5G-Kommunikation in Ex-Zonen: Anforderungen, Einsatzmöglichkeiten und technische Voraussetzungen im industriellen Umfeld
In explosionsgefährdeten, sogenannten Ex-Zonen, war die Einführung des 5G-Standards lange Zeit durch Sicherheitsbedenken und fehlende geeignete Endgeräte gehemmt. Inzwischen stehen erstmals zertifizierte 5G-Endgeräte für den Einsatz in diesen sensiblen Bereichen zur Verfügung. Hiermit lassen sich Produktionsprozesse lückenlos und mit hoher Geschwindigkeit digitalisieren und dies ohne Kompromisse bei der Sicherheit eingehen zu müssen.
Ob Predictive Maintenance oder KI-basierte Prozessoptimierung: Im Zeitalter des Industrial Internet of Things (IIoT) steht und fällt die Produktion mit robusten, latenzarmen Datenverbindungen. 5G spielt in dieser Entwicklung eine Schlüsselrolle: Es verbindet hohe Bandbreite mit minimaler Latenz, ermöglicht die Kommunikation von tausenden Endpunkten gleichzeitig und lässt sich flexibel skalieren. Insbesondere in Kombination mit Edge Computing entstehen neue Anwendungen, bei denen Daten direkt am Ort des Geschehens verarbeitet und analysiert werden. Dies spart Kosten, Wege und verhindert Ausfälle. Was in vielen Fabrikhallen und Logistikzentren bereits Realität ist, steht in der Prozessindustrie mit ihren vielen explosionsgefährdeten Bereichen vielerorts aus. Denn so groß das Potenzial auch ist, so hoch waren lange Zeit die technischen Hürden für die Einführung des 5G-Kommunikationsstandards in der Ex-Zone.
Vorteile 5G in der Industrie
In weitläufigen Produktionsbereichen stoßen WLAN und LTE schnell an ihre Grenzen: Feste Kabelverbindungen sind teuer und unflexibel, drahtlose Netzwerke leiden unter Interferenzen und begrenzter Gerätezahl pro Access Point.
Private 5G-Netze, oft als sogenannte Campus-Netze betrieben, bieten hier eine Alternative. Sie erlauben die vollständige Kontrolle über Datenflüsse und Sicherheitsrichtlinien, sind entkoppelt von öffentlicher Netzauslastung und lassen sich exakt auf die Anforderungen eines Standorts zuschneiden. Im Vergleich zu WLAN lassen sich mit 5G mehr Endpunkte mit höherer Qualität gleichzeitig vernetzen.
Die Kombination aus 5G und Edge Computing verändert die Architektur industrieller IT. Anstatt Sensordaten zentral zu verarbeiten, können mobile Endgeräte mit entsprechenden Rechenkapazitäten erste Auswertungen lokal durchführen. So lassen sich Reaktionszeiten verkürzen, Netzwerkbandbreiten entlasten und die Resilienz steigern.
Zugleich eröffnet sich mit AR-Anwendungen ein neuer Zugang zum Wissenstransfer im Feld. Monteure, Inspektoren oder andere Fachleute können über das Gerät digitale Wartungsanleitungen sicher einblenden, Standorte lokalisieren oder mit Remote-Experten zusammenarbeiten.
Sicherheitsrelevante und technische Anforderungen in Ex-Zonen
Bundesregierung greift PMeV-Vorschläge auf
Strikte Sicherheitsvorschriften gelten in Ex-Zonen – also Bereichen, in denen brennbare Gase, Dämpfe oder Stäube auftreten können. Zentrale Voraussetzung für den Einsatz von Geräten in der Ex-Zone ist die Zertifizierung nach den relevanten internationalen Regularien – etwa ATEX und IECEx für Zone 1/21 sowie 2/22 beziehungsweise Division 1 und Division 2. Diese Normen definieren unter anderem die maximale Oberflächentemperatur, den benötigen Schutzgrad gegen Staub und Flüssigkeiten sowie mechanische Anforderungen wie Stoß- und Vibrationsfestigkeit. Damit einher geht die Notwendigkeit einer gehärteten Gehäusekonstruktion, die hitzebeständige Materialien mit intelligentem Thermomanagement kombiniert. Gleichzeitig darf die Schutzfunktion nicht zulasten des Bedienkomforts gehen. Das Gerät muss sich auch mit Handschuhen, bei Regen oder in staubiger Umgebung bedienen lassen.
