Von Alexander W. Fiedel, Sandra Schrickel

Die Dezentralisierung von Automatisierungsaufgaben zeigt Wirkung: Schaltschränke werden kleiner oder entfallen sogar. Schließlich ist Stellfläche in nahezu jedem Betrieb knapp und kostbar. Fehlt der traditionelle Schaltschrank oder soll das Human-Machine-Interface (HMI) ohnehin direkt vor Ort positioniert werden, bieten sich Tragarme und Standfüße für die Montage der Bediengeräte an.

HMI für Härtefälle: Die Bediengeräte der „Pro-Familie”œ sind staub- und strahlwassergeschützt.

© Siemens

Mangels Alternative packen viele Maschinenbauer für den Schaltschrankeinbau konzipierte Bediengeräte in mehr oder weniger formschöne Gehäuse. Meist sind diese Einhausungen für hängende Montage aber zu schwer. Hinzu kommen ästhetische Einschränkungen vor allem an kompakten Maschinen, an denen ein sperriger Bedienkasten das Design stört. Ein bei diesen Lösungen oft vernachlässigtes Detail ist die Entwärmung des Bedienpanels.

Verschärfend auf die Platzprobleme wirkt ein genereller Trend: Mittlerweile sollen selbst an kleineren Maschinen immer mehr Informationen erfasst, aufbereitet, verarbeitet und lokal visualisiert werden – möglichst ansprechend in grafischer Form und mit bester Lesbarkeit. Voraussetzung dafür sind größere Display-Diagonalen, die jedoch der Forderung nach möglichst kompakten Bedienpanels zuwider laufen.

Mit diesen Eckpunkten im Pflichtenheft gingen die Produktdesigner von Siemens daran, eine neue Generation maschinennah positionierbarer Bediengeräte zu entwickeln. Den Anfang machen drei HMI-Geräte mit 15 Zoll Bildschirmdiagonale: Simatic-Thin-Client Pro, Flat-Panel-Monitor Pro und Multi-Panel MP377 Pro. Diese funktional abgestuften IP65-Panels ermöglichen unterschiedliche Visualisierungs-Szenarien, vom abgesetzten Bedienen und Beobachten bis hin zur integrierten Soft-SPS.

Rundum geschlossen und trotzdem kühl

Das Kürzel „Pro“ steht für „protected“ und signalisiert den rundum geschützten Aufbau gemäß Schutzart IP65/NEMA 4 (National Electric Manufactures Association). Denn viele Maschinen- und Anlagenbauer fordern immer häufiger eine maximale Industriefestigkeit in ihren Pflichtenheften für Vor-Ort-Bediengeräte. Neben Vibrations- und Schockfestigkeit bedeutet dies auch Staubdichtigkeit und Strahlwasser-Schutz. Insbesondere für die Lebensmittel- und Getränke-Industrie sowie für die pharmazeutische und chemische Industrie sind Staubdichtigkeit und Strahlwasser-Schutz wichtige Eigenschaften. Bedienpanels für derartige Anforderungen werden bislang mit einer entsprechend geschützten Frontseite ausgestattet und in ein Gehäuse montiert. Dieser Aufwand entfällt jetzt, da die neuen Bediengeräte selbst komplett IP65-geschützt sind.

Lüfterloser Dauerbetrieb bis +45

Den Rundum-Schutz erreichen die Simatic-Pro-Geräte mit einer stabilen, einteiligen Rückwandhaube, die, ausgestattet mit unverlierbaren Schrauben, zuverlässig abdichtend mit dem Grundkörper verbunden ist. Diese Haube lässt sich auch am montierten Gerät einfach abnehmen, so dass sämtliche Schnittstellen und Steckplätze für Servicearbeiten problemlos zugänglich sind.

Damit die im Inneren entstehende Wärme – die Gesamtverlustleistung liegt zwischen 20 W und 60 W – zuverlässig an die Umgebung abgeleitet wird, entschieden sich die Entwickler für ein Aluminium-Chassis. Spezielle „Dome“ kontaktieren wärme-intensive Komponenten direkt und leiten deren Wärme gezielt auf die Außenseite des Aluminiumgehäuses ab. Dies gewährleistet in Überkopf- oder Pultmontage die Wärmeabführung selbst noch bei Neigungswinkeln bis 45°. Und weil die Wärmeabführung ausschließlich auf Konvektion beruht, gibt es auch keinen Lüfter, der ausfallen könnte oder gewartet werden müsste. Als Obergrenze für den Dauerbetrieb sind +45 °C Umgebungstemperatur spezifiziert. Maschinenbauer können somit sicher sein, dass die einbaufertigen Panels auch in den heißen und feuchten Gegenden der Erde dauerhaft funktionieren. Den Nachweis dafür müssen viele Maschinenbauer an HMI-Geräten in Bediengehäusen erst in langwierigen Tests erbringen.

Varianten für drei Bedienkonzepte

Zum Lieferstart im Herbst stehen drei Geräteklassen in der Protected-Ausführung zur Verfügung, die funktional den bisherigen Einbauvarianten entsprechen.

• Der Thin-Client Pro ist vorgesehen als zweiter, abgesetzter Bedienplatz an größeren Maschinen, für Server-Client-Architekturen in verteilten Anlagen oder als Web-Client. Dieses Gerät kommuniziert über Sm@rtAccess mit dem Visualisierungssystem „WinCC flexible“ oder über das Remote-Desktop-Protocol (RDP) von Microsoft mit einem beliebigen Host-System – üblicherweise ein Panel-PC oder ein Server. Der Thin-Client selbst benötigt dazu weder eine spezielle Software noch Lizenzen oder Zusatzsoftware.

