Schutz vor dem großen Knall

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Prozeßvisualisierung - Die Visualisierung von Produktionsprozessen mit Panel-PCs setzt sich in vielen Anwendungsbereichen durch. Jetzt stehen vollwertige Lösungen auch für das explosionsgefährdete Umfeld zur Verfügung

04. Juli 2005

PC-basierte Datenverarbeitung ist schon lange nicht mehr auf die Büro-Umgebung begrenzt, sondern ein fester Bestandteil vieler Produktionseinrichtungen geworden. Hier bietet diese ausgereifte Technologie speziell im Bereich der Visualisierung eine Reihe von Vorteilen: So ermöglicht der Einsatz von Massen-Komponenten preisgünstige Lösungen, und die offenen Schnittstellen erlauben die schnelle Integration in vorhandene Anlagen. Der Ethernet-Netzwerkanschluß gestattet zudem eine einfache Datenübergabe in die übergeordnete Leitebene. Vielseitig einsetzbar sind dabei vor allem die sogenannten Panel-PCs mit berührungsempfindlichem Bildschirm: Sie vereinigen eine Bedienoberfläche und einen leistungsfähigen Industrie-PC in einem einzigen kompakten Gehäuse und benötigen deshalb zur Bedienung weder Tastatur noch Maus. Panel-PCs sind damit prädestiniert für einen Einsatz auch unter den oft schmutzigen oder vibrationsreichen Verhältnissen des Industriealltags. Problematisch ist der Einsatz vieler Panel-PCs jedoch in einer explosionsgefährdeten Umgebung. Speziell für solche Betriebsbedingungen hat jetzt der weltweit tätige IPC-Hersteller Extec Oesterle aus dem baden-württembergischen Esslingen eine Reihe von Lösungen entwickelt, die sich speziell für die Überwachung mittelgroßer Anlagen eignen.

Die Modelle PCEX 410 und PCEX 412 aus der Produktfamilie Visuex eignen sich für den Einsatz als Maschinenterminal, als Client für Visualisierungsaufgaben, als Soft-SPS mit unterlagerter Remote I/O oder als browserbasiertes Terminal in einer Internet/Intranet-Konfiguration. Sie sind konzipiert für den Einsatz im Ex-Bereich nach Kategorie II 2G (Gasatmosphäre, Zone 1+2) und II 3D (Staubatmosphäre, Zone 22) und eignen sich damit für den überwiegenden Teil der im Ex-Bereich vorkommenden Applikationen. Die Anforderungen nach Kategorie II 2G erfordern ein »hohes Sicherheitsmaß«, das auch bei häufigen -Gerätestörungen noch ausreichend Sicherheit gewährt. Die konstruktive Umsetzung der Ausführungsvorschriften der Zündschutzklassen gemäß EN 50014ff ist daher mit einem erheblichen Aufwand verbunden. So arbeiten die Computer ohne Lüfter und besitzen eingebaute serielle TTY/RS485 und Ethernet-Schnittstellen für die Verbindung zu SPS und Server im sicheren Bereich, auch über große Distanzen. Diese eigensicheren Schnittstellen erlauben zudem den Anschluß eines Barcodelesers und einer eigensicheren Zusatztastatur mit Roll-kugelmaus oder Touchpad.

Das Grundmodell PCEX 410 besitzt ein berührungsempfindliches TFT-Display der 10-Zoll-Klasse mit einer Auflösung von 800 x 600 Bildpunkten zur Cursorsteuerung, 24 Funktionsta-sten mit beschriftbaren Einschubstreifen und Leichtdioden sowie einen separaten Nummernblock zur Eingabe von Ziffern. Die Variante PCEX 412 mit einem 12-Zoll-Display bietet 1.024 x 768 Bildpunkte und eignet sich damit für sämtliche HMI/Scada-Softwarepakete. Die Bedienung erfolgt über Touch Screen und Eingabetasten.

