Durch den steigenden Automatisierungsgrad und die stetig wachsenden Fähigkeiten von Robotern ist in vielen Fabriken immer weniger menschliche Unterstützung notwendig. Für die Überwachung, Kontrolle und Wartung von Maschinen und Robotern in der Smart Factory ist der Mensch jedoch immer noch unabdingbar. Ein weiterer Effekt, der mit der zunehmenden Automatisierung Hand in Hand geht, ist, dass  immer mehr Daten erzeugt werden. Diese Datenberge müssen tiefgreifend analysiert und zu nützlichen, für den Unternehmenserfolg wertvollen Informationen umgewandelt werden. Um diese Daten und Auswertungen optimal nutzen zu können, müssen sie – oft in Echtzeit sowohl im Factory Floor als auch im Kontrollraum – verfügbar und visualisierbar sein. Der Mensch muss auf alle relevanten Daten, Informationen und Prozesse zugreifen können. HMI-Geräte wie Monitore beziehungsweise Panel-PCs sind das ‚Fenster zum Prozess‘ und ermöglichen dessen Überwachung, Koordination und Optimierung. Unterschiedlichste Anforderungen in puncto Displaygröße, Darstellungsqualität, Robustheit und In-tegrierbarkeit werden dabei gefordert. Moderne, intelligente HMIs sind in die automatisierten Fertigungsprozesse der Smart Factory einbezogen und liefern relevante Informationen zum richtigen Zeitpunkt an der richtigen Stelle und machen so effiziente Entscheidungen möglich.
 

Ampelsysteme zeigen Status

Vielfach prägen Ampelsysteme (Tower Lights) über den Maschinen das Bild von Fertigungsanlagen. Nach dem Ampelprinzip zeigen sie den Status von Maschinen an: grün – ok, gelb – erfordert Anpassung beziehungsweise Korrektur, rot – bedeutet einen Halt der Maschine.

Hinter der simplen Farbanzeige verbirgt sich das aus japanischen Produktionslehren abgeleitete Andon-Prinzip. Die Idee dahinter: Mitarbeiter in der Produktion rasch über Ort und Art des Problems informieren, um ein Eingreifen zu ermöglichen und auf diese Weise Produktionsausfälle zu vermeiden. Mit einer simplen Ampel ist es aber bei den heutigen hochkomplexen Maschinen und Prozessen nicht getan – es sollten ergänzend zu dem Maschinenstatus in Ampelfarben weitere Informationen angeboten werden. Auf dieser Grundlage können dann Entscheidungen getroffen werden. Zusätzlich zu den Ampelsystemen werden deshalb häufig Andon-Boards eingesetzt. Werden diese als echte Displays realisiert, haben sie gegenüber reinen Ampelsystemen den entscheidenden Vorteil, dass sie neben den Ampelfarben weitere Detail-Informationen anzeigen können, wie etwa Hinweise zu Art und Ort der Störung. 
 

XXL-Monitore für Andon-Boards

Auch im Normalbetrieb können Andon-Boards die Effizienz steigern. Es können beispielsweise Auszüge aus bestehenden SCADA- oder MES-Lösungen angezeigt werden beziehungsweise anderweitige Informationen, wie ein Hinweis auf anstehende Wartungsarbeiten oder etwa Sicherheitshinweise. 

Auf einem herkömmlichen Industrie-Bildschirm ist der Bereich, der optisch abgebildet werden kann, allerdings in der Regel nicht ausreichend. Eine übersichtliche Darstellung, insbesondere über weite Entfernungen, ist erst mit großformatigen Industrie-Monitoren und Panel-PCs sinnvoll möglich. Sie können an zentraler Stelle positioniert und so aus jedem einzelnen Abschnitt einer Fertigungsstraße eingesehen werden. Alle Angaben sind aufgrund der Bildschirmgröße und der hohen Auflösung klar und deutlich lesbar, Facharbeiter können auch in vor- und nachgelagerten Abschnitten den Status rasch erkennen und ebenso, an welcher Stelle ein Problem auftaucht und möglicherweise eine Bedrohung für ihren Arbeitsbereich darstellt. 

Auch im Bereich der Visualisierung lassen sich auf den großformatigen Monitoren komplexe Abläufe so darstellen, dass bereits auf der obersten Visualisierungsebene viele Details angezeigt werden können. Ihre Größe und hohe Auflösung macht diese übersichtliche Darstellungsweise überhaupt erst möglich. Per Touchscreen ist dann im nächsten Schritt die Navigation in tiefere Prozessebenen möglich.

