Die meisten Produktionsanlagen sind mittlerweile auf den ersten Blick sauber – aber nach wie vor gilt: „Wo gehobelt wird, fallen Späne.“ Nicht nur bei der Metallbearbeitung, sondern auch bei anderen Fertigungs- und Logistikprozessen entstehen Staub und Feuchtigkeit. Daher müssen alle elektrischen und elektronischen Komponenten in der Anlage oder an der Maschine eine entsprechend hohe Schutzart aufweisen. Diese Schutzart kann entweder durch den Einbau in ein Gehäuse oder einen Schrank erzielt werden – oder aber durch den Einsatz von entsprechend gekapselten Komponenten. Bei Steuerungen, Umrichtern oder Schützen ist die Installation in Schränken meistens unproblematisch, da im normalen Anlagenbetrieb kein Zugriff auf diese Komponenten nötig ist. Anders verhält es sich bei Systemen, die für die Bedienung und Überwachung zuständig sind: Sie müssen nicht nur per Definition sichtbar, sondern auch noch ergonomisch positioniert und einfach zu bedienen sein. Da Bediengeräte die zentrale Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine sind, wird zudem ein attraktives Design immer wichtiger. Mittlerweile haben sich eine Reihe von rundum gekapselten HMI-Geräten auf dem Markt etabliert, die dank kompletter IP65-Klassifizierung keine zusätzlichen Schutzmaßnahmen mehr benötigen und so eine schlanke Lösung für das maschinennahe Bedienen darstellen. Der Anwender muss kein separates Gehäuse beziehen, sondern kann das Gerät direkt an der Maschine  montieren.

Oft ist es für den Maschinen- oder Anlagenbauer nicht einfach, mit diesen Komponenten eine HMI-Lösung zu entwickeln, die exakt zur Anwendung passt: Wird das HMI-Bediengerät ‚nur‘ zur Bedienung eingesetzt oder sollen größere Datenmengen vorverarbeitet werden? Müssen sicherheitsrelevante Funktionen implementiert werden? Wie komplex sind die Informationen, die dargestellt werden? Sollen zusätzliche Bedienelemente wie Taster oder Schalter vorhanden sein? – Die Liste der möglichen Anforderungen lässt sich beliebig fortsetzen. Neben der hohen Schutzart müssen die Geräte daher eine große Flexibilität mitbringen, damit am Ende nicht doch wieder eine Lösung mit Schaltschrank realisiert werden muss, weil das HMI nicht in der Lage ist, die geforderte Funktionalität abzubilden.

Mit einem integrierten System von Hardware und dazu passender Software hat Siemens seit Jahren eine leistungsfähige Plattform im Portfolio, mit der sich die gesamte Bandbreite des stationären, maschinennahen Bedienens und Beobachtens mit Displaygrößen zwischen 4 und 22 Zoll abdecken lässt. Die Advanced-HMI-Systemfamilie bietet mit den Simatic-Comfort-Panels einschaltfertige, industriegerechte Bediengeräte.

IP65-Schutz für die ganze Systemfamilie

Die Simatic-HMI-PRO-Familie besteht aus einem abgestuften Portfolio an Panel-PCs und HMI-Geräten in Schutzart IP65. Mit Extension Units lassen sich die Bediengeräte flexibel erweitern.

© Siemens

Dieses Portfolio umfasst außerdem passende, rundum IP65-geschützte Geräte: Sowohl die Panel-PCs und Industriemonitore als auch die Comfort-Panels gibt es als PRO-Variante mit einem robusten Aluminiumgehäuse, wodurch die Geräte rundum die Schutzart IP65 erreichen und direkt an der Maschine installiert werden können. Die PC-basierten Bediengeräte unterstützen Multitouch- und Gestensteuerung. Sie bieten Konfigurationsmöglichkeiten bei Speicherplatz, Prozessorleistung und der Datenanbindung bis hin zu Embedded-Systemen mit Intel-Core-i7-Prozessor (3rd Generation) mit Turbo Boost, im Prozessor mit integrierter, sehr performanter HD-Grafik, bis zu 8 GByte DDR3-Arbeitsspeicher sowie entweder wechselbarem (extern zugänglichen) oder internem schnellen Massenspeicher (konfigurierbar, bis SSD 240 GByte und CFast 16 GByte) und modernen Schnittstellen (USB 3.0, DisplayPort). Da die Geräte für Umgebungstemperatur bis zu +45 °C ausgelegt sind, sind sie für den industriellen Einsatz geeignet. Außerdem zeichnen sie sich durch ein wartungsarmes Design ohne Lüfter aus. Die PRO-Systeme können entweder als kombinierte Lösung aus Visualisierung und PC in einem Gerät oder dezentrale Lösung mit Industriemonitor als Flat-Panel installiert werden. Daneben besitzen die neuen PRO-Varianten der Comfort-Panels mit robuster, entspiegelter Glasfront die gleichen Leistungsmerkmale wie die Standard-Comfort-Panels: Sie sind für die Realisierung anspruchsvoller Visualisierungsaufgaben im maschinennahen Bereich konzipiert, eignen sich aber auch für größere Mengengerüste bei komplexen Prozessen. Die PRO-Geräte stehen mit  Displays von 12 bis 22 Zoll zur Verfügung.

