Gegenüberstellung der Stärken und Schwächen der verschiedenen Visualisierungsansätze

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Eine der am häufigsten eingesetzten Visualisierungslösungen ist heute die Kombination aus klassischer Hardware-SPS und HMI-Panel. Angesichts der Vielzahl an Anbietern auf beiden Seiten mit den unterschiedlichsten Ausprägungen ist dies nicht verwunderlich. Unterscheiden sich die einzelnen SPSen in ihrer Performance, in den anzukoppelnden I/O-Modulen, den Motion- und Safety-Funktionen, der Vernetzung sowie im Preis, so gehen bei den HMI-Lösungen neben der Rechenleistung für Kommunikation, Grafik und Datenverarbeitung zusätzlich die Qualität der Projektierungsumgebung für die Oberflächengestaltung weit auseinander. Während bei dem einen Anbieter umfangreiche Bibliotheken für Grafikobjekte, Seitenvorlagen und Stilrichtungsauswahl vorhanden sind, bieten andere weit weniger ausgestattete Vor­lagen. Nahezu perfekt wird die HMI-Umgebung, wenn der Anwender die vorhandenen Funktionen nach eigenen Vorstellungen abändern kann und somit Know-how in seine Oberfläche bringt, die nur er kennt und ihm einen Wettbewerbsvorteil verschafft.

Diese kombinierte Lösung hat ihre Stärken in der Vielfältigkeit der Einsatzbereiche sowie in der nahezu unbegrenzten Ausprägung der Anwendung. Sie hängt häufig von der Erweiterungsmöglichkeit der angeschlossenen Steuerung ab und dem erforderlichen Investment für alle Arten von I/Os. Zu berücksichtigen ist, dass der Anwender zwei vonei­nander unabhängige Programmierumgebungen kennen und beherrschen muss. Ebenso müssen die Kommunikationsprotokolle und die Datenübergabe abgestimmt sein. Die Anschaffung eines solchen Systems wird schließlich meist bei zwei unterschiedlichen Lieferanten getätigt, die beide bezahlt werden wollen.

Web-Visualisierung punktet beim Preis

Die Web-Visualisierung basiert auf einer Client-Server-Struktur. Hierbei nutzt man separate oder existierende IT-Netzwerke, auf die sogenannte Web-Clients aufgeschaltet werden. Sie zeigen in einem Browser-Fenster die notwendige Bedienoberfläche mit Prozessdaten an, welche auf dem Web-Server – also der Steuerung – hinterlegt ist. Der größte Vorteil hierbei ist der Anschaffungspreis. Es werden häufig bestehende Kabel-Topologien genutzt und zur Visualisierung reicht ein Standard-Webbrowser aus, der auf einem Monitor, einem Panel oder einem ein­fachen PC läuft. Zudem stellt sich kein Treiber- oder Ankopplungsproblem, und es müssen auch keine Runtime-Lizenzen für die Panels erworben werden.

Das Visualisierungskonzept über Web-Clients kommt dann an seine Grenzen, wenn die Anwendung eine gewisse Komplexität überschreitet. So sind die Erfassung und das Abspeichern von Maschinendaten und Störmeldungen (Datenlogging) im Client oft nicht zu realisieren. Hinzu kommt die Abhängigkeit von der als Web-Server ausgelegten Steuerung. Sie ist der Flaschenhals für alle benötigten Funktionen. Sind sie im Leistungsumfang nicht vorhanden, gibt es keine Erweiterungsmöglichkeit. Die Projektierung der Bedienoberflächen ist ebenfalls vollkommen abhängig vom mitgelieferten Editor. Kommt der Anbieter aus der HMI-Richtung, wird er vermutlich komfortable Visualisierungsfunktionen mitbringen. Ist die Steuerungsseite das ursprüngliche Betätigungsfeld, so kann es passieren, dass der Projektierer eher eine spartanische Oberflächengestaltung vorfindet und keine bedienerfreundliche Prozessgestaltung entwerfen kann.

