Ex-Schutz für industrielle Funknetzwerke
Die drahtlose Technologie ist nun zu einem integralen Bestandteil von Industrie 4.0. Insbesondere in der Logistik, der Maschinenwartung und der Produktionsüberwachung und -steuerung spielt die drahtlose Kommunikation eine wichtige Rolle. Die Vorteile liegen vor allem in einfachen Installationen, der Sensor-/Aktorausstattung von dezentralen Anlagen und der Prozesssteuerung mit mobilen Endgeräten. Ein besonders relevantes Anwendungsfeld ist das Asset Management, bei dem die drahtlose Messung die Zustandserfassung von Produktionsanlagen im Einsatz deutlich vereinfachen und die prädiktive Diagnose verbessern kann.
Funknetzwerke
Für den industriellen Bedarf steht heute eine breite Palette verschiedener Funkstandards zur Verfügung, die je nach Einsatzzweck sehr unterschiedliche Vorteile bieten. Für viele statische Sensor-/Aktorverbindungen mit geringem Datenaufkommen eignen sich Sub-GHz- oder 2,4-GHz-Technologien wie Wireless-Hart, ISA100.11a, Lorawan oder auch Low Energy Bluetooth. Für die Kommunikation mit entfernten Produktionseinheiten oder hochmobilen Geräten empfehlen sich Technologien wie 3G, LTE, NB-IOT und 5G. Für die schnelle, breitbandige Datenübertragung zwischen mobilen Teilnehmern auf begrenztem Terrain sind dagegen leistungsfähige WLAN-Lösungen auf Basis des IEEE 802.11-Standards und zugeschnitten auf Ethernet-basierte Protokolle die erste Wahl.
Im Ex-Bereich
Die Explosionsschutzrichtlinie hat festgestellt, dass alle Betriebsmittel für die Funklösung, wie WLAN-Access-Points, Mobilfink-Komponenten und RFID-Lesegeräte und -Antennen, potentielle Zündquellen sind. Sie dürfen daher nicht ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen verwendet werden. Elektromagnetische Felder sind keine Zündquellen für den Ex-Gefahrenbereich, es sei denn, die Funkquelle überschreitet mehrere hundert Watt.
Es besteht aber die Gefahr, dass die Felder in unzureichend EMV-geschützten Metallobjekten oder elektronischen Schaltungen Ströme induzieren, die zur Funkenbildung führen. Deshalb definiert die internationale Norm IEC EN 60079-0 Grenzwertanforderungen für Funksignale im Ex-Bereich. Die Norm fordert neben der Einhaltung von Grenzwerten im Normalbetrieb auch eine Fehlerfallbetrachtung für Geräte in Zone 1, die Explosionsgefahren durch Kurzschlüsse, heiße Oberlächen oder statische Entladung zu berücksichtigen.
Besondere Herausforderungen ergeben sich für Betreiber von verfahrenstechnischen Anlagen, die bei der Suche nach geeigneten Geräten auch den Explosionsschutz berücksichtigen müssen. Die für den Betrieb in der Ex-Zone 1 erforderlichen Funkkomponenten sind in der Regel durch spezielle Gehäuse geschützt. Für den Einsatz von WLAN-Standardgeräten, die nicht speziell für den Ex-Bereich zugelassen sind, ist der Einbau in druckfeste oder überdruckgekapselte Gehäuse, die den Zündschutzarten Ex d oder Ex p entsprechen, eine gute Lösung. Damit ist aber die „Antennenfrage“ nicht gelöst, denn die meisten entsprechend gekapselten Gehäuse sind aus Metall, das die elektromagnetische Strahlung der Antenne stark abschirmt. Während sich RFID-Lesegeräte oder Bewegungsmelder aufgrund ihrer gerichteten Antennen in Ex-d-Gehäusen hinter einer Glasscheibe platzieren lassen, standen anfangs für die omnidirektionale Abstrahlung nur ex-zertifizierte externe Antennen in sehr begrenzter Auswahl zur Verfügung. Zudem erschweren ihre explosionsschutzbedingten Bauformen ohne die sonst üblichen Standard-Steckverbinder eine flexible Installation und die Wartung. Für die zuverlässige Funktion der Funkverbindung ist jedoch der Einsatz einer auf die Anwendung abgestimmten Antenne ein entscheidendes Kriterium.
