Wie kommen Energie und Signale zum Schaltgerät oder zum Sensor? Neben den bewährten Leitungsverbindungen werden in der Prozessindustrie zunehmend kabellose, funkgebundene Systeme eingesetzt. Die Anpassung dieser Technologie an die Anforderungen des Explosionsschutzes stellte Entwickler vor Herausforderungen, die inzwischen aber gelöst sind. Explosionsschutz und Funk – wie passt das zusammen? In der Tat sind Funknetze in explosionsgefährdeten Bereichen generell kritisch zu betrachten, weil sie Energie ins Umfeld einbringen. Aber bei der Signalübertragung vom Schalter bzw. Sensor zum Auswertegerät handelt es sich um Funksignale mit extrem geringem Energiegehalt, sodass Risiken ausgeschlossen sind. Zugleich adressiert der Einsatz kabelloser Schaltgeräte den Wunsch der Maschinenbauer und Anwender nach möglichst einfachen Lösungen, wobei sich diese Anforderung sowohl auf die Installation als auch auf die Wartung bezieht. In explosionsgefährdeten Bereichen gelten dabei hohe Anforderungen an die Schnittstelle von Schaltgerät und Leitung: Kabeleinführungen und Steckverbindungen müssen ex-gerecht ausgeführt sein. Bei beweglichen Maschinenelementen müssen zudem besondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, um beispielsweise eine elektrostatische Aufladung der Komponenten zu vermeiden.
Kabellos ist meist einfach, günstig und – wenn richtig umgesetzt – sehr sicher
Ob ex-gerechte Steckverbindungen, Schaltgeräte mit Anschlussräumen, ex-konforme Schleifleitungen oder Drehdurchführungen – die etablierten Lösungen bringen einen hohen konstruktiven Aufwand mit sich und meist auch höhere Kosten. Deshalb stösst die kabellose Technik zunehmend auf Interesse, zumal sie sich in anderen Bereichen der Industrie längst bewährt hat.
Als Hersteller hochwertiger Schaltgeräte hat sich Steute intensiv mit der Thematik beschäftigt und eine Wireless-Ex-Technologie entwickelt, die inzwischen in der zweiten Generation verfügbar ist. Am Anfang stand der EnOcean-Funkstandard‚ dessen Grundversion in der Gebäude- und Industrieautomation weit verbreitet ist. Zu seinen Kennzeichen gehört eine hohe Übertragungssicherheit bei geringem Energiegehalt (rund 10 mW) und die unidirektionale Kommunikation. Eine individuelle 32-Bit-ldentifikationsnummer schafft die Voraussetzung, dass mehrere Schaltgeräte in einem Sendebereich arbeiten können. Auch die Unempfindlichkeit der Signalübertragung gegenüber Signalen aus anderen Funknetzen wie DECT, WLAN etc. ist gewährleistet. Die maximalen Reichweiten sind 30 m in Gebäuden und 300 m im Freifeld. Die Energieversorgung erfolgt autark über einen elektrodynamischen Energiegenerator. Diese Funktechnologie wurde nach den ATEX-Anforderungen zertifiziert und im Markt eingeführt.
Langjährige Erfahrung des Anbieters für moderne Anwendungen nutzen
Die kabellose Kommunikation eröffnet viele neue Möglichkeiten beispielsweise bei der Gestaltung von Mensch-Maschine-Schnittstellen. Diese Möglichkeiten wurden bei Steute schon frühzeitig erkannt, sodass das Unternehmen inzwischen auf fast zehn Jahre Erfahrung in der Entwicklung kabelloser Schaltgeräte zurückblickt. Dabei sind Technologieplattformen und Funkstandards entstanden, die exakt an das jeweilige Einsatzfeld angepasst sind. Sie eignen sich sowohl für die Prozesstechnik als auch für den Maschinen- und Anlagenbau.
Zu den Anwendungsbereichen gehören unter anderem die Prozesstechnik sowie die Produktion und Verarbeitung aller Stoffe, die eine Staubumgebung verursachen wie in der Holzindustrie. Die Weiterentwicklung basiert auf der von Steute entwickelten sWave-Funktechnologie im 868- und 915-MHz-Bereich. Das industriegerechte Funkprotokoll erlaubt die bidirektionale Kommunikation, kann also zum Beispiel Präsenzsignale senden. Das ist besonders sinnvoll bei den Applikationen, in denen die Schalter Anlagenkomponenten überwachen und eher selten schalten. Ausserdem erlaubt das bidirektionale Protokoll die Überwachung der Batteriespannung. Ohne wesentlich höhere Kosten lässt sich insgesamt eine noch höhere Verfügbarkeit erreichen. Die Schaltgeräte arbeiten batteriegestützt, der Batteriewechsel im Ex-Bereich ist ohne weiteres möglich. Da die Funkempfänger in der Regel im Schaltschrank montiert sind, funkt das Signal aus dem Ex-Bereich heraus, sodass die Empfangseinheiten nicht den Anforderungen des Explosionsschutzes entsprechen müssen.
Wireless nutzen – in Ex-Zonen so einfach wie sonst in der Industrie
Alle Steute-Schaltgeräte mit der Wireless-Ex-Technologie sind in die Zündschutzart «eigensicher» eingruppiert und gemäss EN 60097-11 für das Schutzniveau i ausgelegt. Damit können sie normgerecht in den Gas-Ex-Zonen 1 und 2 sowie in den Staub-Ex-Zonen 21 und 22 eingesetzt werden. Eine Benannte Stelle hat die EG-Baumusterprüfbescheinigung erteilt. Ausgestattet mit der sWave-Technologie sind unter anderem die Positionsschalter der Baureihe Ex RF 96 sowie die induktiven Sensoren der Serie Ex RF IS in Zylinderbauform mit verschiedenen Durchmessern. Sie werden in Kombination mit einem universellen Funksender betrieben, der auch für die eigensichere Spannungsversorgung sorgt. Somit können Maschinenbauer und -anwender nicht nur in der allgemeinen Automatisierungs- und Prozesstechnik, sondern auch in explosionsgefährdeten Bereichen von den Vorteilen der Wireless-Technologie profitieren. Um für die wachsende Zahl von Applikationen geeignete Lösungen anzubieten, baut der Hersteller das Schaltgeräteprogramm kontinuierlich aus.
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