Bei der inzwischen starken Verbreitung moderner Smartphones und Tablets überrascht es nicht, dass sich auch Maschinen- und Anlagenbetreiber das Bedienprinzip für ihre HMI-Systeme wünschen: Multitouchscreens lösen langsam aber sicher einfache Einpunkt-Touchscreens ab, die immer öfters als veraltet gelten. Aufgrund des Funktionsprinzips sind der Multitouch-Technologie aber in vielen industriellen Anwendungsgebieten Grenzen gesetzt.

Multitouch-Bildschirme basieren auf kapazitiven Technologien oder Kamera-Systemen, wobei kapazitive Displays deutlich in der Mehrzahl sind. Der Grund: Die Kameras arbeiten in der Regel mit Infrarotlicht und reagieren zu sensibel auf Wärme-Einstrahlung. Für breite Einsatzbereiche kommen sie daher nicht in Frage.

Dagegen setzen aktuelle Bedien- und Beobachtungssysteme für industrielle Anwendungen vorwiegend auf analog-resistive Touchscreens. Diese Displays reagieren auf Druckkontakt an jeweils einer einzigen Stelle des Bildschirms, durch den kurzzeitig zwei elektrisch leitfähige Schichten des Displays verbunden werden. Diese Screens sind damit prinzipiell nicht multitouchfähig, denn für Mehrfingergesten ist die gleichzeitige Erkennung mehrerer diskreter Kontaktpunkte ein Muss. Dies ermöglichen Displays mit kapazitivem Touchscreen: Ihre Funktion beruht da­rauf, dass leitfähige Gegenstände wie Finger in ein homogenes elektrisches Feld eindringen, das über das Display verläuft. Bei jedem einzelnen Kontakt werden die entstehenden Ladungstransporte lokalisiert und so die Positionen der Berührungen erkannt. Allerdings sind Touchscreens mit kapazitiver Technologie deutlich anfälliger für Störimpulse als ihre druckempfindlichen Pendants. Dies macht gängige Multitouchscreens in industriellen Anwendungen nur eingeschränkt einsetzbar.

In vielen Anwendungsbereichen haben Multitouch-Systeme Probleme mit den Umgebungsbedingungen, weshalb spezielle Lösungen wie der für Ölplattformen ausgelegte Rigfloor-PC auch in Zukunft notwendig sein werden.

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Schließlich muss aus Sicherheitsgründen fast immer zuverlässig ausgeschlossen werden, dass ein Screen fälschlich anspricht und dadurch ohne bewusste Bedienung eine Aktion erfolgt.

In zahlreichen Industrieanwendungen ist auf Dauer oder zumindest zeitweise mit kritischen Umgebungsbe­dingungen zu rechnen, die solche Fehlfunktionen auslösen können. Problematisch sind sowohl Einsatzorte außerhalb von Gebäuden als auch Bereiche mit erhöhtem Schmutzaufkommen. Schwierigen Bedingungen häufig ausgesetzt sind zum Beispiel Vor-Ort-Bediengeräte in Außenbereichen von Anlagen. Teilweise kommt noch die Explosionsgefahr hinzu, die weitere Schutzvorkehrungen an den Bediengeräten verlangt. Dies gilt unter anderem in Produktionsbereichen der chemischen und pharmazeutischen Industrie, auf Bohrplattformen oder an Verladestationen. Solche Anwendungs-Szenarien sind in Bezug auf kapazitive Touchscreens kritisch, wenn sie durch klimatische Verhältnisse wie Feuchte, Wärme, Kälte, Regen oder Wind stark beeinflusst werden. Leitfähige Substanzen – insbesondere Wasser in jeder Form – können die Kapazitäten beeinflussen. Im schlimmsten Fall werden bei ungünstigen Witterungsbedingungen am HMI-System ohne Zutun eines Bedieners Funktionen aktiviert. Falls diese die Steuerung von Maschinen und Anlagen direkt betreffen oder beeinflussen können, ist ein stabiler und sicherer Betrieb nicht mehr gegeben.

In Frage kommt der Einsatz eines kapazitiven Touchscreens daher nur dann, wenn sich die Sensibilität des Controllers verlässlich so konfigurieren lässt, dass bei allen zu erwartenden klimatischen Bedingungen – auch wenn sie sehr unterschiedlich sind und schnell wechseln können – ausschließlich tatsächliche Bedienvorgänge zum Ansprechen des Systems führen.

Dies ist in vielen Fällen diffizil. Neben problematischen Witterungsverhältnissen gibt es eine Reihe weiterer Umstände, die eine reibungslose Funktion von kapazitiven Touchscreens vereiteln können.

Potenzial und Materialmix müssen stimmen

Der Materialmix vieler Industrie-PCs, insbesondere Metallfronten, können die Funktionsweise kapazitiver Touchscreens beeinträchtigen.

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Zunächst stellt der Materialmix von Industriegeräten eine Herausforderung dar: Während Consumer-Produkte meist aus Kunststoffen bestehen, kommen in industrietauglichen Systemen viele metallische Bestandteile vor. Diese können das kapazitive Verhalten eines Touchscreens wesentlich beeinflussen. Ferner sind die elektrostatischen Grundlagen zu beachten: Bei fest installierten HMI-Stationen ist es nicht generell so, dass sich Gerät und Bediener auf dem gleichen Erdpotenzial befinden. Bei Potenzialunterschieden kann es vorkommen, dass der Touchscreen nicht oder gar falsch auslöst. Ob ein Bediener mit feuchten oder sehr trockenen Fingern den Touchscreen berührt, darf für das HMI-System ebenfalls keinen funktionalen Unterschied ausmachen – obwohl sich der Vorgang physikalisch mehr oder weniger deutlich unterscheiden kann. Zudem gibt es in der Industrie Arbeitsbereiche, in denen das Personal Schutzkleidung tragen muss – fast immer auch Handschuhe, die als problematisch gelten. Eine Touchscreen-Bedienung ist nur dann möglich, wenn die Handschuhe entweder ausgezogen werden dürfen – und dies leicht möglich ist, wenn sie besonders dünn sind oder spezielle leitfähige Materialien enthalten.

Multitouch braucht definierte Bedingungen

In sauberen und klimatisch stabilen Bereichen spricht nichts dagegen, kapazitive Multitouch-HMIs auch in industriellen Anwendungen zu nutzen. Dies ist jedoch nur in einigen Szenarien und zumeist nur innerhalb von Gebäuden realistisch. Vor allem bei Outdoor-Einsätzen von Bedien- und Beobachtungstechnik sind häufige kritische Umgebungsverhältnisse und anderweitig problematische Situationen vorzufinden. Hier muss genau geprüft werden, ob geeignete Bedingungen für den sicheren Betrieb kapazitiver Touchscreens noch gegeben sind. Sonst ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, weiter auf bewährte analog-resistive HMIs ohne Multitouch-Funk­tion zu setzen.

Autor: Horst Friedrich ist Director Product Management and Software Development bei der Firma R. Stahl HMI Systems in Köln.