Sicherer Anschluss herkommliche Antennen (R.Stahl)
Auf Grundlage eines umfangreichen Gehäusesortiments und passender HF-Trenner stellt der Explosionsschutz-Experte R. Stahl Lösungen zum Einsatz konventioneller WLAN-Hardware in den Ex-Zonen 1 und 2 bereit, die nicht mit den üblichen Flexibilitäts- und Kostennachteilen herkömmlicher Antennenlösungen behaftet sind. Zur sicheren Kapselung potenziell gefährlicher WLAN-Access-Points in Zone 1/21 hat der Anbieter zunächst projektspezifisch dimensionierte, druckfest gekapselte Gehäuse für Geräte von Herstellern wie Cisco und Aruba in Schutzart Ex d konfektioniert. Ein separierter, in Ex e ausgeführter Anschlussraum gestattet den unkomplizierten Anschluss von CAT-Kabeln oder Lichtwellenleitern. Dafür sorgen auch die für den Einsatz in Ex-Zone 1 entwickelten Ethernet-Klemmen und LWL-Spleißkassetten.
Zudem verfügen die geprüften und für den weltweiten Einsatz zertifizierten Gehäuselösungen über eigensichere Durchführungen zum externen Anschluss beliebiger industrietauglicher Antennen. Für diesen Zweck hat der Hersteller kompakte Hochfrequenztrenner der Reihe 9731 für Frequenzbereiche von 150 MHz bis zu 8 GHz im Programm, die außer WLAN (WiFi) diverse andere Funkstandards wie Bluetooth, Lorawan, Wireless-Hart und ISA100.11a unterstützen. Die Hochfrequenztrenner verhindern, dass niederfrequente Signale im Fehlerfall übertragen werden, und führen den externen Antennen nur Signale auf eigensicherem Niveau entsprechend Ex ia IIC zu. Zugleich vereinfachen sich Installation und Handhabung der Lösungen deutlich, da Wireless-Geräte und externe Antennen nicht mehr mit unflexiblen Leitungen ohne Steckverbinder zu verbinden sind. Stattdessen lassen sich konfektionierte Verbindungskabel bei Bedarf einfach anstecken oder abziehen. Noch einfacher ist es, die Antenne direkt auf die Gehäusedurchführung zu montieren.
Viele Unternehmen verwenden bereits WLAN-Netzwerke in ihren Verwaltungs- und Logistikbereichen. Da die Funknetze erst dann maximalen Nutzen bieten, wenn sie firmenübergreifend homogen sind und sich zentral administrieren lassen, empfehlen die IT-Verantwortlichen in der Regel eine durchgängig abgestimmte Hardware. Eine andere Hürde ergibt sich durch das nachvollziehbare Ziel, Zusatzaufwand durch Lieferantenwechsel und Änderungen der Wartungsstrategien zu vermeiden. Daher sind viele Anwender bestrebt, bei Erweiterungen ihres WLAN-Netzwerkes in die Produktionsbereiche identische Geräte zum Einsatz zu bringen. Diese Geräte besitzen im Regelfall aber keine Ex-Zulassungen, was bisher dazu führte, dass diese Geräte auch für den Einsatz in der Zone 2 durch ein Ex-d-Gehäuse geschützt werden mussten.
