Die Technologien, die am Human Machine Interface in der industriellen Automatisierungstechnik eingesetzt werden, folgen mit einer gewissen Verzögerung denen in der Consumer-Elektronik. Die Bedienung von Maschinen und Anlagen wird dadurch komfortabler und es lassen sich Funktionen realisieren, die vor einigen Jahren noch undenkbar waren. So hat etwa vor rund zehn Jahren Apple mit der Multitouch-Technologie den Markt der Mobiltelefone grundlegend verändert. Heute ist diese Technologie der iPhones und iPads nicht nur bei den Wettbewerbern im Mobilfunkmarkt, sondern auch in der Industrieumgebung angekommen. 

Multitouch erhöht Sicherheit

So hat etwa Schubert System Elektronik Multitouch-Systeme auch für das industrielle Umfeld entwickelt. Mit seinen Systemen der Serie Prime Cube ermöglicht der Mittelständler Anwendern aus dem Maschinen- und Anlagenbau sowie aus der Medizintechnik, moderne und benutzerfreundliche Bedienkonzepte zu entwickeln. Die Multitouch-Technologie gehört heute selbstverständlich dazu, auch wenn kritische und sicherheitsrelevante Anwendungen in der Regel ausschließlich über Taster bedient werden dürfen. 

Dabei kann die Multitouch-Technologie auch ein zusätzliches Plus an Sicherheit bei der Bedienung bieten: Je nach Funktion kann der Entwickler entscheiden, ob diese mit einer einfachen Touchbedienung oder nur mit einer Mehrfinger-Bedienung ausgelöst werden darf. Während das Navigieren innerhalb von Menüs oder das Blättern in einer Dokumentation sicher mit einfacher Touchbedienung möglich sein kann, sollte bei der Aktivierung einer Maschinenfunktion die erhöhte Sicherheit einer Zweifinger-Bedienung gefordert sein. Der Multitouch erkennt bis zu zehn Finger gleichzeitig und ermöglicht so Sicherheitseingaben – unbeabsichtigte Fehlbedienungen werden wirkungsvoll vermieden. Der Entwickler des Human Machine Interface muss dabei stets die Aspekte Sicherheit, Ergonomie und Benutzerfreundlichkeit abwägen. Die Multitouch-Technologie hat sich inzwischen weitgehend durchgesetzt – über 90 % der neuen Projekte basieren darauf.

Schutz für bis zu 55 Zoll

Auch im Bereich Display-Technologie hat Schubert Trends aus der Consumer-Elektronik adaptiert: Fernseher und Computer-Bildschirme werden immer größer und haben eine immer bessere Auflösung. Um die Kombination aus Touch-Technologie und großen Bildschirmdiagonalen industrietauglich realisieren zu können, wurde zunächst grundlegende Entwicklungsarbeit geleistet. Bei der Laminierung der Displays sowie der Auswahl der passenden Sensor-Technologie und der richtigen Parameter-Settings ist viel Know-how aufgebaut worden, von dem Anwender heute in den Projekten profitieren. Eine der wesentlichen Anforderungen für industrielle Umgebungen ist die hohe Schutzart. Üblicherweise wird IP65 gefordert, um die Hardware sicher vor Staub und Feuchtigkeit etwa in einer Produktionshalle zu schützen. Gerade die Kombination aus hoher Schutzart und großen Display-Diagonalen ist nicht so leicht zu erfüllen. 

Möglich wird dies mit einem spe­ziellen Rahmenprofil, das bei der Serie Prime Cube einen entsprechenden Schutz bei Display-Diagonalen von bis zu 55 Zoll bietet. Und auch die Auflösungen der Displays halten mit der Entwicklung im Fernsehbereich Schritt. HD-Auflösung oder sogar 4K UltraHD sind für viele Modelle aus der Serie Prime Cube erhältlich. Die hochauflösenden Displays ermöglichen detaillierte Visualisierung etwa von Maschinenzuständen.
 

Bedienoberfläche aus dem Baukasten

Der Bildschirm bietet also immer mehr Platz für die Bedienoberfläche der Maschine oder Anlage. Gerade bei Werkzeugmaschinen eröffnet dies zahlreiche Möglichkeiten, die sich mit dem so genannten HMI-Framework realisieren lassen. Die Original-CNC-Applikationen der großen Hersteller basieren in der Regel noch auf einem Seitenverhältnis von 4:3 und einer geringen Auflösung. Da die Displays das im Consumer-Bereich verbreitete 16:9-Format verwenden und gleichzeitig eine hohe Auflösung bieten, passen noch zahlreiche weitere Informationen auf den Bildschirm. 

