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Industrielle HMIs in der digitalen Fertigung Bereit für Industrie 4.0

02.11.2017

Panel-PCs und Steuerungen mit Industriemonitoren bilden die Schnittstelle zwischen dem Industrial Internet of Things (IIoT) und dem Menschen. Lesen Sie, welche Anforderungen an moderne HMIs für die Smart Automation gestellt werden.

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Als Smart Automation wird die Verknüpfung automatisierter Fertigungsprozesse mit der Steuerung durch intelligente und vernetzte Systeme bezeichnet. Industrielle Computer-Plattformen fungieren als Gerätesteuerung und als Gateway-Systeme. Sie übernehmen Mess- und Steuerungsaufgaben vor Ort und verfügen meist über proprietäre Schnittstellen zur Anbindung der Peripherie vor Ort. Die Kommunikation mit den Unternehmenssystemen erfolgt über eine echtzeitfähige Datenkommunikation, beispielsweise per Industrial-Ethernet. Idealerweise können dafür alle an Maschinen vorhandenen und anfallenden Daten miteinander verknüpft und in ihrer Gesamtheit analysiert werden. An die dafür verwendeten IT-Systeme und die verantwortlichen Mitarbeiter werden hohe Echtzeit- und Sicherheitsanforderungen gestellt. Wie muss ein industrieller Panel-PC oder Monitor aussehen, der die Schnittstelle zwischen dem Menschen und dem smarten System bildet?

Digitalisierte Fertigung

Die neuen Fertigungskonzepte sind nicht denkbar ohne die Kontrolle des IT-Ökosystems. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass die Zahl der Datenquellen weiter exponentiell steigt, und mit ihnen der Leistungsbedarf der Systeme, die sie speichern, auswerten und analysieren. Der Arbeitsplatz, an dem der Fachmann arbeitet, muss ihm die präzise, einfache und an einem einzelnen Punkt gebündelte Steuerung ermöglichen. Dieses System wird Human Machine Interface (HMI) genannt. Typischerweise übernimmt das HMI-System oder ein Steuerungsrechner in Verbindung mit einem Monitor auch Steuerungsaufgaben. Damit robuste Panel-PCs oder Monitore für den industriellen Feldeinsatz geeignet sind, müssen sie einige Anforderungen erfüllen:

  • Multi-Touch-Oberflächen sind im Alltag allgegenwärtig und Benutzer erwarten auch bei der Anlagensteuerung diese intuitive Art der Bedienung.

  • Auf die Bedienerfreundlichkeit sowohl hardware- als auch software-seitig muss ein verstärktes Augenmerk gerichtet werden. Dazu ist ein modernes, industrielles Design der Benutzeroberfläche nötig.

  • Es muss entsprechende Security-Mechanismen zum Schutz aller sicherheitsrelevanten Ebenen eines Systems geben, Das heißt für Anwendung, Bios und Betriebssystem, um eine sichere Kommunikation zu ermöglichen, wie zum Beispiel mit Kontron Approtect.

  • Das gesamte System muss widerstandsfähig gegen Erschütterungen und Vibrationen sein und produktionsbedingten Temperaturschwankungen standhalten.

  • Das System sollte auf Standardkomponenten basieren, um eine einfache Integration in vorhandene Netzwerke sicherzustellen.

  • Das System muss ausfallsicher und wartungsfrei sein. Bewegliche Teile wie Lüfter sollten aus diesem Grund vermieden werden. Die so gesicherte hohe Verfügbarkeit und Langlebigkeit führt auch zu einem niedrigen TCO (Total Cost of Ownership).

  • Es muss die Integration von
    SCADA-​ und MES-Anwendungen erlauben. Sie ermöglichen die tiefgreifende Echtzeitanalyse der gesamten Produktionskette auch über verschiedene Standorte hinweg.

  • Um den langfristigen Einsatz in sich verändernden Prozessen und Umgebungen zu gewährleisten, muss das System flexibel konfigurierbar sein. Es sollte skalierbar und upgrade-tauglich sein.

  • Es muss langfristig verfügbar sein, um die Investition in das System zu schützen.

  • Es muss zur kundenspezifischen Konfiguration modular einsetzbar sein.

  • Für den Einsatz in global agierenden Unternehmen müssen Service und Support weltweit verfügbar sein.

Wo stehen industrielle HMIs?

Derzeit lassen sich die oben genannten Forderungen beim Einsatz in Fertigung und Produktion weitestgehend umsetzen. So gibt es für die Implementierung von Mensch-Maschine-Schnittstellen verschiedene technologische Möglichkeiten. Basierend auf den bereits genannten Vorgaben hat Kontron die FusionClient Panel-PC-Serie entwickelt. Sie vereint ein innovatives und rahmenloses Design mit einem industrietauglichen Display und ermöglicht intuitiven Multi-Touch-Zugriff auf Daten in Echtzeit. Eine integrierte LED-Alarmbar sorgt für eine verbesserte Benutzerfreundlichkeit und eine optimierte Visualisierung von Prozessen und dem aktuellen Maschinenstatus. Damit ist das HMI für Anwendungen wie SCADA und MES sowie anderen Prozessvisualisierungs- und Steuerungsapplikationen prädestiniert. Aufgrund einer eingebauten WiFi-Antenne kann der Fusion-Client in jeder gewünschten Umgebung ohne zusätzliche externe Antennen montiert werden und bietet so eine nahtlose Konnektivität mit Anlagen, Maschinen und anderen verbundenen Geräten. Ein RFID-Reader, der sich unsichtbar hinter dem Frontglas befindet, ermöglicht die Einrichtung verschiedener Autorisierungs- und Sicherheitslevel und erlaubt so eine umfassende Zugangskontrolle.

Fazit und Ausblick

Das Industrie-4.0-Zeitalter hat gerade erst begonnen. Die produzierende Industrie in Deutschland wird in den nächsten Jahren massive Investitionen im Bereich der Digitalisierung ihrer Fertigungsprozesse tätigen. Damit sich diese Investitionen amortisieren, müssen die neuen Produktionsprozesse und die damit neu entstandenen Geschäftsmodelle die Produktivität und Wirtschaftlichkeit stärken. Den neuen Fertigungssystemen und ihrer Schnittstelle zum Menschen, der diese Geräte überwacht, kommt dabei große Bedeutung zu.

Die Vernetzung über alle Fertigungsschritte und Anlagen hinweg erfordert den ganzheitlichen Blick auf den gesamten Prozess und die schnelle, intuitiv verständliche Kontrolle durch den verantwortlichen Menschen. Indus­trie-4.0-taugliche HMIs müssen deswegen ein Maximum an Leistung mit intuitiver Bedienbarkeit, Industrietauglichkeit, integriertem Sicherheitskonzept und Langlebigkeit kombinieren. Bei der Wahl des passenden HMIs sollten die Unternehmen deswegen auf gut durchdachte und für das spezielle Einsatzgebiet optimierte Systeme setzen, die sich nahtlos in das existierende IT- und OT-Konzept und damit in das sogenannte IIoT einbinden lassen.

Bildergalerie

  • Die FlatClient Panel-PCs und FlatView Monitore sind in vielen Varianten verfügbar und decken Displaygrößen von 10,1 bis 23,8 Zoll ab.

    Bild: Kontron

  • Die innovative und modulare Kontron FusionClient HMI-Serie verbindet das Design eines rahmenlosen Multi-Touch-Monitors mit der Leistung und Flexibilität des Kontron COM Express Computer-on-Modules.

    Bild: Kontron

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