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Web-HMI-Baukasten

Browser-basiert programmieren

Moderne Automatisierungskomponenten sollten heutzutage über gängige Webbrowser programmiert, konfiguriert und bedient werden können. Allerdings ist die Entwicklung einer solchen Softwarelösung – basierend auf einem Embedded System – sehr komplex und aufwendig, da diese aus verschiedenartigen Einzelteilen, Programmiersprachen und Frameworks besteht. Mit der Lösung der Ininet Solutions GmbH sind Browser-basierte Programmierungen möglich.



Bild: Ininet Solutions GmbH

Mit dem Internet of Things wird die Anzahl der eingesetzten Automatisierungskomponenten um ein vielfaches steigen. Steuerungen, Regler, Sensoren, Bediengeräte, Anzeigen, Gateways und vieles mehr müssen zu einem funktionierenden Ganzen zusammengesetzt und betrieben werden können. Dies bedarf einer innovativen Softwarelösung, die für den Anwender einerseits noch einfacher zu bedienen ist und andererseits Geräte im Feld unkompliziert installieren lässt. Etliche Hersteller bieten derzeit für die Inbetriebnahme und Konfiguration ihrer Geräte diverse PC-Programme an. Die Anwender haben dadurch zeitgleich mehrere Tools bei der Feldinstallation im Einsatz, wie zur Programmierung oder Konfigurationen von HMIs. Für die Bedienung im Regelbetrieb sind in den vergangenen Jahren embedded Web-Server zu Must-Haves geworden. Deren Vorteil ist maßgebend, so dass in diesem Bereich dedizierte PC-Software kaum mehr eingesetzt wird. Gehen die Anforderungen jedoch über die Bedienung und einfache Konfiguration hinaus, war die Entwicklung reiner Browser-basierter Lösungen bisher zu komplex und teils nicht performant genug. PC-Applikationen erfordern heutzutage ebenfalls mehr als nur einfache Masken und Anzeigen. So wollen Anwender beispielsweise graphische Objekte einfügen, verschieben und miteinander verbinden können. Diese Interaktionen wiederum müssen in der Applikation logisch abgebildet, gespeichert und später auch ausgeführt werden können. In den gängigen Portalen gibt es mittlerweile eine ganze Reihe von Web-Apps, welche auf diese Weise funktionieren und uns beweisen, dass diese Funktionalität möglich ist.

Verschiedene Komponenten

Die Entwicklung dieser Anwendungen benötigt aber ein Zusammenspiel von mehreren Browser- sowie Serverkomponenten und Technologien, was in Summe die Entwicklung komplex und aufwendig macht. Zwar gibt es heute im Bereich von Java-Script vermehrt praktische Frameworks, welche für gewisse Aspekte einen wichtigen Teil der Arbeit abnehmen können. Das Hauptproblem dabei ist jedoch, dass für eingangs beschriebene Aufgabenstellung, nämlich dem Ersatz der PC-Software durch eine rein embedded- Web-Server/Browser-basierte Lösung, mehrere solcher Frameworks zusammen kombiniert und diverse Programmiersprachen eingesetzt sowie eigene Codes hinzugefügt werden müssen, um das gewünschte Zusammenspiel erreichen zu können. Dabei wird einem schnell klar, dass der Entwicklungsaufwand, der beim Gerätehersteller für die Bereitstellung einer reinen Web-Software anfällt wesentlich größer sein wird als für das entsprechende PC-Programm, wo man mit einem Werkzeug, wie zum Beispiel Visual Studio, eine komfortable, bewährte und berechenbare Basis hat. Noch deutlicher wird es, wenn man die Kosten für die weitere Wartung über die Produktlebensdauer betrachtet. Arbeitet der ursprüngliche Entwickler nicht mehr im Unternehmen, wird es äußerst schwierig, die Kombination der eingesetzten Technologien nachzuvollziehen und zu erweitern, abgesehen vom Debugging. Ein weiteres Risiko besteht darin, dass einzelne Komponenten von den damaligen Communities nicht mehr unterstützt werden oder Inkompatibilitäten mit neuen Browsern auftreten. Daraus resultiert die Frage: Wer ist dafür verantwortlich? Ininet Solutions GmbH hat mit seinem innovativen Spidercontrol die Antwort.