Scada – wenn es komplexer wird

Scada-Lösungen (Supervisory Control and Data Acquisition) kommen üblicherweise dann zum Zuge, wenn es gilt, komplexe vernetzte Anlagen und Prozesse sowohl auf lokaler als auch zentraler Ebene zu überwachen und zu steuern. Das bedeutet, dass Prozessdaten gesammelt und an übergeordnete Leitsysteme weiter vermittelt werden. Eine oder mehrere SPSen überwachen und steuern dabei im Feld, PCs oder Client-Monitore dienen zur Benutzereingabe und stellen den gesamten Ablauf bildlich dar.

Bei diesem Visualisierungskonzept gibt es in der Regel keine Limitierung in Bezug auf I/Os oder zu vernetzende Eingabestationen. Der Entwicklungsaufwand ist sicherlich höher als bei kleineren Projekten, doch mittlerweile bieten die Scada-Hersteller komfortable Editoren, die in Sachen Oberflächenerstellung kaum Wünsche offen lassen. Zu berücksichtigen ist auch hier, dass eine separate Steuerungsprogrammierung vonnöten ist, selbst wenn das Scada-Paket im Rahmen der Bildgestaltung automatisch einen SPS-Code erzeugen kann.

Bei dieser Lösung liegt nahe, dass der finanzielle Aufwand weit über dem anderer HMI-Konzepte liegt. Nicht zuletzt durch die kostenintensiven Runtime-Lizenzen der einzelnen Hersteller, die I/O-gebunden berechnet werden, lohnt sich diese Art zum Bedienen und Beobachten nur für die ganz großen Prozessvisualisierungen.

HMI-Panel und SPS – vielfach das ideale Duo

Ist eine Steuerung in ein Bedienpanel integriert, dann ist dies häufig die ideale Lösung für eine Vielzahl von Anwendungen. Möglich wird das Konzept durch die Leistungsfähigkeit heutiger Prozessoren. Sie übernehmen neben der Datenaktualisierung der grafischen Prozessdarstellung gleichzeitig die strukturierte Verarbeitung der Steuerungsdaten. Die CPU-Priorität liegt dabei immer auf dem Steuerungsteil. Das Panel besitzt entweder eigene Ein-/Ausgänge oder bietet eine Ankopplungsmöglichkeit für unterschiedliche Remote-I/Os und ist dadurch flexibel in der Ausprägung der Anwendung. Obwohl der Umfang der zu verarbeitenden digitalen und analogen Signale nicht ganz an den leistungsstarker Hardware-SPSen heranreicht, lassen sich mit HMI-Steuerungen selbst umfangreiche Applikationen realisieren – von Verpackungsanlagen und Montageautomaten über Licht-, Tür-, Klima- und Belüftungssteuerungen bis hin zu Produktionsmaschinen aller Art.

Abgesehen vom geringeren Platzbedarf ist sicherlich der Preisvorteil eines Kombigeräts wesentlich für die Entscheidungsfindung. Insbesondere Serienmaschinenhersteller mit überschaubarer Steuerungsfunktionalität profitieren von der Zusammenführung der SPS-Visualisierung. Immer mehr in den Fokus der Maschinenbauer kommt zudem die Benutzungsfreundlichkeit ihrer Anlage. Denn intuitive Bedienung und der damit verbundene geringere Schulungs- und Wartungsaufwand sind mehr und mehr wichtige Verkaufsargumente. Und hier spielt ein Kombisystem klare Vorteile aus, wenn die Lösung HMI-basiert aufgesetzt wurde.

Der Kombi-Ansatz von Beijer Electronics

Im iX-Developer wird lediglich der Codesys-Treiber als Kommunikationsportokoll festgelegt.

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Diesem Trend zur Kombination von HMI-Panel und SPS Rechnung tragend, hat auch Beijer Electronics seiner HMI-Lösung iX eine Steuerung „spendiert“ und die entstandenen Lösung entsprechend „iX SoftControl“ genannt. Sie basiert auf dem herstel­lerunabhängigen Automatisierungstool Codesys (Version 3.5), welches mittlerweile über 350 OEM-Anbieter in ihren Produkten einsetzen. Die von vielen Herstellern erhältlichen, intelligenten I/O-Module lassen sich per Ethercat, Modbus RTU oder Modbus TCP mit den Touchterminals der iX-Serie, die in Größen von 4,3 bis 15 Zoll verfügbar sind, verbinden.