SPS (Speicherprogrammierbare Steuerungen), SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) oder DCS (Distributed Control Systems) sind in vielen Produktionsanlagen das Rückgrat der Prozesssteuerung. Um einen nachhaltigen Mehrwert in der Smart Factory darzustellen, müssen 5G-Endgeräte sich nahtlos in diese Infrastrukturen integrieren lassen: durch das passende Betriebssystem und andere Architekturmerkmale. Hinzu kommt die wachsende Bedeutung von Edge Computing: Moderne Geräte sollten Daten dezentral und in Echtzeit verarbeiten. Hierzu zählen KI-gestützte Anomalieerkennung, AR-basierte Prozessführung oder maschinennahe Statusanalysen. Dafür sind leistungsfähige Prozessorarchitekturen ebenso erforderlich wie ausreichend Arbeitsspeicher und lokaler Speicherplatz. Gleichzeitig müssen die Geräte über eine erweiterte Sensorik verfügen, um ortsbasierte Anwendungen wie Indoor-Navigation, Objektverfolgung oder Zustandsüberwachung zuverlässig zu unterstützen.
Auch an die Software sind die Anforderungen gestiegen. Over-the-Air-Updates von Betriebssystemen werden vorausgesetzt. Darüber hinaus müssen die Betriebssysteme mobiler Endgeräte in Enterprise-Mobility-Strategien integrierbar sein – etwa über MDM-Systeme oder Zero-Touch-Enrollment. In einem sicherheitskritischen Umfeld sind zudem biometrische Authentifizierungsmöglichkeiten wie Gesichtserkennung von hoher Relevanz, um Bedienfehler oder unbefugte Nutzung zu verhindern.
Zertifiziertes 5G-Tablet für Ex-Zonen
Diese Anforderungen adressiert Pepperl+Fuchs mit seinem neuen 5G-Tablet Tab-Ex 05 mit Zertifizierungen nach ATEX und IECEx für Zone 1/21 und 2/22 beziehungsweise Division 1 und Division 2. Das robuste Industrie-Tablet ist darauf ausgerichtet, als vollwertiges Frontend in heterogenen OT-Umgebungen zu funktionieren.
Über die Android-Plattform, basierend auf dem Samsung Galaxy Tab Active5, kann das Tablet eine Vielzahl industrieller Softwarelösungen ausführen, die sich typischerweise über offene Protokolle wie MQTT, OPC UA oder REST APIs mit den Leitsystemen koppeln lassen. Dadurch eignet sich das Gerät hervorragend als mobile Benutzeroberfläche für Visualisierung, Parametrierung oder Störfallanalyse direkt in der Anlage, ohne zurück in die Leitwarte gehen zu müssen.
Darüber hinaus erleichtert die Unterstützung von Enterprise Mobility Management (EMM)-Systemen wie Samsung Knox, Zero-Touch-Enrollment oder Mobile Device Management (MDM) die Einbindung in bestehende IT-Sicherheits- und Administrationskonzepte. Dies ist besonders relevant für Betreiber, die hohe Anforderungen an Rollout, Zugriffsschutz und Policy Enforcement stellen,zum Beispiel in regulierten Industrien wie Chemie, Pharma oder Öl & Gas.
Durch seine breite Konnektivität mit 5G, Wi-Fi 6, Bluetooth 5.3, NFC und GNSS, ist das Tab-Ex in der Lage, sich flexibel mit Edge Gateways, IoT-Plattformen oder Cloud-Diensten zu verbinden. So lässt es sich sowohl in lokale als auch in hybride und dezentrale Architekturen integrieren, was die Umsetzung moderner IIoT-Strategien in der Ex-Zone deutlich erleichtert.
Mit IP68-Schutz und MIL-STD-810H-Zertifizierung ist das Tablet nachweislich robust gegenüber Wasser, Staub und mechanischen Belastungen. Der Exynos 1380 Octa-Core-Prozessor, 6 GB RAM und 128 GB interner Speicher (erweiterbar auf bis zu 1 TB) sorgen für hohe Leistung. Das 8-Zoll-Display mit 1920 × 1200 Pixeln ist auch mit Handschuhen und bei Nässe bedienbar und unterstützt den S Pen für präzise Eingaben.