Design immer wichtiger

Auch die Optik der HMI-Geräte spielt eine wichtige Rolle. Denn im industriellen Umfeld steigen die Anforderungen an das Design der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Das HMI kann nur das Aushängeschild der Maschine werden, wenn es intuitiv zu bedienen, handlich und im Design durchdacht ist. Somit steigt zugleich die Akzeptanz des Bedienpersonals.

Daher wurde bei der Entwicklung der PRO-Geräte Augenmerk auf ein modernes, schlichtes und kompaktes Design gelegt. Durch eine spezielle Konstruktion von Front und Gehäuse nutzt das Display die Abmessungen der Geräte gut aus. Die PRO-Geräte besitzen eine kristallklare und kratzfeste Glasfront mit hoher chemischer Beständigkeit. Sie sind entspiegelt, damit sie bei schwierigen Lichtverhältnissen in der Produktion gut ablesbar sind, liefern selbst bei großem Betrachtungswinkel eine ausgezeichnete Darstellungsqualität und ermöglichen dadurch ein ermüdungsfreies Arbeiten. Die projiziert kapazitive Touch-Technologie (PCT) erlaubt eine Ein- und Mehrfingerbedienung, auch mit Arbeitshandschuhen, die dank eines entsprechenden Materials eine leitfähige Verbindung zwischen den Fingern und der Monitoroberfläche herstellen. Beispielsweise lassen sich Bildinhalte intuitiv und schnell bewegen, zoomen oder durch verborgene Komponenten ergänzen; eine Zweihandbedienung lässt sich ebenso realisieren. Dabei lassen sich die Bedieneinheiten wahlweise am Standfuß oder Tragarm montieren. Auch wirtschaftliche Gründe sprechen für eine schaltschranklose HMI-Lösung. Zum einen spart diese Konfiguration Kosten und Platz für ein zusätzliches Gehäuse an der Maschine, zum anderen bietet das abgestufte Konzept der Simatic-PRO-Geräte ein in Preis und Leistung optimiertes Modell. Auch bei den Schnittstellen spart das Design Zeit und Geld: Die Kabelschnittstellen sind als Standardstecker ausgeführt, so dass keine Stecker in Schutzart IP65 benötigt werden. Der Techniker kann die Schnittstellen und Anschlüsse über die Serviceklappe beziehungsweise die abnehmbare Rückwandhaube erreichen, so dass das Gerät dafür nicht demontiert werden muss – das erleichtert die Instandhaltung im Betrieb deutlich.

Flexibel erweitern

Zusätzlich lässt sich die Lösung flexibel den individuellen Anforderungen anpassen. Bei Bedarf können über spezielle ‚Extension Units‘ elektromechanische Bedienelemente wie Not-Halt, Wahlschalter, Drucktaster, Schlüsselschalter, Meldeleuchten oder RFID-Leser implementiert oder das PRO-Gerät um eine externe Tastatur ergänzt werden. Diese Extension Units sind auf das Bediengerät abgestimmt und passen sich nahtlos in das Bedienkonzept und die schlanke, ergonomische Optik des Systems ein. Sie lassen sich einfach mit dem Bedien- und Automatisierungssystem verbinden. Dadurch können Funktionen, bei denen ein elektromechanisches Feedback gewünscht ist, oder weitere Komponenten zusätzlich implementiert werden. So ermöglicht etwa der RFID-Leser die Identifizierung des Bedieners, wie sie zum Beispiel in der Nahrungsmittelindustrie oder Pharmaindustrie gefordert ist. Für sicherheitsrelevante Anwendungen lässt sich bei Bedarf der Not-Halt direkt am Bediengerät installieren oder über den Schlüsselschalter eine Verriegelung der Anlage realisieren. Wahlschalter sind unter anderem da sinnvoll, wo die Anlage in verschiedenen Produktionsmodi (manuell und automatisch) betrieben wird. Neben der Extension Unit mit Anbindung über Anschlussklemmen gibt es zwei Varianten für die Anbindung über Profinet und Profisafe, die den Verdrahtungsaufwand stark reduzieren.

