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Widescreen-Bildschirme bei HMI-Geräten unterstützen Prozess-Visualisierung

Ergonomische Displays für die Maschinenbedienung

Widescreen-Bildschirme bei HMI-Geräten unterstützen Prozess-Visualisierung

Das von Smartphones bis Flachbildschirmen gewohnte Breitbildformat ist besser an das menschliche Gesichtsfeld angepasst als herkömmliche 4:3-Formate. Von solchen 'Widescreens', wie sie die Simatic HMI Comfort Panels anbieten, profitiert auch die Automatisierungstechnik. Vorhandene Visualisierungen können in der Regel flexibel auf die größere Fläche und höhere Auflösung umgesetzt werden.

Bild: Siemens

Im Bereich der Bedien- und Beobachtungsgeräte bietet das Widescreen-Format bessere ergonomische Eigenschaften als das herkömmliche 4:3-Format. Hinzu kommen bis zu 40 Prozent mehr Visualisierungsfläche im Vergleich zu herkömmlichen Displays und damit erweiterte Darstellungsmöglichkeiten für komplexe Bedienbilder. Das unterstützt die klare Aufteilung zwischen Prozessbeobachtung und -bedienung.

LED-Hintergrundbeleuchtung hilft beim Stromsparen

Neben der reinen Anzeigefläche kommt auch die hohe Auflösung heutiger Industriebildschirme einer detailgetreue Prozessdarstellung durch Bediengeräte (Human Machine Interface, HMI) zugute. Bei einem Sieben-Zoll-Display, das entspricht knapp 18 Zentimetern, sind dies in der Regel 800 x 480 Bildpunkte. Ein 12-Zoll-Display mit rund 30 Zentimetern Bildschirmdiagonale kommt bereits auf 1280 x 800 Pixel. Aktuelle Anzeigen arbeiten zudem mit 16 Millionen Farben, was ebenfalls der Lesbarkeit auch für komplexe Visualisierungen zugute kommt. Grafiken werden im Vergleich zu den letzten Gerätegenerationen deutlich schärfer dargestellt, Schriften, Schriftzeichen und Symbole sind bei vielen Anzeigemodellen auch in großen Warten gut ablesbar.

Als Stand der Technik hat sich inzwischen die LED-Hintergrundbeleuchtung durchgesetzt. Durch den Blickwinkel von bis zu 170 Grad vertikal und horizontal können entsprechende die Displays auch von der Seite abgelesen und sicher bedient werden. Ein weiterer Effekt der neuen Technik: Im Gegensatz zu herkömmlichen Leuchtröhren als Lichtquelle für den Bildschirmhintergrund benötigen LED-Anzeigen weniger Energie. Auch die Lebensdauer der Displays liegt merklich über der der Vorgängergenerationen. Durch eine Helligkeit von über 350 Candela pro Quadratmeter zeigen die Displays zudem auch in heller Umgebung einen sehr hohen Kontrast und bleiben damit gut ablesbar. Derzeit erfüllen unter anderem die neuen Simatic HMI Comfort Panels von Siemens diese von Anwendern häufig gestellten Anforderungen an moderne, nutzerfreundliche Maschinenbedienung. Die Geräte wurden erstmalig auf der Automatisierungsmesse SPS/IPC/Drives im Herbst 2010 präsentiert. Die LED-Hintergrundbeleuchtung dieser Displays ist zu 100 Prozent dimmbar und lässt sich dadurch an die Anforderung der jeweiligen Anwendung anpassen – ein wichtiger Punkt etwa beim Einsatz auf Schiffen.

Wartungsanzeige und Internet-Browser an Bord

Die Geräte bieten bereits ab einer Displaydiagonalen von 4,3 Zoll – das entspricht in hiesigen Maßeinheiten knapp elf Zentimetern – Funktionen wie die Archivierung von Meldungen und Prozessdaten, den Einsatz von Visual-Basic-Skripten zur flexiblen Programmierung der Visualisierung, die Anzeige von elektronischen Dokumenten im PDF-, Excel- oder Word-Format oder die Darstellung von Webseiten mit dem integrierten Microsoft-Browser Internet Explorer. Mit Hilfe der neuen Diagnoseanzeige lassen sich zudem Wartungsdaten von Siemens-S7-Controllern auf den Bediengeräten anzeigen und auswerten. Das unterstützt die schnelle Fehleranalyse und trägt so dazu bei, Stillstandszeiten zu minimieren.