Beide Ausführungsvarianten sind auch als ThinClient erhältlich. Dabei wird der Panel-PC lediglich als Ein- und Ausgabe-Terminal für einen Server und benötigt beispielsweise in der Regel keine Festplatte. Die Kommunikation zwischen Server und Terminal Client geschieht über Ethernet. Für den Einsatz in der rauen Industrieumgebung besitzt die Front die Schutzart IP 65, die eigensicheren Tasten sind hinter einer Polyesterfolie plaziert.

Eine serielle Schnittstelle erlaubt die Kommunikation mit einer Steuerung oder einer Anlage über große Distanzen, ein Ethernet-Netzwerkanschluß ermöglicht zusätzlich den Datenaustausch mit der Anlage, dem Prozeßleitsystem oder über das Intranet/Internet. Die Verbindung dieser Schnittstellen mit der Prozeßsteuerung im sicheren Bereich geschieht ohne weitere Sicherheitsmaßnahmen über eine in der Zündschutzart Exe »erhöhte Sicherheit« (EN 50019) ausgeführte Klemmlei-ste an der Geräterückseite. Eine integrierte USB-Schnittstelle ermöglicht die Installierung von Software über ein externes CD-Laufwerk. Drei eigene sichere Schnittstellen gestatten zudem den Anschluß von explosionssicheren peripheriegeräten wie einer Zusatztastatur, einer Maus oder Barcodeleser zur erweiterten Datenerfassung. Standardmäßig vorinstalliert ist das Betriebssystem Microsoft Windows XP embedded.

Für den Einsatz als normales Bedienterminal mit klassischer SPS-Anbindung eignet sich das Modell PCEX 410. Der Datenaustausch zwischen Bedienterminal und SPS erfolgt dabei über die serielle RS485 Schnittstelle. Zur Darstellung der Prozesse auf dem Panel-PC dient eine Scada-Applikation.

Mehr Möglichkeiten bietet der Einsatz mehrer Panel-PCs als validierbare Client/Server-Anwendung unter der Steuerung eines zentralen Prozeßleitsy-stems, beispielsweise in Produktionsanlagen der Pharmaindu-strie. Die Verbindung sämtlicher Geräte mit dem Leitsystem geschieht dabei über Ethernet TCP/IP. Auf dem Panel-PC läuft als Applikation das validierbare Scada-Softwarepaket des Prozeßleitsystem-Herstellers.

Diese Lösung ermöglicht eine eindeutige Identifizierung der Benutzer und einen personen-bezogenen Zugriffschutz für einzelne Systemfunktionen und entspricht damit der Forderung nach Validierbarkeit von Anlagen für die Herstellung pharmazeutischer Produkte entsprechend den Vorgaben der amerikanischen Gesundheitsbehörde FDA. Diese fordert unter anderem eine Manipulationssicherheit der Daten, den Zugriff auf unveränderte Rohdaten sowie manipulationssichere Protokolle für eine gesicherte Aufzeichnung zur Rückverfolgung aller Produktionsschritte.

Weitere Einsatzmöglichkeiten der Prozeßankoppelung erlaubt der Anschluß des Panel-PCs an eine Siemens-Steuerung über die Ethernet-Schnittstelle in Verbindung mit einem Ether--net-zu-Profibus-DP-Gateway. Im Schaltschrank der Steuerung ist dazu ein Ethernet-Switch montiert, der den Panel-PC und das Unternehmens-Netz verbindet. Der Anschluß zur SPS erfolgt indirekt über das Netlink-Gateway. Auf dem explosionsgeschützten Panel-PC selbst läuft eine Applikation, die den Prozeßverlauf darstellt und dem Bediener über ein Paßwort Zugang zur manuellen Fahrweise der Maschine erlaubt. Über eine zweite Applikation wird das Bedienterminal mit dem Automatisierungsnetzwerk verbunden. Dieses überträgt über Ethernet und TCP/IP die Zugangsdaten, Auftragsnummer und Produktfreigabe an das übergeordnete Prozeßsystem zur Legitimation und Protokollierung.

Rainer Traub, Extec GmbH

Erschienen in Ausgabe: 05/2004