Großmonitore unterstützen nicht zuletzt den Trend zur papierlosen Fabrik. Übersichtlich lassen sich selbst komplexe Konstruktionszeichnungen auf einem XXL-Monitor anschaulich darstellen. Gleiches gilt für Angaben zur Konfiguration und Bestückung von Produkten. Auf dem großformatigen Monitor können mehr Information dargestellt werden, dadurch wird die Navigation in Dokumenten vereinfacht und die Konzentration auf die durchzuführenden Tätigkeiten gesteigert. Alle Daten lassen sich von einer zentralen Datenquelle abrufen. Damit ist deren Konsistenz und Aktualität gewährleistet. Veraltete Papiervorlagen gehören so der Vergangenheit an.

Die großformatigen Monitore oder Panel-PCs, wie sie Kontron mit dem FlatView XXL oder FlatClient XXL mit bis zu 75 Zoll Bildschirmdiagonale und bis zu einer Ultra-HD-Auflösung (4k) anbietet, sind mit verschiedenen Montagemöglichkeiten verfügbar. Je nach Anforderung können die Monitore und Panel-PCs mittels VESA-Befestigung an Wänden oder Ständern befestigt oder mittels Ring-Ösen gar von der Hallendecke abgehängt werden. Für die Panel-PCs der FlatClient-Serie mit Formaten von 10,4  bis 23,8 Zoll oder der Flat-Client-Serie XXL bis 75 Zoll bietet Kontron aktuell eine ECO-Version mit Intel-Atom-Quad-Core-Prozessoren oder eine Pro-Version mit Intel-Core-i5-Prozessoren an. 
 

Visualisierung bis zu 100 Meter Distanz

WideLink ist ein vom Betriebssystem unab­hängiges Übertragungsverfahren nach IEEE1911, mit dem die Daten­kommunikation zwischen abgesetztem Visualisierungssystem und Steuerungs­rechner über ein Ethernet-Kabel realisiert wird. Visualisierungseinheiten können mit der Technologie bis zu 100 m entfernt vom Steuerungsrechner betrieben werden.

© Kontron

Mit der WideLink-Technologie von Kontron lassen sich Bildschirme sogar bis zu 100 Meter entfernt von der Signalquelle positionieren. Das Übertragungsverfahren schließt die digitalen Signale für den Bildschirm, die Rückmeldungen des Touch-Interfaces sowie USB- und Audio-Signale mit ein. WideLink tunnelt diese Signale durch ein gängiges Ethernet-Kabel und stellt sie am Endgerät ohne Zeit- oder Qualitätsverlust zur Verfügung. Zur Übertragung werden im Steuerungsrechner weder CPU noch Speicher belastet, ein Betriebssystem oder zusätzliche Software werden nicht benötigt. Die Bilddaten werden dabei verlustfrei und in einer Auflösung bis Full-HD übertragen. Die WideLink-Technologie wird sowohl integriert in einem leistungsfähigen Embedded-Box-PC als auch mittels WideLink-Transceiver angeboten, der herstellerunabhängig jeden PC mit dem entsprechenden Monitor verbindet. Als dezentrale Visualisierungseinheit eignet sich etwa der Kontron-FusionView-Industrie-Monitor mit integriertem WideLink-Interface. 

Rechenleistung direkt am Monitor

Panel-PCs sind immer dann notwendig, wenn ‚Intelligenz‘ direkt am Monitor notwendig ist. Je nach Anwendung sind unterschiedlich leistungsfähige Systeme erforderlich, die gleichzeitig in die lokale Infrastruktur integriert werden müssen. Für industrietaugliche HMIs zählt nicht nur die Resistenz gegen Schmutz, Wasser, Vibrationen und andere Umgebungseinflüsse. Zusätzlich muss sich der Panel-PC nahtlos in eine bestehende OT- und IT-Umgebung einfügen. Dazu ist es wichtig, dass er die gängigen Standards erfüllt, insbesondere bei den Themen Vernetzung und Sicherheit. Die Vernetzung kann zum Beispiel verkabelt über Gigabit-Ethernet-Verbindungen erfolgen oder aber über WLAN. Dafür bietet Kontron Systeme an, deren WLAN-Antennen innenliegend verbaut sind, sodass sie vor Umwelteinflüssen geschützt sind, aber gleichzeitig beste Empfangsqualität bieten.