Die Konfektionierung ist einfach: Die einzelnen Elemente können in den vorgestanzten Positionen ohne spezielle Werkzeuge montiert und verdrahtet werden – auch nachträglich im Betrieb. Der Maschinen- oder Anlagenbauer kann sich im ‚TIA Selection Tool‘ die entsprechende Konfiguration zusammenstellen und die ausgewählten Komponenten als kompletten Bausatz bestellen. Die Extension Units lassen sich mit einem grafischen Editor im ‚TIA Portal‘ per Drag&Drop projektieren.

Autoren:
Marcel Roske ist Marketing-Manager für Simatic HMI bei Siemens;
Ralf Kloessinger ist Produktmanager für Simatic HMI bei Siemens.

Über ‚TIA Portal‘ projektieren

Alle HMI-Geräte der PRO-Reihe können als Teil eines durchgängigen Portfolios für die Fertigungsautomatisierung auch über das integrierte Engineering-Framework TIA Portal projektiert werden – und machen das Engineering der Visualisierungs- und Automatisierungslösung deutlich effizienter. Je nach Komplexität der Anwendung oder den äußeren Rahmenbedingungen kann sich der Anwender für eine passgenaue Lösung entscheiden und profitiert trotzdem von den Vorteilen einer gemeinsamen Gerätefamilie.

TIA Portal ist aber auch das Gateway zur Digitalisierung und ermöglicht dem Projektierungsingenieur zudem den vollständigen Zugriff auf die gesamte digitalisierte Automatisierung von der digitalen Planung über das integrierte Engineering bis hin zum transparenten Betrieb. Über die TIA-Portal-Openness-Schnittstelle lassen sich eigene Tools einbinden, um beispielsweise Programmcode  automatisch zu erzeugen und externe Planungsdaten aus unterschiedlichen Anwendungen wie beispielsweise EPLAN oder dem TIA Selection Tool nutzen. Diese Planungsdaten können über den offenen Standard AutomationML direkt ins TIA Portal übertragen werden. Dabei analysiert der Code-Generator die Objekte in den Planungsdaten und erzeugt anhand von definierten Bausteinen den Code für die SPS. Da die Bausteine getestet sind, enthält der Code keine Fehler.

Zusätzlich führt TIA Portal die Automatisierung und Betriebs-IT mittels offener Kommunikation zusammen – bis hin zur Anbindung von Cloud-Lösungen. Durch das standardisierte Kommunikationsprotokoll Simatic OPC UA können Produktionsdaten an ERP- und MES-Systeme sowie andere Applikationen weitergegeben werden. Für die bidirektionale, systemübergreifende Kommunikation über Standardschnittstellen (unter anderem OPC, SQL, ODBC, OLE-DB oder Office-Formate) ganz ohne Programmieren wird die IndustrialDataBridge eingesetzt.

Automatisierte Visualisierung

TIA Portal unterstützt die Gestaltung der Bedienoberflächen mit intelligenten Tools und Assistenten. Unter anderem kann der Anwender mit dem Simatic Visualization Architect (SiVArc) auf Basis des Steuerungsprogramms und einer HMI-Bibliothek die Visualisierung anhand von Regeln automatisch generieren. Dadurch wird die Visualisierung deutlich schneller als bisher erzeugt. Da Änderungen im SPS-Programm automatisch nachgezogen werden, entfallen typische Fehlerquellen. Zusätzlich kann der Anwender in Bibliotheken einfach Standards definieren, so dass die Visualisierung immer gleich aufgebaut ist und sich der Bediener an der Anlage schnell zurechtfindet. Das spart Trainings- und Einarbeitungszeiten und reduziert Fehlerquellen.