Das HMI-Framework nutzt die groß­formatigen Displays, um zusätzliche Informationen anzuzeigen.

© Schubert System Elektronik

Das HMI-Framework integriert die NC-Visualisierung so in die Nutzeroberfläche, dass zum einen die Original-Oberfläche des Steuerungsherstellers angezeigt wird und außerdem erweiterte Funktionen im freien Raum des 16:9-Displays mit aufgenommen werden. Eine Möglichkeit ist etwa das Bild einer Arbeitsraumkamera einzublenden, was dem Bediener zum Beispiel den Einrichteprozess erleichtert. Auch andere Programme können mit dem HMI-Framework in den Bedienpanels integriert werden; so lassen sich etwa Anbindungen an ein ERP-System wie SAP darüber realisieren. Weitere Beispiele sind Dateiverwaltung, Datenbanken oder Werkzeugverwaltung. 

Über die Touch-Funktionalität sind außerdem anwendungsspezifische Softkeyboards der verschiedenen NC Steuerungen wie etwa von Siemens oder Fanuc möglich. Der Bediener hat durch diese Technologie mehr Funktionalität, ohne dass ein umständliches Umschalten zwischen verschiedenen Fenstern notwendig ist. Die Flexibilität des Systems ermöglicht außerdem eine einfache Anpassung des Bildschirms etwa für Links- oder Rechtshänder. Daneben unterstützt das Bedienkonzept die Umsetzung von Industrie-4.0-Konzepten, da eine Durchgängigkeit von der Maschine bis zur Unternehmensleitebene hergestellt werden kann. Papierlose Fertigung, Remote-Zugriff auf die Maschine und eine Fernwartung sind nur einige der Möglichkeiten, die sich damit ergeben.
 

Das Innere der Geräte

Die Hardware im Inneren der Geräte aus der Prime-Cube-Serie basiert auf bewährter IPC-Technik. Spezielle Industrie-Mainboards sind je nach Bedarf der Anwendung mit Single-, Dual- oder Quad-Core-Prozessoren bestückt, vom einfachen Intel Atom oder AMD Fusion bis hin zur 5. Generation des Intel Core i7. Damit kann für praktisch jede denkbare Anwendung am Human Machine Interface ausreichend Rechenleistung zur Verfügung gestellt werden. So können etwa auch aufwendige Visualisierungen zusammen mit Steuerungsaufgaben auf einem System ausgeführt werden. Die Hardware-Architektur ist auf eine hohe Energie-Effizienz optimiert und ermöglicht es, dass die CPU- und Systemkühlung über einen weiten Temperaturbereich ohne Lüfter auskommt. Bei der Speicherausstattung hat der Anwender vielfältige Optionen: von CF über HDD und SSD bis hin zu Raid-Systemen. Die Geräte der Serie Prime Cube sind mit zahlreichen Schnittstellen (Profinet, Gigabit-Ethernet, USB 3.0, DVI-I, VGA, S-ATA, DP, Mini PCI-E fullsized, RS232/422/485, SSE-Link) ausgestattet, die eine nahtlose Integration sowohl in die Kommunikation innerhalb der Maschine oder Anlage als auch in das IT-Umfeld garantieren. Bei allen Systemen setzt Schubert hochwertige und langzeitverfügbare Komponenten ein. 

Moderne Konzepte am Human Machine Interface sind heute auch im industriellen Umfeld gefragt. Die Anwender erwarten eine benutzerfreundliche Bedienung, wie sie es aus anderen Bereichen – etwa bei Mobiltelefonen, Tablets oder Navigationssystemen – gewohnt sind. Touchbedienung, große Bildschirmdiagonalen mit hoher Auflösung und innovative Menüführung erfüllen die Erwartungen des Bedieners. Den Fachleuten bei Schubert System Elektronik ist allerdings klar, dass mit den heute bereits verwendeten Technologien das Ende der Entwicklungen bei Weitem noch nicht erreicht ist. So arbeitet der Spezialist für Systeme am Human Machine Interface bereits an den Zukunftstechnologien Gesten- und Sprachsteuerung.

Autor: Dr. Jörg Lantzsch ist Fachjournalist, Agentur Dr. Lantzsch.