Die FusionView-Industriemonitore basieren auf einem rahmenlosen Design und verfügen über ein kratzfestes und entspiegeltes Frontglas. Optional sind sie mit LED-Alarmbar erhältlich.

© Kontron

Soll neben der reinen Anzeige eine Steuerung über die Industrie-Monitore stattfinden, kommen Touchscreens zum Einsatz, die entweder berührungs- oder druckempfindlich sind. Die Variante mit drucksen-sitiven Screens (resistiver Touch) eignet sich für Aufgaben, die aufgrund der Umgebungsbedingungen eine sensible Steuerung über Berührung mit den Fingern nicht zulassen. Zum Beispiel in Anlagen, in denen die Mitarbeiter dicke Handschuhe tragen müssen oder stark verschmutzte Hände eine zuverlässige Steuerung am Touchscreen nicht erlauben. 

Der berührungssensitive Bildschirm (kapazitiver Touch) dagegen akzeptiert alle Eingaben – wie von der Oberfläche eines Smartphones oder Tablets gewohnt. Ak-tionen können einfach mit den Fingern durch Wischen und Berühren ohne Druck ausgelöst werden. Ein sogenanntes Projected-Capacitive-Touchdisplay (PCAP) zeichnet sich ergänzend durch eine äußerst widerstandsfähige Glasoberfläche aus. Auf der Glasinnenseite ist die Sensorfolie aufgebracht. Durch diese Bauweise sind diese berührungsempfindlichen Bildschirme sehr kratzfest und beständig. Ein weiteres Beispiel sind sogenannte IR-Touchdisplays. Deren Funktionsweise basiert auf dem Lichtschrankenprinzip, das etwa bei den XXL-Monitoren und XXL-Panel-PCs zum Einsatz kommt. 

Für Investitionsschutz sorgt Kontron durch langjährige Verfüg- und Aktualisierbarkeit aller Komponenten, die auf den gängigen Prozessor- und sonstigen Industriestandards basieren.

Schutz im industriellen Umfeld

Monitore für das industrielle Umfeld sind mit besonderen Herausforderungen konfrontiert: Sie müssen dauerhaft resistent gegen starke Erschütterungen oder Vibrationen sein. Zudem muss der Schutz vor Eindringen von Staub oder unter Umständen von Spritzwasser gewährleistet sein. Je nach Anforderungen bietet Kontron Systeme an, die gegen leichte Umwelteinflüsse resistent sind oder komplett abgeschottete Geräte mit Schutzglas, die gegen Staubeinflüsse und starkes Strahlwasser abgedichtet sind und selbst Hochdruckreinigern standhalten – entsprechend bis hin zu den Schutzklassen IP69. Daneben ist es trotzdem notwendig, dass das Display bei allen Beleuchtungsbedingungen – etwa unabhängig vom Tageslichteinfall – gut ablesbar ist (etwa mittels einer matten, entspiegelten Oberfläche) und darüber hinaus bruchsicher – vor allem bei Anwendungen in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie.

Generell müssen HMIs so ausgelegt sein, dass sie möglichst ausfallsicher und wartungsfrei sind. Dazu gehört es beispielsweise, Monitore und Panel-PCs nicht mit Lüftern auszustatten, denn bewegliche Teile unterliegen dem Verschleiß und gehören damit üblicherweise zu den Schwachstellen. Panel-PCs setzen ­deshalb auf Prozessoren mit dem besten Leistung-pro-Watt-Verhältnis, um ebenfalls lüfterlos betrieben werden zu können. 

Kontron bietet bereits eine Vielzahl seiner Systeme in flexiblen und leistungsfähigen Standardkonfigurationen an, erlaubt allerdings auch weitere Anpassungen an gegebene Anforderungen mittels eines durchdachten modularen Designs mit definierten internen Schnittstellen. Auf diese Weise lassen sich aus einem Basisprodukt individuelle Geräte konfigurieren. Die Vorteile liegen auf der Hand: Auf der Basis von Standardgeräten werden entsprechend der gewünschten Anforderungen Lösungen erarbeitet. Die Standardgeräte samt enthaltener Standardkomponenten sind bereits in Serienproduktion und weisen eine entsprechend hohe Zuverlässigkeit auf und den damit einhergehenden Reifegrad auf. Dies bildet ein solides Fundament für individuelle Lösungen.

Autor: 
Günter Deisenhofer ist Produktmanager für HMIs bei Kontron.