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Prozessautomatisierung und Ex-Schutz Maßgeschneiderte Automatisierungslösungen auch für den Ex-Bereich

Autor / Redakteur: Andreas Grimsehl, Alexander Aust, Jörg Hartleb* / Dr. Jörg Kempf

Prozessautomatisierung mit zuverlässigem Explosionsschutz ist eine komplexe Herausforderung. Der Beitrag zeigt an drei Beispielen auf, wie Anwender von Gesamtlösungen profitieren können – von der Planung über die Zertifizierung bis zum Enterprise Mobility Management. Ein umfassender Technologie-Baukasten macht’s möglich.

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Ein ausgetüfteltes automatisiertes Verfahren zur Absturzsicherung ist eines von drei Beispielen, die aufzeigen, wie Pepperl+Fuchs Prozessautomatisierung mit zuverlässigem Explosionsschutz kombiniert.
Ein ausgetüfteltes automatisiertes Verfahren zur Absturzsicherung ist eines von drei Beispielen, die aufzeigen, wie Pepperl+Fuchs Prozessautomatisierung mit zuverlässigem Explosionsschutz kombiniert.
(Bild: Pepperl+Fuchs)

Die Automatisierungstechnik in der Prozessindustrie muss zunehmend komplexe Aufgaben lösen und gleichzeitig einer wachsenden Zahl regulatorischer Vorschriften gerecht werden. Mensch und Umwelt sind wirkungsvoll zu schützen, während nach Möglichkeit Effizienz und Produktivität immer weiter steigen sollen. Zudem sollen die Anlagen früher oder später den Anforderungen der Industrie 4.0 entsprechen. Daraus ergeben sich beträchtliche Anforderungen an die eingesetzte Sensorik, die Signalübermittlung und die Verarbeitung der Daten – Spezialisten sind gefragt! In Mannheim wird man fündig: Pepperl+Fuchs gehört zu den weltweit führenden Herstellern von industriellen Sensoren, mit umfassendem Know-how bei zentralen Technologien und einer großen Fertigungstiefe. Auf dieser Grundlage kann das Unternehmen in sehr kurzer Zeit anwendungsspezifisch angepasste Produkte entwickeln und nach Vorgaben von Kunden produzieren.

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Zugleich sind die Mannheimer Weltmarktführer im Bereich Explosionsschutz bei der Interfacetechnik und gelten als Innovationstreiber speziell in den Bereichen Remote I/O, Schaltschränke und Feldbustechnik. Mit seinen Solution Engineering Centers (SEC) hat Pepperl+Fuchs außerdem Einheiten geschaffen, die den Kunden Gesamtlösungen anbieten: Bedarfsanalyse und Planung, Engineering, Fertigung, Funktionsprüfung und Zertifizierung. Die Tochterfirma Ecom ist Weltmarktführer für eigensichere Mobilgeräte. Der neue Produktbereich Digitale Produkte und Services komplettiert das Portfolio und eröffnet neue Anwendungen. Im Folgenden sollen an drei Beispielen das umfassende Angebot skizziert und die Vorteile maßgeschneiderter Gesamtlösungen aufgezeigt werden.

Beispiel 1: Absturzsicherung

Die Abfüllung von Flüssigkeiten in Kesselwagen erfordert in der Regel den Personeneinsatz auf einer Bühne. Im Nicht-Ex-Bereich hatte der Kunde für ein Chemie-Unternehmen bereits ein automatisiertes Verfahren zur Absturzsicherung implementiert. Dessen Kernstück ist ein 2-D-LiDAR-Sensor des Typs R2000, der unter dem Bühnengeländer montiert ist und darunter sein Scanfeld aufspannt. Bei Kollisionsgefahr löst der Scanner ein Warnsignal aus. Die Bewegung der Bühne wird automatisch unterbrochen.

Um diese Technologie auch im Ex-Bereich einsetzen zu können, integrierte Pepperl+Fuchs den Scanner in ein für den Ex-Bereich zugelassenes druckfestes Aluminium-Gehäuse mit Sichtfenster. Darin wird der Sensor mit einer Neigung von 15 Grad montiert, um eine Verfälschung der Signale durch Lichtbrechung zu vermeiden. Zertifiziert wurde die Lösung für die Ex-Zonen 1,2, 21 und 22. Der Kunde konnte bestehende Strukturen an der Anlage beibehalten und auch im explosionsgefährdeten Bereich auf eine vertraute Technik zurückgreifen.

Beispiel 2: Nachfolge für Europakarte

Die 19-Zoll-Technik, allgemein als „Europakarte“ bekannt, ist in den Schaltschränken prozesstechnischer Anlagen sehr weit verbreitet. Doch sie ist inzwischen veraltet und wird von den großen Herstellern kaum noch unterstützt. Da es bald keine Ersatzgeräte mehr geben wird, steht in vielen Anlagen die Umrüstung auf eine modernere Interface-Technologie an. Als Nachfolge kommen Interfacetechnik, Remote I/O oder Feldbustechnik in Frage. Die Austauschszenarien reichen vom Austausch ganzer Schaltschränke bis zum Ersatz einzelner Racks. Eine klare Migrationsstrategie wird insbesondere in sicherheitsrelevanten Bereichen mit Zertifizierungsauflagen benötigt.

