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So klappt‘s mit dem Ex

Text: Harry Jacob, A&D
Von der Energiegewinnung über die Fahrzeugproduktion bis hin zur Lebensmittelbranche: In den unterschiedlichsten Industriebereichen müssen Anlagen mitunter den Anforderungen des Explosionsschutzes genügen. Mit dem richtigen Automatisierungssystem kann auf die Unterscheidung zwischen Ex- und Nicht-Ex-Bereich verzichtet werden.

Das Thema Sicherheit steht heute auf der Agenda der Automatisierungs- und Steuerungsanbieter ganz weit oben – in allen seinen Facetten: Schutzkonzepte im Rahmen von Industrie 4.0 und die Sicherheit der Anlagen, die auch den Explosionsschutz umfasst. Die Nachfrage nach Ex-geeigneten Komponenten wächst stetig, und mit den zunehmend intelligenteren Bauteilen lassen sich neue Anwendungsbereiche finden, die Kosten sparen und die Entwicklungszeiten reduzieren.

Abgestufte Schutzbereiche

Der Explosionsschutz differenziert nach verschiedenen Zonen, die sich durch den Grad der Gefährdung unterscheiden lassen:

  • Zone 0 / Zone 20: Hier herrscht ständig, überwiegend oder zumindest über lange Zeiträume eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln (Zone 0) oder Stäuben (Zone 20) vor;

  • Zone 1 / Zone 21: Hier herrscht im Normalbetrieb gelegentlich eine explosive Atmosphäre, wobei mit „gelegentlich“ mehr als 30 Minuten pro Jahr, aber weniger als 50 Prozent der Betriebszeit der Anlage gemeint sind.

  • Zone 2 / Zone 22: Hier herrscht im Normalbetrieb keine Explosionsgefahr, oder zumindest nur kurzzeitig, also weniger als 30 Minuten pro Jahr.

Insbesondere die Zonen 2 (Gase, Dämpfe, Nebel) und 22 (Stäube) als gemäßigte Zonen werden immer häufiger für Systemtechnik verwendet, um die gefährlicheren Zonen 0/20 und 1/21 hierfür zu vermeiden. Dies verringert den Kostenfaktor für die Anlagen- und Maschinenbauer, weil der Ex-Schutz dort weniger Aufwand verursacht.

Mit dem Wago-I/O-System 750 ist es möglich, Ex-i-Module – zusammen mit regulären Nicht-Ex-i-Modulen – zu betreiben, um damit aus der Zone 2/ 22 heraus Sensorik und Aktorik der Zonen 1/ 21 und 0/ 20 zu bedienen.

Ex-Schutz in der Praxis

Bis 2012 gab es den Güllebonus, ein Förderinstrument des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG), das einen Boom bei Biogasanlagen auslöste. Die Eggersmann-Gruppe in Bad Oeynhausen konnte von der Nachfrage profitieren, denn sie hatte modular aufgebaute Anlagen entwickelt, die sich innerhalb von nur 20 Arbeitstagen aufbauen lassen. Hohe Zuverlässigkeit sowie geringe Investitions- und Betriebskosten haben zum guten Ruf der Eggersmann-Anlagen beigetragen.

„Die Betreiber unserer Anlage wollen aus organischen Abfällen möglichst effizient regenerative Energie erzeugen. Deshalb arbeiten wir auf der Prozessebene mit einem hohen Automatisierungsgrad und wenig Personalaufwand“, erklärt Ralf Schröder aus dem Bereich Elektrokonstruktion und Automatisierungstechnik bei Eggersmann, den aktuellen Markt. Zum Einsatz kommt dabei das zuvor erwähnte I/O-System, in erster Linie zum Sammeln von Ex-i-Signalen, verbunden mit enger Kommunikation zur zentralen Steuerung sowie einer Sicherheits-SPS. Durch diese Kombination gelingt es, die Anlage auch bei einer Störung weiterhin überwachen zu können. Steigt die Methan-Konzentration im Rohrgang soweit an, dass ein explosionsfähiges Gemisch entsteht, dann kann die Sicherheitssteuerung die Spannung von Sensorik und Aktorik in den betroffenen Betriebsbereichen abschalten.

Abschalten heißt nicht Stopp

Dieses gewollte Abschalten hätte jedoch zur Folge, dass zwar keine Zündquelle mehr vorhanden ist, die Anlage aber auch nicht mehr überwacht werden kann. Das Problem: Die Bakterien, die das Biogas erzeugen, produzieren einfach weiter. „Wir können deshalb nicht die gesamte Anlage abschalten, weil wir dann nämlich nicht mehr wissen, wie es um den Prozess bestellt ist“, unterstreicht Ralf Schröder.

Die Lösung für dieses Dilemma fand der Anlagenbauer im I/O-System 750, das es ermöglicht, die blauen Ex- und die hellgrauen Nicht-Ex-I/O-Module zusammen an einem Knoten zu betreiben. Während Komponenten ohne Ex-Schutz sicher spannungsfrei geschaltet werden, bleiben Systeme mit einem entsprechenden Atex-Eigenschutz in Betrieb und sorgen so für die benötigte Sicherheit.

Vorteil im Engineering

Funktional beruhen die Module auf der gleichen Basis. Somit ermöglicht das I/O-System durchgängiges Arbeiten auf einer einzigen Geräteplattform, das gilt auch für die Software-Werkzeuge in der Planung. Die blauen, eigensicheren Ex-Module eignen sich für alle Sensoren und Aktoren, die sich in den Ex-Zonen 0/20, 1/21 und 2/22 befinden. Dieser Verbleib innerhalb einer Serie bietet dem Maschinen- und Anlagenbau Vorteile bereits beim Engineering, ebenso bei der Inbetriebnahme und Wartung.

Auch die Anpassung von Maschinen und Anlagen auf unterschiedliche Anwendungsfälle sind dadurch einfach zu realisieren. So gibt es Länder, in denen bei ansonsten gleichen Prozessen Lösungsmittel zum Einsatz kommen, in anderen dagegen nicht. Die Anlage muss in diesem Fall nur einmal projektiert werden, lediglich die verwendeten Komponenten werden je nach Anwendungsfall unterschiedlich gewählt. Diese einfache Möglichkeit, sich den Marktgegebenheiten sowie nationaler Regelungen anzupassen, senkt die Engineering-Zeiten und ermöglicht schnellere Lieferungen – und dient damit der Wettbewerbsfähigkeit.

Für Eggersmann waren zusätzlich die gasdichten, wartungsfreien Federklemmverbindungen sowie die hohe Vibrationsfestigkeit ein Grund für die Entscheidung zugunsten von Wago. Aber auch die standardisierten Kommunikationsprotokolle zur Fernwartung, die Offenheit bei der Kommunikation mittels verschiedener Feldbusstandards, die kompakte Bauform und die freie Programmierbarkeit nach IEC 61131-3 kamen den Mindenern zugute. Und nicht zuletzt der Service, den Wago mit international verfügbaren eigenen Ersatzteilressourcen bietet.

Ex-Schutz-Bedarf nimmt weiter zu

Biogas ist jedoch nur eine von vielen Anwendungen, bei der Automatisierungslösungen im Umfeld explosionsfähiger Stoffe zum Einsatz kommen. Die wachsenden Nachfragen und technischen Herausforderungen sowie das große Thema Sicherheit sorgen dafür, dass der Bedarf an Ex-Schutz-Lösungen weiter steigt – und zwar in ganz unterschiedlichen Branchen, darunter Automobilbauer, Bergbau, Elektrizität, Chemie, Öl und Gas, Petrochemie oder Wasser.

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