Gehäuselösungen für Zone 2 (R.Stahl)
Für Installationen in Zone 2 mussten Anwender bislang meist identische Gehäuse und Konfigurationen wie für Zone 1 verwenden – einschließlich desselben Installations- und Kostenaufwands. Eine wirtschaftliche Alternative bieten die schwadensicheren Gehäuse der Serie 9851 von R. Stahl. Die Kunststoffgehäuse sind in Zündschutzart Ex nR ausgeführt und beschränken das Eindringen explosionsfähiger Atmosphären auf ein ungefährliches Maß. Wie die Gehäuse für Zone 1 verfügen sie über einen abgesetzten ex-ec-geschützten Anschlussraum, der den Verkabelungsaufwand minimiert. Aufgrund der neuartigen Kombination von Ex-nR-Gehäusen zum Schutz der IT-Technik mit einem separaten Anschlussraum kann ihre Dichtigkeit bereits werksseitig geprüft werden und eine Überprüfung vor Ort entfallen. Der Anwender nutzt lediglich den Anschlussraum. Die in verschiedenen Größen erhältlichen Kunststoffgehäuse sind im Vergleich zu Ex-d-Lösungen bis zu 70 % leichter und deutlich montagefreundlicher. Zudem erlaubt das Gehäusematerial den problemlosen Einbau von Funkmodulen, die wie viele WLAN- oder RFID-Lesegeräte lediglich über interne Antennen verfügen.
Der Systemanbieter für die ex-geschützte Vernetzung führt außerdem ein großes Sortiment eigener Geräteentwicklungen und Netzwerkkomponenten wie Remote I/O-Systeme mit Ethernet-Schnittstellen für Zone 1 und 2, kompakte WLAN Access Points für Zone 2, VM-fähige, ex-geschützte Thin Clients oder für Zone 1 zertifizierte CCTV-Kameras im Sortiment. Explosions¬geschützte Anschlusskomponenten zur Ethernet-Vernetzung per Kupferkabel oder LWL – zum Beispiel GBit/s-Ethernet-Klemmen, optisch eigensichere Medienkonverter und Switches oder Spleißboxen in Schutzart „Ex op pr“ – komplettieren das Angebot.
WLAN-Zugangspunke von anderen Herstellern
CISCO2700_3A – Access point enclosure 3 WIFI antennas 2.4GHz
ATEX-Kennung: 2G Ex d IIB+H²
Temperaturklasse: T6-T3
IP-Schutzart: 66
Temperaturbereich von -20 – +40°C
Ex-Zonen-Zulassung für 1 & 2
CISCO3700_4A – Access point enclosure MIMO 4 WIFI antennas 2.4GHz
ATEX-Kennung: 2G Ex d IIB+H²
Temperaturklasse: T6-T3
IP-Schutzart: 66
Temperaturbereich von -20 – +40°C
Ex-Zonen-Zulassung für 1 & 2
EXAP2800_4A – Access point enclosure DUAL BAND WIFI
ATEX-Kennung: 2G Ex d II
Temperaturklasse: T5
IP-Schutzart: 65
Temperaturbereich von -20 – +40°C
Ex-Zonen-Zulassung für 1 & 2
Access-Point / WLAN EX-M UAP LR
ATEX-Kennung: II3G Ex ec IIB (T4) Gc
Beschreibung Ex-Machinery bietet eine explosionsgeschützte ATEX WI-FI-Infrastruktur für sichere und hochleistungsfähige drahtlose Netzwerke in ATEX-Zonen. Wir bieten ATEX-umgebaute Ubiquiti Unifi-Zugangspunkte an, die für ATEX-Zone 2 (Gasexplosionsgefährdete Bereiche) und ATEX-Zone 22 (Staubexplosionsgefährdete Bereiche) geeignet sind. Unsere ATEX-Experten modifizieren modernste Zugangspunkte von Ubiquiti Unifi so, dass sie ATEX-konform und damit explosionsgeschützt sind. Andere Marken können auf Anfrage ATEX-konform modifiziert werden. So können Sie Ihren vertrauenswürdigen Access Point sicher in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzen.