Sollen komplette Schaltschränke ersetzt werden, wird ein neuer Schrank nach Kundenvorgaben konzipiert. Vor Ort müssen im Idealfall nur noch die Leitungen auf Übergabeklemmen oder -boards gelegt werden. Noch intakte Europakarten stehen als Ersatz für andere Anwendungen zur Verfügung. Wenn das bestehende Schaltschrank-Layout erhalten bleiben kann, genügt ein Austausch einzelner Komponenten.

Für den Austausch der Europakarten gegen das K-System hat die Mannheimer Experten ein spezielles Rack entwickelt. Es bietet Anschlusswaben, die für die leichte Migration konzipiert sind und die vorhandene Leitungsführung aufnehmen können. Damit lassen sich die bestehende Infrastruktur im Feldbereich sowie das Grundgerüst des Schaltschranks beibehalten.

Das spezifische Produktangebot wird durch einen umfassenden Service ergänzt. Die Spezialisten von Pepperl+Fuchs bereiten den Übergang von der Europakarte zur Nachfolgetechnik für den Kunden vor. Ihre Arbeit beginnt mit einer detaillierten Analyse der bestehenden Leitungsführung. Sie ermitteln die Möglichkeiten der Adaption und erstellen den Plan für das neue Rack mit aktueller Interfacetechnik. Bei der Fertigung der neuen Baugruppenträger werden die Interface-Komponenten mittels Waben oder Miniklemmen vorverdrahtet. Nach dem Einsetzen des Racks müssen häufig nur noch die Leitungen ab- und wieder angeklemmt werden.

Mit diesem Vorgehen lässt sich der größte Teil der Migrationsarbeiten außerhalb der Anlage ausführen. Der eigentliche Austausch nimmt nur kurze Zeit in Anspruch und kann in der Regel während eines geplanten Stillstands erfolgen. Der Rack-Austausch nach diesem Prinzip kostet etwa um den Faktor zehn weniger als ein Austausch des ganzen Schaltschranks. Mit dem K-System können die Europakarten beliebiger Hersteller ersetzt werden. Wenn komplette Schaltschränke ausgetauscht werden sollen, übernimmt Pepperl+Fuchs Entwicklung, Aufbau und Verdrahtung sowie die umfassende Projektdokumentation mit Stromlaufplänen.

Beispiel 3: Mobile Geräte im Ex-Bereich

IIoT und Industrie 4.0 beruhen darauf, dass Daten umfassend gesammelt, analysiert und dezentral verwaltet werden können. Mobile Endgeräte können als digitale Gateways fungieren, die Vernetzung unterstützen und Zusatzfunktionen bieten, etwa Bildübertragung oder Mitarbeiterschutz. Letzterer ist von besonderer Bedeutung, da in der Prozessindustrie die Alleinarbeit sehr häufig vorkommt.

Die Pepperl+Fuchs-Tochter Ecom hat 1994 das erste Handy für den explosionsgefährdeten Bereich entwickelt und auf den Markt gebracht. Das Unternehmen gehört international zu den ersten Adressen, wenn es um mobile Geräte für den industriellen Einsatz in kritischer Umgebung geht. Mit der Produktsparte Digitale Produkte & Services bietet Ecom heute ein umfassendes Portfolio, um die Anwender sowohl bei der Aufwertung des Datenflusses als auch beim Mitarbeiterschutz und weiteren Zusatzfunktionen zu unterstützen. Die Dienstleistungen umfassen das Management und die Echtzeitüberwachung mobiler Geräte (Staging, Mobile-Device-Management). Die Geräte werden bereits bei der Fertigung automatisch vorkonfiguriert. Mobile Geräte lassen sich so nicht nur unkompliziert einrichten und managen, sondern auch jederzeit aktualisieren. Der Service kann auf dieser Grundlage bis zum vollständigen Enterprise Mobility Management (EMM) reichen.

Für die problemlose Kommunikation der mobilen Geräte sind die umfassende Zertifizierung sowie der Support der Hard- und Software von EMM-Systemen wichtige Voraussetzungen. Beides gewährleistet Ecom durch die Android-Enterprise-Zertifizierung sowie die Zertifizierung für die marktführenden Device-Management-Systeme. Passende Software und Apps erlauben die breite Vernetzung ohne Beschränkung auf eine bestimmte Technologie. Apps und Betriebssysteme lassen sich automatisch installieren, aktualisieren und verwalten. Durch Nutzung der digitalen Services können die für den Industrieeinsatz konzipierten Geräte zu eigenständigen Hubs werden und die fortschreitende Digitalisierung des Betriebs wirksam unterstützen.

* A. Grimsehl und A. Aust, Pepperl+Fuchs, Mannheim; J. Hartleb, Ecom Instruments, Assamstadt.

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