Touch- und Tastengeräte zur Auswahl

Als Antwort auf unterschiedliche Umgebungsbedingungen vor Ort bietet der Hersteller sowohl Touch- als auch Tastengeräte an. Denn für raue, schmutzige Umgebungen, bei denen die Bediener mit verschmutzten Händen oder Handschuhen bedienen, kann ein Tastengerät besser geeignet sein als ein Touch-Gerät: Beim Tastengerät berührt der Bediener nicht das Display, sondern die Tasten. Durch deren taktile Rückmeldung ist sofort klar, ob eine Aktion wie gewollt ausgelöst wurde. Beide Terminal-Arten stehen in den Displaydiagonalen 4,3 Zoll mit einer Auflösung von 480 x 272 Pixeln, sieben Zoll und neun Zoll mit je 800 x 480 Bildpunkten sowie zwölf Zoll mit einer Auflösung von 1280 x 800 Pixeln zur Verfügung. Zur schnellen Eingabe von Prozesswerten sind die Tastengeräte mit einem Nummernblock ausgestattet. Das Bedienschema entspricht dem der bewährten Mobiltelefon-Tastaturen und ist einfach und schnell erfassbar, ohne lange Einarbeitungs- und Eingewöhnungszeiten.

Einfache Inbetriebnahme über SD-Karte oder Kabel

Die Inbetriebnahme der Bediengeräte kann über verschiedene Wege erfolgen: per Standard-Kabel mit direkter Verbindung zum Bediengerät – Ethernet und USB stehen dabei zur Verfügung – oder per SD-Karte oder USB-Stick. Sämtliche Bediengeräte sind mit zwei SD-Karten-Slots ausgestattet. Eine Karte dient der Speicherung von prozessrelevanten Daten, wie Prozesswerten, Rezepturen oder Benutzerdaten. Die zweite Karte übernimmt als ‚Systemkarte‘ die Sicherung und den Transport für das Visualisierungsprojekt und sämtliche Geräteeinstellungen. Das Einstecken der Karte genügt, um den Sicherungsmechanismus zu aktivieren und ein Abbild des Bediengerätes auf den Flash-Speicher zu übertragen. So wird das Abbild auf der Karte so immer aktuellen gehalten. Im Falle eines Gerätetausches ist es nur nötig, die Systemkarte in das neue Gerät zu stecken – und der bisherige Zustand wird auf das Terminal übertragen. Der Gerätetausch ist somit innerhalb kürzester Zeit ohne Einsatz eines PC oder Programmiergerätes erledigt. Darüber hinaus kann die Systemkarte zur Serieninbetriebnahme verwendet werden: Einmal im ‚Mastergerät‘ beschrieben, kann sie auch zur Inbetriebnahme aller weiteren Geräte verwendet werden.

Die neuen HMI-Geräte von Siemes stehen je nach Bedarf als Touchscreen- oder Tastenvariante bereit. Die Displaygrößen liegen zwischen elf und 30 Zentimetern, dank der Projektierungssoftware WinCC V11 lassen sich bestehende Simatic-Projekte weiterverwenden. Bild: Siemens

Green Automation: Variable Helligkeit senkt Verbrauch

Die Hintergrundbeleuchtung der Displays macht einen großen Teil des gesamten Energieverbrauchs der Geräte aus: Immerhin bis zu 40 Prozent des Strombedarfs geht zu deren Lasten. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass durch das Abschalten der Hintergrundbeleuchtung sofort eine Einsparung von 40 Prozent erreichbar ist. Sie lässt sich mit der Dimmfunktion der neuen Bediengeräte über verschiedene Wege realisieren. Eine Möglichkeit besteht darin, die Displayhelligkeit über die Visualisierung zu regeln. Die zweite Möglichkeit: eine Automatisierungssteuerung erledigt dies. Die dritte Möglichkeit: über das Profi-Energy-Protokoll, das über ein Signal die Hintergrundbeleuchtung ab- und anzuschalten erlaubt. Von einer Leitwarte aus lassen sich diese Vorgänge zentral steuern, ausgelöst durch eintretende Ereignisse oder zu bestimmten Zeitpunkten. Die letzte Möglichkeit ist die Nutzung des Bildschirmschoners. Nach einer vorher definierten Zeit ohne Bedienung schaltet das Gerät automatisch die Hintergrundbeleuchtung ab. Für jeden Anwendungsfall kann die passende Möglichkeit ausgewählt werden, oder es werden mehrere kombiniert.