PC-basierter Editor

Der PC-basierte HMI-Editor bietet eine große Funktionalität an. Dieser kann durchgängig sowohl für die Programmierung von Kleinst-Panels bis hin zu Leitsystemen verwendet werden und bildet die Basis des Spidercontrol Tools. Seit vielen Jahren wird dieses Tool-Chain für die Entwicklung von Web-basierten HMIs auf SPS und zahlreichen anderen Geräten eingesetzt. Aufgrund der enormen Skalierbarkeit benötigt es geringe Ressourcen. 2016 präsentierte Ininet erstmalig den neuen Browser-basierten Web-HMI Editor. Dieser ist ausgelegt auf einfache Bedienung bei minimaler Konfiguration der Objekte. Auf der rechten Seite befindet sich ein Themenkatalog, im unteren Bereich werden die Objekte des ausgewählten Themas übersichtlich angezeigt und ggf. beschrieben. Der Benutzer kann diese von hier aus in seine aktuelle Seite (oben links) bequem einfügen. Innerhalb der Seite können die verschiedenen Objekte zudem verschoben und in der Größe verändert oder parametriert werden.



Entwurf der Web-HMI-Editoren auf dem PC. Bild: Ininet Solutions GmbH


Grafische Entwicklung

Der Vorteil dieses Konzeptes besteht darin, dass alle Elemente des Web-HMI Editors wie aus einem Lego-Baukasten kundenindividuell verwendet und kombiniert werden können. Alle Bausteine des Web-HMI Editors – also dessen GUI sowie auch verfügbare Bibliotheken der HMI Objekte und Macros – werden mit dem PC-basierten Editor (Spidercontrol PLC Edition) gezeichnet. Ob es sich dabei um ein einfaches Textfeld, komplexes Macro bestehend aus mehreren Grafiken, Knöpfen oder Anzeigen handelt, spielt keine Rolle. Jedes gewünschte Objekt wird am PC grafisch entworfen, gruppiert und die im Web-HMI für die Konfiguration notwendigen Parameter markiert. Die markierten Parameter erscheinen dann im Web-HMI Editior als Properties des Objektes und können durch den Anwender einfach im Feld angepasst werden. Auch ein komplexes Objekt kann dadurch auf minimale Konfiguration vereinfacht werden. Jeder OEM-Kunde von Ininet Solutions GmbH ist somit in der Lage, mit dem Spidercontrol Editor (PLC Edition) alle Eigenschaften und Funktionen des Web-HMI Editors zu programmieren. Das User-Interface des Editors kann zudem im Corporate Identity des Kunden gehalten werden. Jegliche HMI Objekte werden spezifisch auf die Bedürfnisse des Produktes abgestimmt und können auf einfachste Weise jederzeit erweitert werden. Jedes einzelne HMI Objekt ist als teq-File (Spidercontrol-Format) auf dem Flash des embedded Systems abgelegt, das selbe gilt für die UI´s des Editors. Der technische Aufbau auf dem embedded Web-Server wird in der nachfolgenden Grafik dargestellt. Ein für die animierte Darstellung von HTML5 Webseiten geeigneter Web-Server wurde durch zusätzliche Funktionen so erweitert, dass dieser in der Lage ist, intern eine Instanzierung der im UI angezeigten Grafikobjekte zu laden und diese Objekte auf beliebige Art und Weise zu modifizieren und wieder zu speichern. Dadurch entsteht der modulare Baukasten, welcher es erlaubt, online den Umfang und die Funktion jeglicher auf dem Web-Server hinterlegten UI´s zu ändern, egal ob es sich um ein HMI Projekt, Funktionen oder Komponenten des Editor selbst handelt. Um eine komplett browserbasierte Applikation zu realisieren, muss man die UI-Objekte mit einem Code verbinden können. Genau wie bei einer PC-Applikation soll ein Control wie zum Beispiel ein Button oder ein Eingabefeld mit einer Variablen oder einer Funktion verbunden werden. Dies geschieht in diesem Framework über den Dataserver. An dieser Stelle kann auf einfache Weise ein Kommando mit Parametern vom UI empfangen sowie eine geeignete Funktion geleitet werden. Da dieser DataServer in C/C++ implementiert wird, ist die Anbindung an bestehende embedded Software sehr einfach machbar. Wird der Web-HMI Editor zusätzlich dazu verwendet, über grafische Objekte eine Konfiguration oder Programmierung zu erstellen (mittels Verbindung von Objekten), so ist es möglich, durch diese Objekte Call-Back-Funktionen aufrufen zu lassen, über welche der eigene Code für die gewünschte Funktion erzeugt oder konfektioniert werden kann.


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