Lange Zeit war die Ex-Zone das Stiefkind der Industrieanlagen. ‚Ex-Zone‘ meint jene Bereiche einer Industrieanlage, in denen entzündliche Gase, Dämpfe, Stäube oder Nebel potenziell eine explosive Atmosphäre bilden können. Ausgelöst werden kann eine Explosion durch Funkenschläge, Zündquellen oder erhitzte Oberflächen. Um Menschen und Anlagen in der Ex-Zone vor Schäden zu schützen, gelten strikte Sicherheitsvorschriften – unter anderem auch detaillierte Vorgaben hinsichtlich der Konstruktion und Zertifizierung der eingesetzten Geräte.

Mobilgeräte, die sowohl den Anforderungen an die Sicherheit als auch an die Performance im Kontext der Smart Factory gerecht wurden, waren lange Zeit Mangelware. Alleinarbeiter in der Ex-Zone griffen aus diesem Grund häufig auf Papier und Stift zurück, um Anlagendaten zu erfassen, Prozessbeschreibungen zu Rate zu ziehen oder ihre Einsätze zu dokumentieren. Diese analogen Daten mussten vorab mit ins Feld genommen und/oder anschließend in mühevoller Handarbeit in die Systeme zurückgespielt werden. Das Ergebnis dieser Digitalisierungslücke: umständliche Workarounds, Medienbrüche und Fehlerquellen mit der Folge der Ineffizienz oder gar von Risiken.

Sicherheit auf allen Ebenen

Damit ein mobiles Gerät wie beispielsweise ein Smartphone auch in der Ex-Zone eingesetzt werden darf, muss es gemäß Ex-Schutz-Normen zertifiziert sein, beispielsweise gemäß IECEx (international) oder ATEX (für den europäischen Raum). Dazu sind die folgenden Eigenschaften Pflicht:

• Robuste Bauweise: Das Smartphone muss sowohl mechanischen Belastungen wie Vibrationen, Stößen oder einem Aufprall widerstehen, als auch chemischen Belastungen, etwa dem Kontakt mit diversen Lösungsmitteln.
• Abdichtung: Der IP-Schutz muss ausreichend hoch sein, um das Eindringen von Staub oder Flüssigkeiten in das Gerät zu verhindern (das heißt, mindestens IP54, Pepperl+Fuchs beispielsweise hat jedoch mindestens IP64 zum Ziel).
• Elektrische Sicherheit: Elektrostatische Entladungen oder Funkenschläge können explosionsfähige Atmosphären entzünden und müssen unbedingt verhindert werden.
• Temperaturmanagement: Das Gerät – beziehungsweise insbesondere der Akku oder die verwendete Batterie – darf auf keinen Fall überhitzen. Erzeugte Wärme muss sicher abgeleitet werden.

Weitere Eigenschaften der Hardware betreffen das Thema Ex-Schutz eher sekundär, müssen aber dennoch gegeben sein, um den Arbeitsalltag in einer Industrieanlage abzubilden: Dazu gehört beispielsweise ein bruchfestes, kratzfreies Smartphone-Display, das sich auch mit Handschuhen oder bei Nässe bedienen lässt. Hinzukommen eine besondere Helligkeit und der Kontrast des Displays, um eine optimale Lesbarkeit auch bei direkter Sonneneinstrahlung zu gewährleisten.

Doch zu einem rundum sicheren Smartphone für die Industrie gehört mehr als eine robuste und eigensichere Hardware – wie bei allen digitalen Tools und Devices sind die Cybersicherheit und die Integrität der Daten ein zentraler Faktor in der Smart Factory. Das heißt, die Sicherheitsarchitektur des Betriebssystems muss auf dem neuesten Stand sein. Regelmäßige Over-the-Air-Updates unter Einbindung der Geräte in ein Mobile-Device Management (EMM) schließen Sicherheitslücken des Betriebssystems oder der Software, noch bevor diese entstehen. Nicht trivial ist zudem das Thema technischer Support: Kommt es zu Problemen mit dem Gerät, ist schneller Rat in sicherheitskritischen Umgebungen unabdingbar – am besten zeitnah und in der Landessprache.

Funkloch adieu

Mit dem eigensicheren "Smart-Ex 03" stellt Pepperl+Fuchs ein 5G- und Wi-Fi-6-fähiges Smartphone für den flexiblen Einsatz in öffentlichen und privaten Netzwerken vor. Das 6-Zoll-Smartphone bietet unter anderem ein innovatives Device Health Monitoring.