Nullspannungssicherheit und integrierter Ethernet-Switch

Die lückenlose Nachverfolgbarkeit von Fertigungs- oder Prozessschritten gewinnt immer mehr an Bedeutung, da sie teils gesetzlich vorgeschrieben wird: Was wurde wann von wem mit der Anlage durchgeführt? Mit welchen Parametern wurde die Maschine versorgt? Welche Rezepturen wurden wann in den Prozess eingespeist? Welche Fehlermeldung ist wann aufgetreten? Diese Fragenliste ließe sich beliebig fortführen. Solche Daten dürfen – vor allem wenn gesetzlich vorgeschrieben – nach einem plötzlichen Stromausfall nicht verloren gehen. Um dies für Speichermedien wie SD-Karten oder Festplatten zu gewährleisten, benötigen viele Geräte eine externe, unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), um die Medien gegen Datenverlust bei plötzlichem Ausfall abzusichern. Bei den Simatic HMI Comfort Panels ist eine USV bereits integriert. Sowohl der eingebaute Speicher als auch gesteckte HMI-SD-Karten arbeiten daher unter ‚Nullspannungssicherheit‘. Dadurch wird sichergestellt, dass Fertigungs- und Prozessdaten nicht verloren gehen. Die Geräte ab sieben Zoll Displaydiagonale arbeiten zudem mit zwei Profinet-Ports. Dadurch entfällt die Installation eines externen Switches, Ring- oder Linientopologien lassen sich mit mit geringem Aufwand aufbauen.

Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich

Die Panels sind nach den ATEX-Richtlinien der Europäischen Union für Explosionsschutzes für die Ex-Zonen 2 und 22 zertifiziert. Damit eignen sich die Geräte auch für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. Neben diesen Zertifizierungen und CE- sowie UL-Zulassungen verfügen die Panels auch über Schiffbauzulassungen. Letztgenannte stellen hohe Anforderungen an die Rüttel- und Schüttelfestigkeit und zertifizieren die Robustheit der Geräte mit Alu-Druckguss-Fronten. Nach Herstellerangaben können die Displays so in praktisch allen Branchen verwendet werden.

Online-Einbindung in die Unternehmens-IT

In vernetzten Produktionsanlagen mit angebundener Produktionsleitebene werden Anlagendokumentationen, Wartungsanweisungen, Schulungsunterlagen und Anlagendaten wie etwa Rezepturinformationen zentral in der Leitebene abgelegt und nicht lokal auf jeder Maschine. Dieses Vorgehen verringert den Synchronisationsaufwand und stellt gleichzeitig sicher, dass alle Berechtigten auf die gleichen Daten zugreifen. Mit den integrierten Viewern der Bediengeräte können solche zentral abgelegten Daten abgerufen und visualisiert werden. Das gestattet dem Maschinenbediener etwa den Zugriff auf auftragsspezifische Rezepturdaten im laufenden Produktionsprozess. Die Dokumente können dabei im PDF-, Word- oder Excel-Format vorliegen. Mit dem integrierten Browser lassen sich anlageninterne Webseiten darstellen. Dies können sowohl Online-Seiten der Leitebene als auch Webseiten von dezentral installierten Steuerungen sein. Auch der Zugriff auf Internet-Inhalte außerhalb der Anlage ist möglich, soweit die Unternemens-IT dies gestattet. Auf diese Weise können Anwender von jedem Bediengerät aus den aktuellen Status einzelner Anlagenteile feststellen oder sich einen Gesamtüberblick verschaffen.

Datensicherung im Netzwerk

Die Daten, die von den Bediengeräten zyklisch aufgezeichnet werden, können neben der Ablage auf der SD-Karte auch im Unternehmensnetz an definierten Stellen abgelegt werden. Das gestattet der Leitebene, jederzeit die aktuellen Prozessdaten der Maschine vor Ort einzusehen. Ebenso können die Meldungen zentral abgelegt werden. Auf Leitebene kann eine Datenverdichtung und Analyse stattfinden, um so jederzeit über den Zustand jeder einzelnen Maschine informiert zu sein. Die regelmäßige Sicherung dieser Daten unterstützt die lückenlose Dokumentation der Prozesshistorie der gesamten Anlage.

Schnittstellen und Standtards

Siemens präsentierte seine Simatic HMI Comfort Paneld zuerst auf der Automatisierungsmesse SPS/IPC/Drives im Herbst 2010. Die Widescreen-Displays der Geräte bieten im Vergleich zu herkömmlichen Displays mehr Visualisierungsfläche. Integrierte Funktionen wie das Systemkartenkonzept unterstützen die einfache Inbetriebnahme und Einbindung in Anlagenstrukturen. Als Schnittstellen stehen neben zwei SD-Karten-Slots und drei USB-Anschlüssen unter anderen Ethernet- und Profinet-Schnittstellen zur Verfügung. Die Geräte mit Alu-Druckgussfront sind unter anderem nach ATEX für explosiongefärdete Umgebungen zertifiziert und auch für den Schiffbau zugelassen. Integrierte Stromsparfunktionen helfen zusammen mit der verwendeten LED-Hintergrundbeleuchtung, den Energiebedarf der Geräte vergleichsweise niedrig zu halten.
Bild: Siemens