Als Entwicklungsumgebung verwendet der Anwender den iX-Developer, mit dem er die komplette Visualisierung erstellt. Navigationsfunktionen helfen sowohl ihm als auch dem Endanwender, Einarbeitungszeit einzusparen. Das sogenannte Action-Menü, als .Net Control im iX Developer zu finden, bringt eine mehrstufige Bedienstruktur platzsparend auf den Touch-Bildschirm. Der Projektingenieur entwirft damit die Menüstruktur mit vordefinierten Funktionen wie zum Beispiel Bildschirmausdruck, Reportgenerator oder Seitenwechsel nur einmal und nutzt sie in weiteren Untermenüs ohne zusätzlichen Aufwand. Dadurch können auch kleinere Bedienpanel mit Display-Größen bis 10 Zoll zum Einsatz kommen.

Mit den von den Smartphones her bekannten „Rollerpanels“ lassen sich Stellwerte durch einfaches Fingerwischen gezielt einstellen. Diese Art der Bedienung wird von nahezu allen Anwendern – unabhängig von Alter und Herkunft – verstanden und akzeptiert. Weiterhin dienen animierte Label als flexible Klartextanzeige, wie man sie aus früheren Maschinenvisualisierungen her kennt. Heutzutage ist eine Laufschrift jedoch frei auf dem Bildschirm platzierbar, gleiches gilt für die Laufrichtung. Das fertige „Control“ platziert der Projektierer mit zwei Mausklicks an beliebiger Stelle. Durch die Textbewegung wird der Anwender sofort aufmerksam, wenn eine wichtige Meldung ansteht.

Steuerung vor Bedienung

Je nach Anwendungsart und Platz für das Bedienpanel steht den Projektierern heute ein breites Spektrum an geeigneten Gerätevarianten zur Verfügung.

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Doch bevor mit der Visualisierung begonnen wird, steht zunächst die Steuerungsdisziplin im Vordergrund. Der Projekt-Ingenieur wählt in der Codesys-Umgebung einmalig das zu koppelnde Gerät aus einer Anbieterliste und stellt die Verbindung her. Anschließend definiert er seine Variablen und entwickelt das eigentliche SPS-Programm. Ist dies erledigt, erzeugt er eine Variablendatei, die später auf das gewünschte Bedienpanel übertragen wird. Nachfolgend legt er das Protokoll fest, mit dem dann die I/O-Klemmen angesprochen werden sollen. Zusammen mit dem SPS-Programm wird die Konfiguration schließlich auf das Touchpanel übertragen.

Sind die Steuerungsroutinen in Codesys getestet, simuliert und für fehlerfrei befunden, geht es an die Umsetzung der Bildschirmseiten. Im Projektassistenten des iX-Developers wählt der Projektierer hierzu einen von sechs verschiedenen Gerätetypen aus. Im Anschluss daran folgt die Zuweisung des Codesys-Treibers und anschließend der Import der vorher generierten Variablendatei. – Fertig ist die Konfiguration der Soft-SPS.

Nun beginnt die Entwicklung der einzelnen Bedienoberflächen mit all den Funktionen, die der iX-Developer standardmäßig bietet. Grafikobjekte, wie Anzeige- und Eingabefelder werden wunschgemäß platziert und – dank der XML-Liste – die Variablen aus einer Auswahlliste per Klick verbunden.

Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass die Kombination einer komfortablen Visualisierung mit einer bewährten SPS-Programmierung nach IEC 61131-3 für eine Vielzahl von Steuerungsaufgaben ideal ist. Durch den Status als etablierter Programmierstandard ist eine ständige, langfristige Produktpflege gesichert und nicht zuletzt ist die Anzahl erfahrener Programmierer groß.

Autor: Dirk Hartmann ist Marketingleiter bei Beijer Electronics.