© Pepperl+Fuchs

Funklöcher auf dem Industriegelände führen nicht nur zu Datenverlusten und unterbrochener Kommunikation, sondern können schlimmstenfalls Leben gefährden, wenn Alleinarbeiter in Not nicht sofort Hilfe rufen können. Als reine Kommunikationsgeräte waren in den letzten Jahrzehnten Funkgeräte und zuletzt Tetrafunkgeräte etabliert. Allerdings waren damit keine standortübergreifenden Gruppenanrufe möglich und die Suche nach einer freien Frequenz kostete oft wertvolle Zeit. Mit dem Ende des Lebenszyklus vieler Tetrafunkgeräte setzt sich in der Industrie zunehmend Push-to-Talk over Cellular (PTToC) durch. Mit Push-to-Talk over Cellular wird die Technik eines klassischen Walkie-Talkies auf dem Mobiltelefon simuliert. Mit einem Tastendruck können ein oder mehrere vordefinierte Teilnehmer sofort erreicht werden, ohne die klassische telefonische Verbindungsaufnahme.

PTT kann sowohl in öffentlichen als auch privaten Mobilfunknetzwerken über WLAN, 4G/LTE oder 5G betrieben werden. Damit fällt der Standard auf fruchtbaren Boden, denn immer mehr Industrieunternehmen rüsten ihre Kommunikationsinfrastruktur auf. Die stabile Konnektivität sorgt für unterbrechungsfreie und leicht verständliche Gespräche. Besonders wertvoll ist dies in Umgebungen mit hoher Lärmbelastung, in der akustische Missverständnisse zu Fehlern oder gar Sicherheitsrisiken führen können. Die Realisierung ortsunabhängiger Kommunikation mittels PTT-Anwendungen trägt den dynamischen Arbeitsszenarien in der Industrie 4.0 Rechnung, in denen mehrere Mitarbeitende von unterschiedlichen Standorten aus kommunizieren.

Hohe Performance für digitale Workflows

Smartphones müssen als ‚Schweizer Taschenmesser der Smart Factory‘ Funktionalität, Sicherheit, Konnektivität und Performance in einem bedienerfreundlichen, robusten Gerät vereinen. Ein Beispiel für ein solches Gerät ist das neue und nach ATEX und IECEx zertifizierte ‚Smart-Ex 03‘. Dieses eigensichere Smartphone für die Ex-Zone kombiniert das Know-how der Pepperl+Fuchs Unternehmenstöchter Ecom Instruments und Aava Mobile. Es wurde zu 100 % in Europa entwickelt, um die Sicherheit der Hard- und Software sowie zuverlässigen Support zu gewährleisten. Für zusätzliche Sicherheit und geringe Ausfallzeiten in der Ex-Zone sorgt ein Device Health Monitoring: Die Hardware überwacht sich selbst und verfügt über ein intelligentes Batteriemanagement für optimierte Laufzeiten. Durch die Unterstützung von Kommunikationsstandards wie 5G, Wi-Fi 6 und PTT sorgt das Smartphone für reibungslose Kommunikation in öffentlichen und privaten Mobilfunknetzwerken weltweit. Zwölf Antennen eröffnen insgesamt über 55 Frequenzbänder – 24 verschiedene 5G-Bänder, 31 verschiedene 4G-Bänder sowie mehrere ausgewählte 3G- und 2G-Bänder. Der Wechsel des Netzwerks ist dank zusätzlicher SIM ohne physischen Austausch und remote möglich. Zusätzlich zur Dual eSIM kann auf Wunsch auch eine Nano-SIM genutzt werden.

Der Autor: ist Head of Communication bei Pepper+Fuchs in Mannheim

© Pepperl+Fuchs

Ausgestattet mit Android 13, einem Qualcomm Snapdragon QCS 6490-Prozessor, 128 Gbyte RAM und Google ARCore ermöglicht das Smartphone Smart Factory-Einsätze wie beispielsweise Augmented Reality. Die Kombination aus einer 13-Megapixel-Kamera hinten sowie einer 5-Megapixel-Frontkamera liefert hochauflösendes Bild- und Videomaterial für Dokumentationen, Schulungen, Scans oder Data Harvesting. Ein kapazitives 6-Zoll-Multitouch-Display mit einer Auflösung von 1080 × 2160 Pixeln ermöglicht ein problemloses Arbeiten mit dem Smartphone – auch bei direkter Sonneneinstrahlung, Nässe oder der Bedienung mit Handschuhen. Darüber hinaus besitzt das Smartphone frei programmierbare Tasten für die Bedienung durch Rechts- und Linkshänder. Videocalls mit dem Remote Support, Diagnose-Daten direkt aus der Anlage und damit vorausschauende Instandhaltung sind problemlos auf dem gesamten Anlagengelände möglich, ob in oder außerhalb der Ex-Zone.

Pepperl+Fuchs auf der SPS 2023: Halle 7A, Stand 246 + 411