Panel PC mit Ex-Schutz

Bislang wurden grafische Bedien- und Beobachtungssysteme dieser Leistungsklasse bei Funktionsausfällen oft entweder komplett ausgetauscht oder mehr oder weniger aufwändigen Reparaturprozeduren unterzogen. Open HMI-Systeme dagegen können sehr schnell und selbst im Ex-Bereich 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 höchst effiziente und dabei äußerst kostengünstige HMI-Lösung dar.

Open HMI-Geräte sind PC-basierte Bedien- und Beobachtungssysteme, die als Standgeräte oder eingebaut in Schalttafeln in der Industrie zum Einsatz kommen. Die Baureihe ist extrem robust ausgelegt und eignet sich deshalb selbst für sehr raue Umgebungen, in denen Vibrationen, Extremtemperaturen und/oder elektromagnetische Störeinstrahlung 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 ebenso wie Windows XP Professional oder auch Unix/Linux-Varianten einsetzen.

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, Mischern, Kompressoren, Beschichtern und in Lackierstraßen. Eine Schlüsselbranche ist last but not least die Chemie- und Pharmaindustrie: Zur Vor-Ort-Bedienung und für Batch-Prozesse ist hier Bedien- und Beobachtungstechnik gefragt, die nicht nur die bereits genannten Qualitäten bietet, sondern zum Beispiel auch Lösemittel problemlos toleriert, Reinraumanforderungen erfüllt und einschlägigen GMP-Vorschriften gerecht wird.

Für einen Großteil der Anwendungen quer durch die angesprochenen Bereiche gilt, dass ein servicefreundliches Design der HMI-Lösung hohe Priorität genießt. Da selbst die industrietaugliche PC-Technik, auf der moderne Bedien- und Beobachtungssysteme basieren, eine Reihe für Verschleiß anfällige 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 zusätzliche Probleme aufwerfen. Leider ist gerade bei explosionsgeschützten HMI-Systemen jedoch häufig das Gegenteil der Fall.

Viele 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 zudem die Sandkapselung, also die Schutzart Ex q, bei der das Gerätegehäuse befüllt und anschließend versiegelt wird. Solche Ex-Systeme dürfen gewöhnlich nur vom Hersteller repariert werden. Zudem können sie – unter anderem wegen der hygroskopischen Eigenschaften des Sandes – nicht überall vor Ort, sondern nur in bestimmter Umgebung geöffnet und sicher und mit garantiert trockener Füllung wieder verschlossen werden.

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

Mit der Open-HMI-Serie bietet R. Stahl HMI Systems eine weit elegantere – im Vergleich etwa auch nur halb so schwere – Alternative an. Im Inneren setzen sich die Geräte 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 dann auch direkt getauscht werden. Zudem bieten die Geräte einen Klemmkasten in Erhöhter Sicherheit Ex e, der gerade hinsichtlich der typischen Verschleißteile besonderen Komfort ins Spiel bringt – die Massenspeicher nämlich finden hier ihren Platz. Mit USB 2.0 Flash Drives in Größen bis 8 GB 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 GB verfügbar. Sollten diese dann doch einmal ausfallen, können sie zumindest sehr schnell ausgetauscht werden.

Kern eines Open HMI-Systems ist ein Pentium M-Prozessor mit einer Taktfrequenz bis 1,6 GHz. Bei geringem Energiebedarf bietet dieser Intel-Chip eine sehr hohe Performance. Dank der niedrigen Betriebsspannung kann auf einen Prozessorlüfter komplett verzichtet werden, was die Ausfallwahrscheinlichkeit der CPU erheblich senkt. Der Pentium M arbeitet wartungsfrei und erreicht eine sehr lange Lebensdauer. Open HMI-Systeme sind mit vorinstalliertem, aber um überflüssige Treiber abgespecktem Windows XP Embedded, wahlweise aber auch mit Windows XP Professional SP 2 oder Unix/Linux erhältlich und bringen auf Wunsch zudem betriebsbereit eingerichtete Standardapplikationen wie Siemens Win CC flexible oder Rockwell RSView mit. Gebootet wird innerhalb von nur 40 s. Das Bios wurde speziell angepasst und geschützt, auch die Systempartition 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 150 unterschiedliche Sprachenlayouts bereits beim Windows-Login.

Dank einer ganzen Reihe internationaler Zulassungen ist ein nahezu universeller Einsatz von Open HMI-Systemen 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 einsetzbar. Sie tragen die Kennzeichnung Atex II 2 (2) G Ex d e mb ib [ib] [op is] IIC T4 bzw. 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 bzw. Atex II 3 D IP65 T90°C gewährleistet. Neben 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.

Halle 7, Stand E13

cav 426

Bedien- und Beobachtungssysteme von R. Stahl

PCIC Europe Konferenz (Weimar)

Hannover Messe Interkama