• Der Flat-Panel-Monitor Pro kann als unabhängiges Gerät bis zu 30 m von der Rechnereinheit entfernt installiert werden. Die Touch-Bedienung von HMI-Applikationen und der Anschluss von USB-Geräten am Panel ist über diese Entfernung problemlos möglich.

• Für die in vielen Applikationen notwendige Flexibilität und Performance sorgt das Multi-Panel MP377 Pro. Diese Geräteklasse lässt sich beliebig erweitern, zum Beispiel mit zusätzlichen Windows-CE-Applikationen wie Media-Player, Internet-Explorer oder mit Betrachtern für Word-, Excel- und PDF-Dateien. Daraus resultieren erweiterte Möglichkeiten zur Bedienerführung bei Service-Einsätzen, zusätzlich sind diese Panels für die Soft-PLC „Simatic WinAC MP“ vorbereitet. Damit wird das MP377 Pro zu einer wirtschaftlichen und robusten Lösung für maschinennahe Visualisierungs- und Steuerungsaufgaben. Über Sm@rtAccess sind zudem die Thin-Clients der Serie anschliessbar.

Alle Geräte halten Schwingungen bis 1 g stand und Stoßbelastungen bis 5 g, in dezentralen Automatisierungsstrukturen resultieren daraus viele Anwendungsfälle. Der resistive 15-Zoll-Touchscreen der Geräte ist auch mit Handschuhen bedienbar. Optional steht eine ebenfalls IP65-geschützte USB-Schnittstelle nach außen zur Verfügung. Daran lässt sich beliebige USB-Peripherie anschließen, und – beispielsweise für Servicezwecke – ein „vollwertiger“ Bedienplatz mit separater Maus und Tastatur einrichten.

Passt an gängige Tragarme

Weil Ersatzteilhaltung immer Aufwand und Kosten verursacht, sind die Protected-Geräte so konzipiert, dass sie ohne Umbau sowohl an einen Tragarm (von oben oder unten) als auch auf einen Standfuß montiert werden können. Die Montagekupplung lässt sich dazu mit verschiedenen Adapterplatten kombinieren, die wiederum an Tragarme der Firmen Bernstein, Rittal, Rose und Rolec passen. Weiterhin gibt es Montagesätze für die beiden Systeme VESA 75 und VESA 100 (VESA: Video Electronics Standards Association).

Seitlich angebrachte Erweiterungseinheiten ergänzen die HMI-Panels um diskrete Bedienelemente.

Beibehalten wurden die Standard-Anschlussstecker (zum Beispiel für Profinet oder USB), was die Ersatzteilhaltung weiter vereinfacht, zugleich aber eine einfache Montage ohne zusätzliche Verkabelung und spezielle Adapter ermöglicht. Kein Umdenken erfordert das Projektieren der Geräte, da diese auf der Hardware der Standardgeräte aufbauen. Funktionen, Schnittstellen, Software und Treiber sind daher kompatibel.

Mit einem Gesamtgewicht zwischen 6,5 und 7,5 kg sind die 15-Zöller deutlich leichter als die Standard-Einbauvarianten in Umgehäusen. Das geringere Gewicht lässt kleinere Tragarm-Konstruktionen zu, die in aller Regel auch kostengünstiger sind. Darüber hinaus ist auch die Befestigung an Hallendecken oder Decken-Abhängungen möglich geworden. Das schafft weitere Freiheitsgrade bei der Auf- oder Umstellung von Maschinen, etwa um die Hallen-Aufteilung einer Produktion zu optimieren.

Die neuen Bediengeräte ermöglichen den Herstellern im Maschinen- und Anlagenbau innovative Konzepte, um sich von Mitbewerbern zu differenzieren – mit bewährten HMI- und optionalen Steuerungsfunktionen in einem kompakten Gehäuse. Die Gerätefront ist auch in kundenspezifischer Ausgestaltung (Farbe, Firmenlogo) lieferbar.

In Vorbereitung sind Erweiterungseinheiten (Extension-Units), für fest verdrahtete Bedienelemente wie Not-Ausoder Not-Halt-Schalter und frei belegbare Druck- oder Leuchttaster. Diese Einheiten sind in Design und Größe auf die Panel-Gehäuse abgestimmt und werden seitlich angebracht (Flügel). Alle Signale werden über abgedichtete Kabelkanäle und das Befestigungssystem (Tragarm/ Standfuß) zur übergeordneten Steuerung geführt.

Dem Trend zu größeren Display-Diagonalen folgend, sei es, um mehr Funktionen gleichzeitig darstellen zu können, oder um eine bessere Lesbarkeit aus größerer Entfernung zu erreichen, sind für Anfang 2009 IP65-Geräte mit 19-Zoll-Displays geplant. Darüber hinaus steht dann die Ausdehnung des „Protected“-Konzepts auf die einschaltfertigen Simatic-Embedded-Automation-Systems an.

Autoren

Alexander W. Fiedel ist Produktmanager für Simatic-Panel-PCs bei Siemens Industrial Automation Systems in Nürnberg.

Sandra Schrickel ist Produktmanagerin für Simatic-Panel-PCs bei Siemens Industrial Automation Systems in Nürnberg.