte, bei der neben Portable-Devices auch Wearables für manche Zwecke üblich werden dürften. Für Bedien- und Servicepersonal und -ausrüstung, Fahrzeuge in der innerbetrieblichen Logistik und weitere Betriebsmittel werden sich durch Wireless-Technik Schritt für Schritt immer präzisere People Tracking- und Asset Tracking-Systeme einrichten lassen. Robuste Meshed-Self-Healing-Networks, wie sie durch die Standards WirelessHART und ISA SP 100.11a beschrieben werden, sorgen dafür, dass die drahtlose Datenkommunikation immer zuverlässiger wird – in allen Bereichen, einschließlich Prozessautomatisierungs-Komponenten in explosionsgefährdeten Umgebungen.

Auch wenn es heute noch unvorstellbar erscheint, wird Wireless-Kommunikation selbst in den Bereich der sicherheitsgerichteten Anwendungen vorstoßen. Für mehr und mehr Komponenten und Systeme in Prozessanlagen entwickelt die Technologie sich so voraussichtlich zu einer Alternative und Ergänzung zu drahtgebundenen Netzen.

GSM/GPRS-Datentransfer in der Prozessautomation

Der General Packet Radio Service (GPRS) ist ein lange bewährter Kommunikationsstandard, mit dem über Mobilfunknetze Datenpakete übertragbar sind. Er wird beispielsweise häufig für Internetzugriffe per Notebook von unterwegs eingesetzt. Daneben stellt er auch die Basis für die populäre Blackberry-Technologie dar.

In der Prozessindustrie lässt GPRS sich außerdem für Fernwartungs- und Fernüberwachungsfunktionen an Pumpstationen, abgesetzten Tanklagern, Zentrifugen, Kompressoren und anderen Maschinen nutzen. Über eine GPRS-Anbindung können Feldgeräte und mobile Computer auch in eine Systemlösung integriert werden, die ihnen Zugriff auf dieselben unternehmensweiten MES- und ERP-Datenbanken ermöglicht wie der Prozessleittechnik sowie Workstations und Remote-PCs anderswo im Anlagen- und Büro-IT-Verbund. So können Techniker zum Beispiel im Feld auf zentral verwaltete Pläne, Bedienungsanleitungen, ATEX-Zertifikate und ähnliches leicht und sofort zugreifen, Service-Aufträge direkt quittieren und zeitnah dokumentieren.

GPRS stellt eine Alternative zum weit verbreiteten WLAN dar und bietet dabei den Vorteil eines eigenen reservierten Frequenzbereichs, so dass geringere Störungen der Funkverbindung auftreten als in den von WLAN genutzten ISM-Bändern. Zudem greift GPRS auf die vorhandenen, gut ausgebauten GSM-Mobilfunknetze zurück. Der Standard erfordert folglich keine Investitionen in ein eigenes Netz, sondern bietet sogar einen von der bestehenden IT-Infrastruktur des Unternehmens oder Standorts unabhängigen Kommunikationsweg. Neben der direkten Integration der über GPRS geführten Datenkommunikation lässt sich die Technologie auch für weitere Funktionen nutzen. Zum Beispiel sind zusätzliche Dienste wie die Benachrichtigung von Mitarbeitern im Fehlerfall mittels SMS oder E-Mail möglich.

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